led屏点阵显示效果（LED点阵显示屏动态显示效果典型分析-引文请注明出处）

led屏点阵显示效果（LED点阵显示屏动态显示效果典型分析-引文请注明出处）在人的视觉系统中，外界可见光信号传入大脑进行分析需要一定的时间，当外部刺激光源撤离后，视觉形象并未立即消失，而需一个短暂的时间后方才消失，称之为视觉暂留效应，一般在0.05~0.4S，与刺激源的颜色及个体均有关系。在LED点阵屏扫描显示系统中，正是以此为基础。2、 动态视觉效果分析关 键 词： LED显示屏 视觉暂留效应1、 引言 LED——即发光二极管（Light-Emitting Diode）的简称，是由砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等化合物材料制成的半导体器件。LED发光管具有发光速度极快（纳秒级）、电能转化效率极高、寿命极长、体积小、不易损坏等诸多优点， 现在越来越多的被用作大屏幕的显示像素，由于一块LED大屏幕有成千上万个像素，静态的去点亮每一个像素在成本上、可靠性上都不是最优选择（特殊应用除外），因此必须采用一种简便高效的显示控制技术——动态扫描——来让多个像素共用同一驱动电路，在极

LED点阵显示屏动态显示效果典型分析

王 永

（南京苏灿电子科技有限公司）

摘 要： 本文对扫描工作模式的LED显示屏输出动态图像时出现的视觉效果进行原理性分析，并给出了优化视觉效果的方法。

关 键 词： LED显示屏 视觉暂留效应

1、 引言

LED——即发光二极管（Light-Emitting Diode）的简称，是由砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等化合物材料制成的半导体器件。LED发光管具有发光速度极快（纳秒级）、电能转化效率极高、寿命极长、体积小、不易损坏等诸多优点， 现在越来越多的被用作大屏幕的显示像素，由于一块LED大屏幕有成千上万个像素，静态的去点亮每一个像素在成本上、可靠性上都不是最优选择（特殊应用除外），因此必须采用一种简便高效的显示控制技术——动态扫描——来让多个像素共用同一驱动电路，在极短的时间内分别点亮不同的显示单元，并循环往复不止，利用人眼的暂留效应，从而形成一幅完整的画面。对于静态的图文显示人眼感觉不到闪烁，但是使用该技术显示动态图像时，人眼的视觉效果会随着扫描的频率和图像的移动速度而改变，本文将以此对视觉的效果影响进行典型分析，以便我们在产品设计时更好的优化动态图像显示的视觉效果。

2、 动态视觉效果分析

在人的视觉系统中，外界可见光信号传入大脑进行分析需要一定的时间，当外部刺激光源撤离后，视觉形象并未立即消失，而需一个短暂的时间后方才消失，称之为视觉暂留效应，一般在0.05~0.4S，与刺激源的颜色及个体均有关系。在LED点阵屏扫描显示系统中，正是以此为基础。

1、 LED显示屏扫描驱动模式对视觉效果的影响

LED显示屏的扫描驱动模式常见的有2扫、4扫、8扫、16扫，即同一驱动电路控制的行数。假如按照相同的扫描频率F进行扫描，每行重复扫描时间间隔为T，N行扫描驱动模式，每行的有效导通时间为Tv，则有如下关系：

①T = 1 / F;

②Tv = T / N；

有以上关系可知，相同的扫描频率下，每一行在单位时间内的有效导通时间Tv随着驱动行数的增加而减小，即占空比减小，成反比关系，由于人眼对扫描图像的亮度感受是每个像素的平均亮度的综合效果，所以在相同的扫描频率下，一个周期内扫描的行数越多，屏幕的亮度就越低，所以一般室外屏使用低扫描行数的（例如4扫），室内屏使用高扫描行数的（例如16扫）。

2、 扫描频率对视觉效果的影响

根据人眼的暂留时间，要保持LED显示屏整幅图像显示的稳定性，每个像素显示扫描的间隔时间不能太长（频率太低），太长就会出现画面闪烁感，那是因为人眼暂留图像的消失过程并不是某个时刻后立即消失，而是有一个持续减淡、最终消失的过程，必须保持视觉系统中连续多次扫描图像的刺激效果差别极小 （人眼不可区分的程度），才不至于产生闪烁效果，因此扫描的时间间隔应满足以下公式：

③ Thold >= Tint TΔ

④ F = 1 / (Tint Tv)

其中： Thold ： 人眼的暂留时间

Tint ： LED显示扫描间隔时间

TΔ ： 人眼暂留图像明显变暗时间点至完全消失的时间长度

Tv : 每行的有效显示时间

F : LED显示扫描频率

实验证明，当Fscan<60Hz时，随着频率的逐渐降低，闪烁感就会越来越强烈。

对于F 是不是越大（Tint Tv越小）越好？当然不是，频率越高，每一次LED发光管的导通时间越短，在实际产品中，受多种硬件参数的影响（比如为电源滤波而串入的感性器件），在极短的导通时间中，有效电流达不到要求的电流，亮度将显著降低。

