LED亮度與灰度在應(yīng)用產(chǎn)品中的技術(shù)分析
上傳人:孟慶云 上傳時(shí)間: 2011-08-08 瀏覽次數(shù): 176 |
由圖一所示,人眼對(duì)亮度的識(shí)別是非線性的,在物體表面亮度從0到0.0001尼特的變化,人眼能夠非常敏感的辨識(shí)出來(lái),亮度從0.0001至0.6尼特變化時(shí),人眼對(duì)亮度的變化反映是遲鈍的,如果引入灰度等級(jí)的概念也就是說(shuō),如果人眼能夠辨別0-255級(jí)灰度的條件下,在0灰度與1級(jí)灰度間人眼對(duì)亮度的感覺(jué)非常的敏感,隨著灰度等級(jí)在1級(jí)到24級(jí)間變化的時(shí)候,人眼對(duì)其每一級(jí)別間的變化較為不敏感,隨著亮度的持續(xù)升高,人眼能夠較為輕松的分辨灰度等級(jí)間的亮度變化,在人眼接受的能力范圍內(nèi),達(dá)到灰度等級(jí)200級(jí)以上的時(shí)候,人眼對(duì)亮度的變化又呈現(xiàn)不敏感的狀態(tài)。這種灰度等級(jí)分類技術(shù)在LED顯示屏方面已經(jīng)成功的應(yīng)用。
由上分析,我們?cè)贚ED照明產(chǎn)品的研發(fā)上,怎么樣符合人眼的感知?是最為關(guān)鍵的因素之一。
目前LED調(diào)光手段采用恒流PMW(脈寬調(diào)制技術(shù))調(diào)光技術(shù),是一種從原理上能夠較為完美的,符合LED特點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù),但是在實(shí)際的應(yīng)用中LED驅(qū)動(dòng)恒流電源,由于LED是一種功率器件以及其它輔助電路的影響,實(shí)際LED恒流源產(chǎn)品往往不能達(dá)到我們所期望值,造成LED產(chǎn)品設(shè)計(jì)的失敗,或者LED照明產(chǎn)品不能達(dá)到實(shí)用要求。
PMW恒流調(diào)光技術(shù)原理,是基于LED對(duì)電流影響較為敏感原理基礎(chǔ)之上的,基于LED反應(yīng)時(shí)間較為迅速的基礎(chǔ)上的,理想狀態(tài)下在特定時(shí)段內(nèi)提供LED恒定的驅(qū)動(dòng)電流,使LED在這一段時(shí)間內(nèi)發(fā)出光能量是恒定的。而對(duì)于人眼來(lái)講,如果這個(gè)時(shí)間段過(guò)于斷暫,人眼就不能準(zhǔn)確的識(shí)別出亮度的變化,因?yàn)槿搜蹆H僅能夠覺(jué)察到光源大于1/.24秒鐘變化,如果變化短于這個(gè)時(shí)間,人眼將不能分辨,人眼感知的將是在1/24秒內(nèi)亮度變化的平均值。這就是PMW恒流調(diào)光技術(shù)所要滿足人眼感官的本質(zhì)。
從恒流波形上分析(見(jiàn)圖二):
理論上恒流驅(qū)動(dòng)的波形是非常完美的方波,而實(shí)際上不是,是一種近似的鋸齒波,在理論的設(shè)計(jì)中T1(見(jiàn)上圖二)時(shí)間內(nèi)LED所發(fā)的光是能夠達(dá)到LED理論值的,而在實(shí)際中,LED所發(fā)的光能夠達(dá)到LED理論值的T1’(見(jiàn)上圖二)是小于理論設(shè)計(jì)值的,這就導(dǎo)致實(shí)際的LED產(chǎn)品在應(yīng)用中結(jié)合人眼對(duì)亮度的平均適應(yīng)性亮度小于理論設(shè)計(jì)值。
由上分析可以得出,在實(shí)際應(yīng)用中,恒流源輸出電流波形,受到現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的影響非常大,進(jìn)而影響LED的發(fā)光強(qiáng)度(電磁干擾的影響更不可忽略,這里不加分析),從而影響LED照明產(chǎn)品的品質(zhì)。
