LED显示屏实现动态显示的核心原理是逐行(或分区)快速扫描,结合人眼的视觉暂留效应。它不是同时点亮所有像素,而是以极高的速度轮流点亮屏幕的不同部分,让大脑误以为整个屏幕都在同时发光。
以下是实现动态显示的关键技术和步骤:
1. 扫描驱动:
基本原理: 将整个显示屏划分为多个行(或列)组。例如,一个1/8扫描的屏,意味着整个屏幕高度被分成8个区块。
逐行点亮: 驱动电路在极短的时间内(通常小于1/16.67ms,以达到60Hz刷新率),依次点亮第1行(或第1区块)、然后第2行(第2区块)、... 直到第N行(第N区块)。点亮完最后一行后,立即循环回第一行开始下一轮。
视觉暂留: 由于扫描速度非常快(通常刷新率在60Hz以上,高端屏可达3840Hz甚至更高),人眼无法分辨这种快速切换,会感觉所有行都在持续发光,从而形成一幅完整的、稳定的图像。
2. 控制系统:
视频源输入: 动态图像(如视频、动画)信号输入到LED显示屏的控制系统(发送卡)。
图像处理: 发送卡对输入的图像信号进行解码、缩放、色彩校正、灰度处理、图像分割等操作。
数据分发: 处理后的图像数据被分割成与显示屏物理结构(模组、箱体)对应的区块数据。
发送与接收: 发送卡通过高速数据线(如网线、光纤)将各个区块的数据发送到显示屏上对应的接收卡。
接收卡处理: 接收卡接收到自己负责区域的数据后,进行缓存、灰度重构、扫描控制数据生成等处理。
驱动信号输出: 接收卡将最终的控制信号(包含像素点的RGB灰度信息和行选通/使能信号)输出到物理的LED驱动芯片电路上。
3. 驱动电路:
行驱动(扫描驱动): 负责控制哪一行(或哪一区块)的LED在当前的扫描周期内被点亮。它根据接收卡发出的行选通信号,依次接通相应行的电源通路。
列驱动(数据驱动): 通常是恒流驱动芯片(如MBI5124, TLC5947, ICN2038S等)。它负责控制每一列(像素点)上的红、绿、蓝LED在它所在行被选通时的亮度(灰度)。
工作原理:
接收卡告诉列驱动芯片:当前要显示第N行的数据。
列驱动芯片将对应第N行的RGB灰度数据(通常是PWM脉宽调制信号)加载到其输出端口。
行驱动电路选通(打开)第N行,使该行所有LED的阴极(或阳极,取决于电路设计)连接到公共端(通常是低电平或高电平)。
此时,第N行上每个像素点的红、绿、蓝LED会根据列驱动芯片输出的PWM信号导通相应的时长,从而显示出特定的亮度和颜色。
第N行显示完成后,行驱动关闭第N行,选通第N+1行。
列驱动芯片加载第N+1行的数据到输出端口。
第N+1行开始显示。
如此循环往复。
4. 灰度控制与色彩表现:
PWM(脉宽调制): 这是实现灰度(亮度等级)最常用的方法。通过控制每个LED在每个点亮周期内导通时间的长短来调节其亮度。导通时间长则亮,时间短则暗。通常使用8位(256级)、10位(1024级)、12位(4096级)、14位(16384级)甚至16位(65536级)的PWM精度来控制每个原色(R, G, B)的亮度,从而混合出丰富的色彩。
5. 刷新率:
指屏幕每秒钟完成多少次全屏扫描的次数,单位是赫兹(Hz)。例如,60Hz表示屏幕每秒钟刷新60次完整的图像。
重要性: 刷新率越高,图像越稳定、闪烁感越弱、动态画面越流畅。特别是在用相机拍摄LED屏时,高刷新率(通常3840Hz以上)能有效避免出现滚动黑条或波纹(摩尔纹)。
6. 关键参数:扫描比
表示一次能同时点亮多少行(或多少分区的行)。常见的扫描比有1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 静态(1/1)等。
影响:
亮度: 扫描比越低(如1/4),同一时间点亮的行数越多,平均亮度越高(但每行点亮的占空比也越低)。静态(1/1)扫描亮度最高。
功耗与发热: 扫描比越低(1/4, 1/2),同时点亮的LED越多,瞬时电流越大,对电源和散热要求越高。高扫描比(1/16, 1/32)瞬时电流小,但需要驱动芯片有更快的响应速度。
刷新率: 在相同的驱动芯片性能下,扫描比越高(一次点亮行数越少),完成一次全屏扫描的时间可以更短,更容易实现高刷新率。
总结流程:
1. 视频源信号输入发送卡。
2. 发送卡处理图像并分割数据,发送给各个接收卡。
3. 接收卡生成扫描控制信号和像素灰度数据。
4. 行驱动电路依次选通每一行(或区块)。
5. 当某一行被选通时,列驱动电路输出该行所有像素点的RGB PWM信号,控制该行LED的亮度和颜色。
6. 以极高的速度(高刷新率)循环扫描所有行。
7. 人眼因视觉暂留效应,将快速扫描的点亮效果融合为一幅完整、连续、动态的图像。
正是这种精密的电子控制、快速的扫描和视觉暂留效应的结合,使得LED显示屏能够呈现出丰富多彩、流畅变化的动态画面。