專利名稱：Led顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種顯示屏的亮度調(diào)節(jié)方法，特別涉及一種能夠?qū)ED顯示屏的亮度 進行調(diào)節(jié)的方法。
背景技術(shù)：
人們對信息的獲得百分之九十以上來自于眼睛，LED顯示屏作為一種可視的信息 顯示設備，具有信息可變、顏色豐富、亮度可大范圍調(diào)節(jié)、功耗低、可靠性高、壽命長等技術(shù) 優(yōu)勢，LED顯示屏全天侯顯示方式是目前任何一種戶外媒體所無法替代的，在室外可視信息 發(fā)布中得到越來越廣泛的應用，發(fā)揮著越來越重要的作用。對LED顯示屏的信息顯示來說，須考慮的問題有顏色、清晰度、點距、視角、基色 灰度、掃描頻率、亮度調(diào)節(jié)等，由于室外環(huán)境光的變化范圍非常大，要使LED顯示屏顯示的 信息能在各種照度的環(huán)境背景光下清晰可見，就要求LED顯示屏的發(fā)光亮度能隨環(huán)境背景 光的變化作對應的調(diào)節(jié)。目前現(xiàn)有的LED顯示屏存在最大亮度不夠或亮度調(diào)節(jié)不到位造成 白天看起來不夠亮，或晚上看起來刺眼的問題，它導致觀察者無法清晰地識讀信息，甚至使 觀察者產(chǎn)生眩目，影響交通安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有LED顯示屏存在最大亮度不夠或亮度調(diào)節(jié)不到位，造成白天 看起來不夠亮，或晚上看起來刺眼的問題；而提供了一種能夠?qū)ED顯示屏進行亮度調(diào)節(jié) 的方法，該調(diào)節(jié)方法能夠使LED顯示屏在各種環(huán)境光的背景條件下，獲得較滿意的識讀效^ o為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法，該方法通過調(diào)節(jié)LED的占空比實現(xiàn)對LED的亮度調(diào)節(jié)， 從而實現(xiàn)LED顯示屏整體亮度控制。所述LED占空比的調(diào)節(jié)按主觀亮度感覺與客觀亮度的對數(shù)關(guān)系進行調(diào)節(jié)。所述調(diào)節(jié)方法還通過對LED顯示屏的灰度值掃描實現(xiàn)LED顯示屏的灰度控制。所述調(diào)節(jié)方法中LED顯示屏采用恒流驅(qū)動LED。根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本調(diào)節(jié)方法根據(jù)韋伯一費赫涅爾定律，用對數(shù)規(guī)律變化 的占空比控制方法，對LED顯示屏進行亮度調(diào)節(jié)，可在各種環(huán)境光的背景條件下，獲得較滿 意的識讀效果，更好地發(fā)揮LED顯示屏在高速公路和城市交通中信息發(fā)布的作用。從而有 效的避免LED顯示屏白天看起來不夠亮，或晚上看起來刺眼，導致觀察者無法清晰地識讀 信息，甚至使觀察者產(chǎn)生眩目，影響交通安全的問題出現(xiàn)。


以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本發(fā)明。
圖1為亮度感覺示意圖。
圖2為亮度感覺的曲線圖。圖3為室外景物照度變化示意圖。圖4為LED亮度與電流的關(guān)系曲線圖。圖5為LED的占空比示意圖。圖6為LED的驅(qū)動電路。圖7為亮度調(diào)節(jié)曲線。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。就像上述所描述的人們對信息的獲得百分之九十以上來自于眼睛，人眼的視網(wǎng)膜 為一透明的薄膜，有視覺感光細胞-錐體細胞與桿體細胞。視網(wǎng)膜中央部分有一個特別密 集的錐體細胞區(qū)，其顏色呈黃色，稱為黃斑，直徑約為2-3mm。黃斑中央有一小凹，稱中央 窩，是視覺最敏感的地方，其水平直徑約為0. 3mm，垂直直徑約為0. 2mm，其相應的視場角約 為3°，幾乎全部為錐體細胞所占。對人眼進行的大量研究結(jié)果表明，錐體細胞和桿體細胞 執(zhí)行著不同的視覺功能，錐體細胞的感光靈敏度低，在亮度3cd/m2以上的光亮條件下起作 用，它能夠分辨顏色和物體的細節(jié)，這叫錐體視覺，也稱為明視覺；桿體細胞只能在黑暗的 條件下(亮度為0.001cd/m2以下)起作用，這叫桿體視覺，也稱為暗視覺。