人眼的辨別能力理論上來(lái)說(shuō),超過(guò)24Hz已經(jīng)不能分辨出照明燈具的黑、亮轉(zhuǎn)換了,但是為了保險(xiǎn)起見(jiàn)可以采用在60-100Hz間對(duì)LED進(jìn)行黑和亮的調(diào)節(jié)。即LED橫流電源采用恒定的頻率,如60Hz,在這個(gè)頻率范圍內(nèi)適當(dāng)拉長(zhǎng)LED關(guān)斷或者開(kāi)啟的時(shí)間長(zhǎng)度,達(dá)到調(diào)節(jié)LED亮暗的目的,不必要追求較高的頻率的電流變化來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度。
在LED照明產(chǎn)品中,高頻率的LED恒流源亮度調(diào)節(jié)技術(shù),是一種較為復(fù)雜的LED調(diào)光技術(shù),在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)調(diào)節(jié)LED開(kāi)關(guān)次數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)LED亮度,從技術(shù)理論上是可行的,但是在實(shí)際的應(yīng)用中由于LED是一種功率型器件,加上輔助電路的電磁干擾等影響,使用環(huán)境影響(電磁屏蔽、熱效應(yīng)等等),往往不能達(dá)到預(yù)期的目的。
但是恒流源高頻技術(shù)的調(diào)光應(yīng)用在LED顯示屏方面應(yīng)用卻非常的廣泛,目前衡量LED顯示屏品質(zhì)的一個(gè)重要的指標(biāo)就是灰度等級(jí),在這里就是通過(guò)每秒鐘幾萬(wàn)次的頻繁調(diào)節(jié)LED的開(kāi)關(guān)次數(shù)而達(dá)到的。
在顯示屏恒流驅(qū)動(dòng)中,要認(rèn)清的一個(gè)最為關(guān)鍵的因素是LED顯示屏是一個(gè)亮的物體,而不是被LED顯示屏照亮的物體,人眼直接分辨的是發(fā)光物體的亮度,而不是被發(fā)光物體所照亮的物體的亮度,這是與大功率LED照明所不同。人眼對(duì)發(fā)光物體的光敏感度比光源照到被照物體上再反射到人眼的敏感度要高(因?yàn)楸徽瘴矬w經(jīng)過(guò)漫反射對(duì)光進(jìn)行了二次平均,或者說(shuō)受到了環(huán)境的影響)。LED灰度等級(jí)的形成,是來(lái)自于顯示屏內(nèi)部所有像素點(diǎn)之間的比較、差異,而不是與環(huán)境條件中的亮度所比較的(按照?qǐng)D二的解釋,所有的LED都是鋸齒波電流驅(qū)動(dòng),所以彼此間就沒(méi)有差異),LED顯示屏的灰度等級(jí)起始點(diǎn)始終是零,而最高亮度始終默認(rèn)為255(能夠有效的達(dá)到顯示效果為限),跟環(huán)境無(wú)關(guān),所以LED顯示的亮度再高也就是定義為人眼能夠認(rèn)識(shí)的255級(jí)。當(dāng)然,這個(gè)255級(jí)的最高亮度是隨著環(huán)境變化而提高的,提高的目的就是為了增加LED顯示屏跟環(huán)境的對(duì)比度,以此來(lái)達(dá)到吸引人的矚目的目的。
在LED顯示屏中,描述或者顯示一段動(dòng)態(tài)畫(huà)面時(shí),每一幅場(chǎng)景都要經(jīng)過(guò)60Hz以上的刷新,然后換到另外一個(gè)場(chǎng)景(當(dāng)然這是一個(gè)一般性的指標(biāo)),如果一個(gè)點(diǎn)的亮度要描述為高灰度等級(jí),那么這個(gè)點(diǎn)的亮?xí)r間總長(zhǎng)度要長(zhǎng),這樣人眼才能夠不斷的平均LED的亮與暗,平均相鄰像素間的亮度,從而描述出一個(gè)較為完整的畫(huà)面。
總之,恒流源驅(qū)動(dòng)技術(shù)在LED驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中應(yīng)該因循簡(jiǎn)單而有效的原則,一味的追求高精尖的技術(shù),往往達(dá)不到實(shí)際的使用效果。
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