LED背光變得比CCFL還常用。帶有RGB LED背光的LCD顯示器面板可以實現(xiàn)出色的色彩還原,加強(qiáng)了觀看體驗。跟一般的CCFL不同,RGB LED擴(kuò)展了可視色彩的范圍。CCFL背光顯示器的色域(頻譜)有限,并且色彩鮮艷度不足,見圖1。CCFL覆蓋NTSC色域約為80%,而RGB可以覆蓋NTSC色域則高達(dá)110%,實現(xiàn)了更精確的圖像還原。
通過使用3個單色光源(如藍(lán)色、綠色和紅色激光),可以實現(xiàn)最大的色域。查看頻譜時,我們可以發(fā)現(xiàn)激光在380nm、520nm和700nm波長處均有一個很窄的能量帶。能量帶越窄,它越接近CIE蹄形的邊緣,因此色域越大。
白光LED vs. CCFL
白光LED背光特別適合于手持式和移動顯示器面板,因為它具有小型化、易于驅(qū)動、對機(jī)械應(yīng)力不敏感的特性,壽命是其他產(chǎn)品的2倍。并且,白光LED發(fā)光效率的迅速提高使其成了為較大型的顯示器面板(如筆記本面板、LCD監(jiān)視器和電視)提供背光的理想之選。白光LED實現(xiàn)了100流明/瓦的效率,是廣泛使用的熒光燈的2倍。
但是,白光LED也有色域方面的劣勢,因為白光LED等同于一個寬帶光源。白光LED是一個覆有熒光體的藍(lán)色二極管,可以將一部分藍(lán)光轉(zhuǎn)換成黃光。藍(lán)色和黃色頻帶分別在445nm和540nm處達(dá)到最大值。組合頻譜被視為白光,見圖2。為了實現(xiàn)較大的色域,在原色處光源必須由窄帶組成。
為何使用RGB LED?
RGB LED只需要單色光源的一小部分成本即可提供窄帶頻譜(圖3a)。CCFL是一種寬帶光源,發(fā)出的寬色譜如圖3b所示。雖然人眼將CCFL和組合RGB頻譜都視為白光,但是CCFL的寬光譜范圍限制了面板顯示器的色域,因為它雜有多余色彩,如橙色、黃色和青色,還可以通過將原色過濾成較窄的頻譜來改善色域。但是,色彩過濾極大地削弱了光的數(shù)量,降低了總亮度?,F(xiàn)在,色彩過濾并不實用。
RGB LED不但改善了色域,還提高了效率,因為RGB LED只發(fā)出所需的光能——紅色、綠色和藍(lán)色。寬帶光源(如白光LED和CCFL)具有相對較多的多余色彩,損害了色域,因而導(dǎo)致效率降低。
因為可以單獨(dú)驅(qū)動各個色彩,所以可以校正白點(diǎn)或者RGB LED的合成色溫,而CCFL和白光LED則具有固定的白點(diǎn)。
RGB LED增加了驅(qū)動的復(fù)雜度。首先,隨著時間的推移,存在著老化效應(yīng)或流明損耗(用一定時間內(nèi)流明輸出的變化來計量)。當(dāng)由恒定電流驅(qū)動時,大多數(shù)光源都會變暗。對于白光LED和CCFL而言,可以通過用更大的電流對其進(jìn)行驅(qū)動來輕松補(bǔ)償老化引起的光損耗。RGB LED則不這樣。這就更復(fù)雜了,因為每種顏色的損耗率都不同,見圖4。使用1年以后,紅光和綠光LED一般會變暗10%,而藍(lán)光LED則損耗70%。因此,當(dāng)用恒定電流驅(qū)動時,RGB LED的色溫和流明都會隨著時間的流逝而降低。在用更大的電流進(jìn)行補(bǔ)償之前,要分別確定每種顏色的光損耗。否則,色溫或白點(diǎn)都會改變。光損耗的補(bǔ)償方法圖5所示。
溫度效應(yīng)是另一個需要考慮的因素。對于CCFL和白光LED而言,可以通過驅(qū)動更大或更小的電流來補(bǔ)償由溫度變化引起的光強(qiáng)變化。RGB LED則要麻煩一些。藍(lán)光的溫度系數(shù)為正,而紅光和綠光的溫度系數(shù)雖然都為負(fù),但是卻并不相同,見圖6。粗略的方法是用溫度傳感器來監(jiān)視光源,并決定用多大的電流來驅(qū)動各種顏色。圖5還對由溫度波動引起的變化進(jìn)行了補(bǔ)償。
用 光反饋環(huán)路驅(qū)動RGB LED串的方法如圖5所示?;陔姼衅鞯纳龎恨D(zhuǎn)換器 - EL7801 - 驅(qū)動串行和并行RGB LED串。EL7900是一款光學(xué)光電傳感器,可以感應(yīng)光信號,并能將其轉(zhuǎn)換成電信號。電信號被反饋到EL7801控制器上,以便通過LED來進(jìn)行 電流調(diào) 整。采用了3-位環(huán)形計數(shù)器實現(xiàn)的獨(dú)特調(diào)制技巧,從而省卻了昂貴的RGB光學(xué)傳感器。電路可以保證流明(亮度)和白點(diǎn)(色溫)不會隨著時間的流逝以及溫度的波動而發(fā)生變化。
每 種顏色都以時鐘CLK確定的速度,按順序打開。見圖5中的3-位環(huán)形計數(shù)器時序圖。第一個時鐘周期內(nèi),只有PHASE_RED很高,而PHASE_GREEN和PHASE_BLUE則很低。因此,晶體管Q6接通,來讓電流流過紅光LED串;晶體管Q3接通,來讓電流流過EL7900光傳感器的輸出回路(它的電流輸出IOUT跟紅光LED的光學(xué)輸出成正比)。注意:PHASE_RED過程中,只有紅光。通過可變電阻R7(其阻值跟紅光強(qiáng)度成反比)來調(diào)節(jié)紅光強(qiáng)度。電阻越小,紅光流明越高,因為EL7801控制器會通過紅光LED來增加電流,從而可以在FB處的電壓達(dá)到額定值100mV之前增加紅光強(qiáng)度。
在第二個時鐘周期內(nèi),只有PHASE_GREEN很高,斷開Q3和Q6,并切斷紅光LED。在這個階段,Q2和Q5都是接通的。光傳感器只能感應(yīng)到綠光,并且利用綠光LED來開始另一個閉環(huán)操作。
第三個周期只閉合藍(lán)光LED上的環(huán)路。注意:光傳感器一次只能轉(zhuǎn)換一種彩色光,而其他色彩則斷開。這種調(diào)制方法避免了RGB傳感器的使用。
在極低的時鐘速率下,人們一次就只能看到一種顏色。在較高的時鐘速率下,我們可以看到恒定的白光,因為人眼是自然的積分器。整個周期類似于一個由原色組成的色環(huán)。旋轉(zhuǎn)速率低時,人眼可以分別看到紅色、綠色和藍(lán)色;旋轉(zhuǎn)速率高時,人眼將顏色整合到一起,就只能看到白色輪盤了。