如果亮度界于 明視覺與暗視覺所對應的亮度水平之間，視網(wǎng)膜中的錐體細胞和桿體細胞同時起作用，則 稱為介視覺或中間視覺。顯然，明視覺的視場較小，一般定為2° ；暗視覺的視場較大，一般 定為4°。人眼察覺亮度變化的能力是有限的。如圖1所示讓人眼觀察圖1所示Pl和P2 兩個畫面，Pl和P2的亮度均可調(diào)節(jié)。保持Pl亮度從B緩慢遞增至B+ABmin，直到眼睛剛 剛覺察到兩者的亮度有差別為止。此時，確定在這個亮度下的亮度感覺差了一級。用相同 的方法，可以求出不同亮度的主觀亮度感覺級數(shù)，并可根據(jù)得到的主觀亮度感覺級數(shù)得到 如圖2所示的曲線。該圖所顯示的曲線表示實際亮度變化所引起的主觀亮度感覺變化。圖2中橫坐標代表實際亮度的變化，以尼特(lnit = lcd/m2)為單位；縱坐標代表 主觀亮度感覺的級數(shù)。由該圖可知a、要使人眼感覺到Pl和P2兩個畫面有亮度差別，必須使兩者的亮度差ΔΒπ η， ABmin是有限小量，而不是無限小量。因此，人眼察覺亮度變化的能力是有限的。b、對于不同的環(huán)境亮度B，人眼可覺察的最小亮度差ΔΒπ η/Β是相同的，并等于 一個常數(shù)。即人眼亮度感覺的增量Δ S不是正比于客觀亮度的增量ΔΒ，而是正比于亮度的 相對增量ΔΒ/Β，即Δ S = k ( Δ Β/Β)(2—1)上式經(jīng)積分后得S = k' InB+Ko = klgB+Ko(2-2)式中k = k' InlO, k'、Ko均為常數(shù)。上式表明主觀亮度感覺與客觀亮度的對 數(shù)成線性關(guān)系。并稱之為韋伯_費赫涅爾定律(Weber-FechnerLaw)。圖2所示的曲線完全 證明了這一點。
I = ABmin/B稱為對比度靈敏度閾或韋伯-費赫涅爾系數(shù) (Weber-FecnerRatio)。通常I = 0. 005 0. 02，在亮度很高或很低時，I增大至0. 05。 在觀看LED顯示屏時，因環(huán)境背景光的影響，I的值也可大些。人眼能夠感覺的亮度范圍(稱為視覺范圍)極寬，從百分之幾尼特直到幾百萬尼 特。其所以如此之寬，是由于依靠了瞳孔和光敏細胞的調(diào)節(jié)作用。瞳孔根據(jù)外界光的強弱 調(diào)節(jié)其大小，使射到視網(wǎng)膜上的光通量盡可能是適中的。在強光和弱光下，分別由錐狀細胞 和桿狀細胞作用，而后者的靈敏度是前者的1萬倍。圖2所示的兩條交叉曲線，分別表示桿 狀細胞和錐狀細胞察覺亮度變化的關(guān)系。在不同的亮度環(huán)境下，人眼對于同一實際亮度所產(chǎn)生的相對亮度感覺是不相同 的。例如對同一電燈，在白天和黑夜它對人眼產(chǎn)生的相對亮度感覺是不相同的。另外，當人 眼適應了某一環(huán)境亮度時，所能感覺范圍將變小。例如，在白天環(huán)境亮度1000尼特時，人眼 大約能分辨的亮度范圍為200 2000nit，低于200nit的亮度感覺為黑色。而夜間環(huán)境為 30nit時，可分辨的亮度范圍為1 200nit特，這時lOOnit的亮度就引起相當亮的感覺，只 有低于1尼特的亮度才引起黑色感覺。圖2的曲線也說明了這一點，當人眼分別適應了 A、 B、C點的環(huán)境亮度時，人眼感覺到“白”和“黑”的范圍如虛線所示，它們所對應的實際亮度 范圍比人眼的視覺范圍小很多。并且A點的實際亮度對于適應了 B點亮度的眼睛來說感覺 很暗；而對于適應了 C點亮度的眼睛來說，卻感覺很亮。根據(jù)人眼對實際亮度明暗感覺的相對性的察覺實際亮度變化能力有限性，LED顯 示屏顯示信息時，應保證在不同環(huán)境背景光下有不同最大亮度Bmax和最小亮度Bmin，并且 保證最大亮度Bmax和最小亮度Bmin的比值C(C = Bmax/Bmin稱為對比度)不變。另外， 對于人眼不能察覺的亮度變化，不必精確地重現(xiàn)，只要保證重視圖像和原景物有相同的亮 度級數(shù)。即只要重視圖象與原景物對人眼具有相同的對比度和相同的亮度級數(shù)，就能給人 以真實的感覺。在自然光下，室外景物照度的光照度圖2所示，由圖3可知，室外景物照度(即LED 顯示屏的背景照度)隨晝夜的變化時時刻刻都在變化，其照度變化范圍在上百乃至幾萬數(shù)量級。根據(jù)人眼視覺特性，在不同的環(huán)境背景亮度下要求LED顯示屏具有不同的平均亮 度，以保證重顯必需的對比度和亮度層次(灰度)，因此，LED顯示屏應根據(jù)環(huán)境背景光的變 化進行發(fā)光亮度的調(diào)整，即亮度調(diào)節(jié)，以使觀察者能清晰地識讀LED顯示屏顯示的信息。有 的LED顯示屏白天看起來不夠亮，或晚上看起來刺眼，就是因為最大亮度不夠或亮度調(diào)節(jié) 不到位所造成的，它導致觀察者無法清晰地識讀信息，甚至使觀察者產(chǎn)生眩目，影響交通安 全。LED顯示屏的顯示圖象是由許多亮度不同的象素組成的，圖象從亮到暗之間的亮 度層次稱為灰度。如果能分辨的亮度層次越多，圖象就顯得越細膩、柔和。一般來說，對比 度C越大，圖象黑白層次應當越豐富。另外，能分辨的黑白層次還受(值的限制。若已知 圖象對比度，根據(jù)人眼的對比度靈敏度閾(，可以用如下方法計算能分辨的亮度層次。設圖象最小亮度為Bmin = B1，人眼所能分辨的第二級亮度為B2 = B1+^B1 = (1+^)B1(3-1)第三級亮度為
