LED电视单元模组设计研究

许宁

摘 要：本文首先阐述了LED电视和常规电视的区别及优势，其次详细分析了LED电视在设计过程中出現的问题并提供了相应的解决方案。其中，重点介绍了LED电视模组设计的难点，如：高灰高刷、抗干扰设计、无缝拼接等。

关键词：高灰高刷；抗干扰设计；无缝拼接

一、LED电视和常规电视区别及优势

近年来，随着技术的进步，LED显示技术也获得了长足的发展，其中最为可喜的是，更小像素间距的LED屏被不断地研发出来。使得LED屏拥有了更小的像素间距，令画面更加细腻，从而使得LED显示屏适合近距离观看，并可带来电视级的分辨率和图像质量。

目前家电行业中通常所指的LED电视严格的名称是“LED背光源液晶电视”，是指以LED做为背光源的液晶电视，仍是LCD的一种。它用LED光源替代了传统的荧光灯管，画面更优质，理论寿命更长，制作工艺更环保，并且能使液晶显示面板更薄。而严格意义上的LED电视是指完全采用LED（发光二极管）做为显像器件的电视机。

为了满足电视的要求我们此次开发的产品的像素为09mm，这个点间距是国内甚至世界上最小的可量产LED屏幕像素间距。仅仅1mm之差的点间距带来的显示效果是完全不同的。0.9mm的单元模组每平方的点数达到了近113万点之多，对于单位平方下的分辨率是一个质的提升，这也给我们带来了更加细腻的画质和更加丰富的细节体验。更小的间距也为用在家用电视领域提供了可能。

二、LED电视设计中的问题及解决方法

（一）高灰高刷设计

高刷新设计

LED电视单元模组的一项重要指标是“刷新率”。通常LED屏幕的刷新频率称作“视觉刷新频率”。视觉刷新频率指的是屏幕更新的速率，通常用赫兹（Hz）为单位表示，一般而言视觉刷新频率在3，000Hz以上，为高性能LED屏幕。视觉刷新频率越高，画面显示越稳定，视觉闪烁感就越小。LED屏幕的低“视觉刷新频率”，其影响除了摄像、摄影时，出现水平横条纹之外，同时也会发生类似数万颗灯泡同时闪烁的影像，人眼在观看时因此可能产生不适感，甚至对眼睛造成伤害，LED电视是给人长期观看的，所以刷新是非常重要的一项指标。虽然对人眼而言，视觉刷新频率达60Hz以上已经感受到的是连续画面，但是越高的视觉刷新频率，显示的图像越稳定，人眼越不容易觉得疲劳。现今在高质量视频中，为得到更精细的画面，如精彩回放或是特写摄影的过程，纷纷都以每秒1，000Hz以上的高速摄影机进行拍摄。此时，对于也会被拍摄到的LED显示屏，在高速快门下仍能够呈现连续画面（无黑色扫描线）或是连续色阶，就是很大的挑战。为了能够让显示单元有更高刷新率，在设计上采用了如下一些具体的措施：

（1）在设计上选用了目前最先进的LED驱动控制芯片 “PWM芯片”。此款芯片仅需送一次完整的帧数据，并存储在LED驱动芯片内的SRAM。此方式不但可节省数据频带，也可以在非常低的数据时钟频率下达到高灰阶的效果。藉由PWM的技术，可加强脉波宽度调变的功能，并将导通的时间分散成数个较短的导通时间，因而增加了扫描屏的视觉更新率。此外此款PWM芯片和之前驱动芯片相比更大的优势在于使用了GCLK的倍频技术，可让视觉更新率提升一倍。

（2）除了选用高刷新的驱动芯片之外，还采用了高数据组数的设计方式。0.9mm单元模块的分辨率为120*80，采用了4组数据帯载的方式来提高刷新率，每组数据帯载的点数为30*80。

（3）较高的时钟频率也可以让单元模块的刷新率更高。在此次的单元模块设计中为了能够让时钟频率能够更高，在设计上也对高频信号线做了特殊的处理。对于CLK、STR、OE三个高频信号处理的时候需要让走线的距离最短，转层最少，这样才能让信号线的阻抗最小，达到最好的信号传输的效果。

（二）高灰度等级设计

灰度等级是单元模块的另一项重要指标。灰度等级指的是各种颜色在最暗与最亮色之间，拥有不同变化之颜色阶层，一般而言灰阶在12bit以上为高效能LED屏幕。若灰度级数不足，会发生颜色层次不足或是渐层颜色色阶不够平滑之情况，而无法充分展现影片的色彩。使得显示效果大幅降低。而此次设计的显示单元模块采用了14bit以上的灰度处理技术，能够让灰度的层次更加的平滑。通过连续的灰度变化以及控制系统独有的HDR技术，可以让画面呈现出更为逼真的效果。另外常规电视由于采用背光技术，无法将画面黑的部分展现为纯黑色，而LED电视由于是自发光所以可以将纯黑色完美的展现，这种显示效果可以让画面有很高的对比度也是常规的背光电视无法比拟的。

（三）抗干扰设计

常规LED屏幕模块一般设计成4层或6层通孔板。过孔为顶层贯穿到底层，穿过中间各层，此类孔为机械孔，也就是说板材经过压合以后，由机械钻头钻通并镀铜形成。但其缺点在于因为是通孔板，中间各层线如若不是与该孔网络属性一致，则需要避让该孔，这样就使得印制板设计难度加大，内层某些信号连通性略差（GND），内层高频信号串扰大。在此次的模组设计中为了提高显示效果，所以在数据传输时会相应的增加数据传输的频率，一般为25MHz左右，为了减小干扰此次设计采用了8层3阶板的设计方式。此种设计不但有通孔还包含盲埋孔，这样可以大幅度减小设计的难度，并且让GND更加的完整，从而达到干扰最小化的目的。

（四）无缝拼接设计

此次设计的LED电视点间距是0.9mm，这样的点间距对于整体拼装的要求非常高。因为LED电视单元模组不可能只是一整块单元模块，而是有多个单元模块拼装而成的。由于观看的距离非常近如果安装出现缝隙就会造成观感变差。所以为了解决安装的缝隙问题，这次的设计采用了高精密的加工设备对PCB单元板进行回厂后的二次处理方法，我们采用的设备精度达到了微米级，切割的刀片厚度也仅为0.4mm，切割时采用负公差的方式。这样的精度对于点间距0.9mm的LED电视来说完全能够达到拼装无缝隙的要求。

三、结语

随着LED应用市场的不断扩大，LED电视势必会被更多的应用在例如控制室等多种场合。同时经过不断的产品迭代，价格的不断降低，LED电视也会逐渐的进入家用领域，LED电视可以完美的替代目前的液晶电视和LED背光电视。