采用多色LED補色的背光源

1 、引 言

　　隨著(zhù)led技術(shù)的成熟，各種顏色的LED紛紛研發(fā)出來(lái)，同時(shí)成本也在大幅下降。輸出電流在300mA以上的LED驅動(dòng)電路常見(jiàn)的有電感式開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源驅動(dòng)方式，也有用開(kāi)關(guān)電源和線(xiàn)性電源聯(lián)合驅動(dòng)的方式。線(xiàn)性電源驅動(dòng)電路中幾乎沒(méi)有地彈和紋波，對電路產(chǎn)生的干擾小，常用在對電磁兼容要求高的場(chǎng)合。

　　多顏色LED混色補色的背光技術(shù)是當前研究的熱點(diǎn)。早在2000年，日本就已生產(chǎn)出多芯片型LED背光產(chǎn)品。隨后，各大公司相繼推出以多芯片型LED為背光的高性能LCD。但具體怎樣混色補色，現在公開(kāi)的文獻還很少。

　　雖然紅綠藍3種顏色LED燈混合出的背光色域寬，但存在紅邊現象。本文采用白色LED燈作為主光源，然后用橙燈和藍燈作為補色光源，得到出屏白場(chǎng)色溫在(6 500±100)K 以?xún)?，色坐標u′在0.198±0.01以?xún)?，v′在0.468±0.01以?xún)鹊臉藴拾咨狻?BR>
　　2 、補色電路框圖

　　白燈LED是用藍光激發(fā)$熒光粉而得到白光，由于液晶屏對短波分量的衰減要大于長(cháng)波分量，故白燈LED發(fā)出的光出屏后顏色偏黃，既需要補藍光，同時(shí)也要補紅光。

　　在流過(guò)典型電流20mA的情況下，常溫下橙燈電壓是2V，藍燈電壓是3V，白燈電壓是3V。

　　3種燈都是8個(gè)一串。橙燈在典型電流情況下工作只需要16V左右即可，其驅動(dòng)電路線(xiàn)性恒流源效率不到60%，由于橙燈是補色的，故此功率損耗最大不到1W;白燈和藍燈的線(xiàn)性電源效率超過(guò)85%。

　　3種LED燈各用一路線(xiàn)性恒流源驅動(dòng)，每路設置總和電流200mA，保證每串LED燈的電流是其典型電流20mA，如圖1所示。每路線(xiàn)性恒流源獨立采用同頻率的PWM 調光信號，它們的頻率是固定的，占空時(shí)間隨調光亮度不同而改變。

　　以FPGA作為控制器，根據上位機的調光指令調整PWM 占空比，從而控制背光亮度;采樣顏色傳感器的數據，微調橙燈和藍燈的PWM 占空比，保證在溫度發(fā)生變化時(shí)色溫不變。

圖1 LED橙燈和藍燈補色電路框圖。

3 、PWM 調光與補色

　　3.1 橙燈和藍燈補色前的準備工作

　　圖2為白燈及補色彩燈的PWM 調光波形圖。應保證驅動(dòng)電路滿(mǎn)足以下條件：

　　(1)驅動(dòng)電壓應該能夠保證LED燈恒流所必需的電壓輸出；(2)驅動(dòng)電路的輸出電流應該具有導通時(shí)間上的一致性，這樣可以做到亮度線(xiàn)性調節；(3)在晝模式下，白光應該逐漸升高，而補色的藍燈和橙燈應該按白燈變化比例逐漸增加。

圖2 白燈及補色彩燈的PWM 調光波形圖。

　　3.2 在SS-230平板顯示系統綜合分析儀器上混光

　　圖3為SS-230平板顯示綜合分析系統的照片。實(shí)驗時(shí)，調白光從低亮度到高亮度，橙燈和藍燈也按比例逐漸增加，保證色溫在(6 500±30)K，色坐標u′=0。198，v′=0。468。記錄從低亮度到高亮度調光過(guò)程中，白燈、橙燈和藍燈的調光PWM波形高電平持續時(shí)間的數據，共記錄40組數據。

圖3 SS-230平板顯示綜合分析系統。

3.3 數據擬合

　　根據記錄的40組數據，可以得出在不同亮度情況下3種燈的調光PWM 高電平時(shí)間。下面擬合出3種光的調光高電平時(shí)間與亮度的關(guān)系，見(jiàn)圖4。

　　圖3中3根不間斷曲線(xiàn)的表達式如下：

圖3

圖4 亮度與3種燈的調光級數的關(guān)系。

　　式(1)中，L 是亮度，W 、O 和B 是白燈、橙燈和藍燈PWM 波形高電平時(shí)間級數，調光周期為500μs，高電平時(shí)間級數是(7FFF)16=(32 767)10級。

　　3.4 顏色閉環(huán)控制

　　根據所得到的擬合曲線(xiàn)，在背光燈溫度恒定并且與做擬合曲線(xiàn)時(shí)的背光燈溫度一致的情況下，在全亮度范圍內調光可以得到標準白色光源。但是要保證背光LED燈溫度不變是不可能的，隨著(zhù)LED燈溫度變化，白燈、橙燈和藍燈的衰減不一樣，色溫會(huì )有漂移現象。

　　記錄顏色傳感器在200個(gè)調光周期，即100ms內，紅、綠和藍3顏色分量輸出的脈沖個(gè)數，這些數據作為3顏色分量的亮度值。

　　在溫度變化時(shí)，根據顏色傳感器測量出的紅、綠和藍三色亮度數據，微調橙燈和藍燈的PWM波形高電平時(shí)間，使紅、綠和藍三色亮度比值恒定，則色溫保持不變。

　　4 、結 論

　　在SS-230平板顯示系統綜合分析儀器上，從低亮度到高亮度變化測量出40個(gè)點(diǎn)，調整3種燈的PWM脈沖高電平時(shí)間，得到標準白色光源。然后采用線(xiàn)性擬合的方法得到亮度不同情況下3種燈的PWM波形高電平持續時(shí)間的比例關(guān)系，根據該關(guān)系調光可以保證整個(gè)亮度范圍內背光源是標準白色光。根據顏色傳感器輸出的紅、綠和藍3顏色通道數據，微調橙燈和藍燈的PWM 高電平時(shí)間，維持紅、綠和藍3顏色通道數據的比例關(guān)系不變則色溫恒定。采用以上辦法得到出屏白場(chǎng)色溫在(6 500±100)K以?xún)?，色坐標u′在0.198±0.01以?xún)?，v′在0.468±0.01以?xún)鹊臉藴拾咨狻?BR>