3、 图像匀速移动对视觉效果的影响

我们知道，动态图像是由一帧帧图片连续的输出显示，从而达到动态的显示效果，那么当一幅图片向某个方向移动时，速度的快慢可通过输出帧的速度来控制，即单位时间内重复输相同帧的次数来控制，次数越多，图片的移动速度越慢，每张图片在相同像素的重复扫描点亮的次数越多。由于图片移动时，眼睛会受到图片具有色差的边沿影响，视觉分析系统会指挥眼球跟随图片移动方向转动，此时图片在我们眼中的显示效果会呈现倾斜、像素粘连、重影现象，其原因如下：

图 1

如图1所示，以一个像素点的3次扫描点亮为例来说明，像素点保持不动。假设图像自右向左以一定速度匀速移动(上右下左)，眼球也沿同方向方向匀速转动，第一次扫描点亮像素时，在视网膜上某一位置成像一次（图1 A），由于眼球的转动，第二次扫描点亮像素时，会在视网膜的另外一个位置成像一次（图1 B），以此类推，第三次扫描点亮时，同样会在视网膜的第三个位置成像一次（图1 C），由于扫描速度极快，在第三次扫描完成以后，基于视觉暂留效应，前两次在大脑中的视觉效果并未消失，故出现图片移动时像素增多、重影现象。在人眼暂留时间内，刷新次数越多，同一个像素点形成的重影就越多。按此规律，以扫描点亮一列像素的8扫显示屏（自上而下扫描各个像素）为例，每次向前移动一个像素，每个像素刷新3次，由于驱动点亮第一行到驱动点亮最后一行存在时间差，眼球在此时间内转过一个角度，因此，依次点亮的像素会在视网膜上形成一条倾斜的直线，如图2视觉效果：

图 2 （8扫）

图 3（8扫）

图中为第5列3次刷新完毕后的视觉效果，当第8行刷新过后，第1行第5列的第一次刷新像素点重影恰恰与即将刷新的第1行第4列重合，且每行重影点的间距为：

⑤ LΔ = L / N;

其中:

LΔ ： 重影点间距

L ： 水平像素点距

N ： 同一帧图像扫描次数

若一个十六点阵高度的屏，采用8扫的驱动模式，两个8扫驱动电路同时工作，自上而下点亮像素，如图3，则会出现锯齿现象，同一列并不是在同一条直线上。

由图2及公式⑤可知，在图片像素移动速度保持不变的情况下，增加刷新频率，在相邻2列有限的空间内，增加像素重影的个数会减小图像移动的倾斜程度，在存在多个并行扫描驱动的大屏系统中，会减小锯齿现象，扫描频率达到一定时，几乎看不出锯齿现象的存在，唯一的缺点就是增加了像素粘连性，使像素移动痕迹变宽。当然通过减小像素点距的方法，在扫描频率不变的情况下也可以减小锯齿现象，相反会增加锯齿现象。特别需要注意的是，当像素点距增大到一定程度时，视觉会受到外界诸多因素的影响，不能形成或稳定形成上述视觉效果（本文分析结论是基于像素点距<=20mm）。

以上分析均是基于肉眼感觉到像素点的匀速移动，即肉眼感觉不到每个像素在多次扫描点亮时的停滞不前现象，在这种情况下，眼球才会随着像素的均匀移动而移动，在视网膜上形成均匀的像素信息，视觉系统才能获取稳定的图像。若人眼能够识别每个像素点的停滞，则眼球跟随像素的转动会是一个步进的过程，整体不是匀速的，故当一个像素点移动到下一个位置时，肉眼才会瞬间的快速跟随转动，在某一速度范围内的步进过程中，由于视觉系统在该速度范围步进移动的像素具有一定的预判跟随能力，但是不能完全跟上，许多偶然因素的存在，在视网膜上形成了部分且不定数量的像素重影，整体视觉效果为不均匀的闪烁、像素不清、画面模糊，甚至给人晃眼、晕眩的感觉。按工程经验，当扫描频率为60Hz，每帧画面刷新大于4次，画面开始有顿挫感。

3、 结论

基于上述分析，一个好的LED显示屏图像的驱动显示需要综合考虑扫描频率与视觉暂留效应的优化结合、硬件扫描方式的合理选择、像素点距的合理设计、驱动电流的精确控制，只有这样才能获取最优的视觉效果。

参考文献：1、《LED显示屏系统原理及工程技术》 储昌钤 电子科技大学出版社