B3 = Β2+ζΒ2 = (1+ζ)2Β1(3-2)依此類推，所能分辨出的第η級亮度Bn為Bn = (1+ ζ ) (n-l)Bl = Bmax(3-3)所以對比度C = Bmax/Bmin = (1+ζ ) (η_1) (3-4)如果對等式兩邊取對數(shù)，經(jīng)整理后，可得眼睛所能分辨的亮度層次為η = 1+ [In (Bmax/Bmin) /In (1+ ζ ) ](3-5)當ζ << 1時，上式簡化為η = In (Bmax/Bmin) / ζ(3-6)由上式可知，人眼所能分辨的亮度層次與顯示圖象對比度的對數(shù)成比例，與對比 度靈敏度閾ζ成反比變化。根據(jù)人眼視覺特性，對主觀感覺來說，重現(xiàn)圖象應與實際景物具有相同的對比度 和灰度，這樣，就能給人以真實感覺。實際景物的對比度一般都不超過100。因為，在一定照度下，最白的莫過于白石膏， 其反向系數(shù)接近于1 ；最黑的莫過于黑絲絨，其反射系數(shù)為0.01。因此為了不失真地傳送圖 象，要求重現(xiàn)圖象的對比度也為100。由于實際環(huán)境亮度的影響，所以重現(xiàn)圖象的對比度往 往達不到100，一般能達到30 40也就滿意了。LED顯示屏的亮度調(diào)節(jié)應不少于8級，以分別對應不同的環(huán)境背景光情況，根據(jù)韋 伯_費赫涅爾定律，主觀亮度感覺與客觀亮度的對數(shù)成線性關(guān)系，顯然，亮度調(diào)節(jié)應按對數(shù) 曲線關(guān)系進行設計。觀看LED顯示屏是明視覺的情況，根據(jù)實際要求，LED顯示屏的平均亮 度應不小于30cd/m2，在陽光直射下，環(huán)境背照度可達lOOOOOLx，LED顯示屏的最大發(fā)光亮 度應不小于8000cd/m2。基于上述原理實現(xiàn)對LED顯示屏進行調(diào)節(jié)，LED是構(gòu)成LED顯示屏的重要器件，一 組特定的紅、綠、藍三種LED的亮度與電流的關(guān)系曲線如圖4所示。對于不同品質(zhì)的LED，其 對應參數(shù)有較大差異，但基本特征與圖4相符，從圖4可知，正向電流超過閥值后，隨著電流 的增加，LED的亮度增加，當電流達到一定值后，亮度隨電流增加的速度變緩，進入飽和區(qū)， 在飽和區(qū)增加電流，亮度不會明顯增加，只會導致LED功耗的激增，甚至燒毀LED。對LED顯 示屏使用的LED，就目前技術(shù)水平而言，在典型電流值是20mA的情況下，單管的法向發(fā)光亮 度一般為紅色大于2000mcd，綠色大于4000mcd，藍色大于1200mcd，實際使用時，一般應小 于20mA，通過調(diào)節(jié)流過LED電流的大小來調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的的亮度，達到亮度控制的目的?；谏鲜鐾ㄟ^電流調(diào)節(jié)LED亮度的方法，本發(fā)明提供了一種脈寬調(diào)制的亮度調(diào)節(jié) 方法在一定的顯示重復掃描頻率下，LED的亮度可以由發(fā)光時間tB與掃描周期T的比 tB/T(占空比)進行控制，如圖5所示。用占空比調(diào)節(jié)亮度，是發(fā)光能量與人眼視覺惰性兩 者共同作用的結(jié)果。在相同的LED正向電流的作用下，tB越長發(fā)光能量越大，只要周期性掃 描的速度足夠快，人眼就感覺LED的亮度越高，且不會有閃爍的感覺。調(diào)節(jié)占空比就是調(diào)節(jié) 發(fā)光時間的長度，在數(shù)字電路中，對時間的控制是比較容易的，可通過脈沖計數(shù)與比較的方 式實現(xiàn)。為了獲得如圖2所要求的亮度調(diào)節(jié)效果，占空比的 調(diào)節(jié)應按對數(shù)關(guān)系設計。LED顯示屏對LED的驅(qū)動一般采用恒流驅(qū)動方式，通過灰度數(shù)據(jù)的掃描實現(xiàn)灰度 控制，通過控制LED的占空比實現(xiàn)整體亮度控制，這種控制能夠獲得較理想的灰度控制與亮度控制特性。對于LED的驅(qū)動電路中用于LED驅(qū)動的IC常用的有HC595，TPIC6B595，ST2221C， TB62726, TB62727, MBI5026, MBI5027等，LED顯示屏一行同顏色LED的驅(qū)動電路如圖6所不。圖中CLK為移位脈沖端，LE為鎖存脈沖端，0E為使能信號端，SDI為輸入數(shù)據(jù)端， SD0為輸出數(shù)據(jù)端。對LED顯示屏的亮度調(diào)節(jié)是通過改變0E信號脈沖的占空比來實現(xiàn)的。在CLK的作 用下，SDI輸入的數(shù)據(jù)依次移位，當一行數(shù)據(jù)全移到到對應的位置后，LE對數(shù)據(jù)進行鎖存， 0E控制恒流的輸出，改變0E信號脈沖的占空比可控制等效恒流的大小，達到亮度調(diào)節(jié)(亮 度控制)的目的。此處的0E信號脈沖的占空比調(diào)節(jié)應根據(jù)亮度調(diào)節(jié)的要求，按對數(shù)關(guān)系進行設計?；诒景l(fā)明提供的方法制得的48點陣全彩色LED顯示屏在8級亮度調(diào)節(jié)時的占 空如表1所示。表1 8級亮度調(diào)節(jié)時的占空比 對上述48點陣全彩色LED顯示屏進行亮度調(diào)節(jié)測量，在1_8級各級亮度調(diào)節(jié)，全 屏白色發(fā)光時，測得的最大發(fā)光亮度值如表2所示。將最大亮度值按對數(shù)坐標繪制得到亮 度調(diào)節(jié)曲線，如圖7所示，從圖中可以看出該曲線近似直線。表2 8級亮度調(diào)節(jié)時白光最大發(fā)光亮度的測量值 通過上述對由根據(jù)本發(fā)明制得的LED顯示屏的測試，可知用對數(shù)規(guī)律變化的占空比控制方法，對LED顯示屏進行亮度調(diào)節(jié)，可在各種環(huán)境光的背景條件下，獲得較滿意的識 讀效果，更好地發(fā)揮LED顯示屏在高速公路和城市交通中信息發(fā)布的作用。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù) 人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本 發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變 化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等效物界定。
權(quán)利要求
LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，該方法通過調(diào)節(jié)LED的占空比實現(xiàn)對LED的亮度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)LED顯示屏整體亮度控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述LED占空比的調(diào) 節(jié)按主觀亮度感覺與客觀亮度的對數(shù)關(guān)系進行調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)方法還 通過對LED顯示屏的灰度值掃描實現(xiàn)LED顯示屏的灰度控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述調(diào)節(jié)方法中LED 顯示屏采用恒流驅(qū)動LED。
全文摘要
本發(fā)明公開了LED顯示屏亮度調(diào)節(jié)方法，該方法通過調(diào)節(jié)LED的占空比實現(xiàn)對LED的亮度調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)LED顯示屏整體亮度控制。根據(jù)上述技術(shù)方案得到的本調(diào)節(jié)方法可在各種環(huán)境光的背景條件下，獲得較滿意的識讀效果，更好地發(fā)揮LED顯示屏在高速公路和城市交通中信息發(fā)布的作用。
文檔編號G09G3/32GK101866612SQ20091004952
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月17日
發(fā)明者曹娜, 樊靈晶, 龔兆崗 申請人:上海海事大學