用于平板显示器的RGB LED - 全文

关键词： LED , RGB , 平板显示器

LED背光变得比CCFL还常用。带有RGB LED背光的LCD显示器面板可以实现出色的色彩还原，加强了观看体验。跟一般的CCFL不同，RGB LED扩展了可视色彩的范围。CCFL背光显示器的色域（频谱）有限，并且色彩鲜艳度不足，见图1。CCFL覆盖NTSC色域约为80%，而RGB可以覆盖NTSC色域则高达110%，实现了更精确的图像还原。

2010-6-22 14:46:46 上传

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通过使用3个单色光源（如蓝色、绿色和红色激光），可以实现最大的色域。查看频谱时，我们可以发现激光在380nm、520nm和700nm波长处均有一个很窄的能量带。能量带越窄，它越接近CIE蹄形的边缘，因此色域越大。

白光LED vs. CCFL

白光LED背光特别适合于手持式和移动显示器面板，因为它具有小型化、易于驱动、对机械应力不敏感的特性，寿命是其他产品的2倍。并且，白光LED发光效率的迅速提高使其成了为较大型的显示器面板（如笔记本面板、LCD监视器和电视）提供背光的理想之选。白光LED实现了100流明/瓦的效率，是广泛使用的荧光灯的2倍。

 

但是，白光LED也有色域方面的劣势，因为白光LED等同于一个宽带光源。白光LED是一个覆有荧光体的蓝色二极管，可以将一部分蓝光转换成黄光。蓝色和黄色频带分别在445nm和540nm处达到最大值。组合频谱被视为白光，见图2。为了实现较大的色域，在原色处光源必须由窄带组成。
为何使用RGB LED？

RGB LED只需要单色光源的一小部分成本即可提供窄带频谱（图3a）。CCFL是一种宽带光源，发出的宽色谱如图3b所示。虽然人眼将CCFL和组合RGB频谱都视为白光，但是CCFL的宽光谱范围限制了面板显示器的色域，因为它杂有多余色彩，如橙色、黄色和青色，还可以通过将原色过滤成较窄的频谱来改善色域。但是，色彩过滤极大地削弱了光的数量，降低了总亮度。现在，色彩过滤并不实用。

 

RGB LED不但改善了色域，还提高了效率，因为RGB LED只发出所需的光能——红色、绿色和蓝色。宽带光源（如白光LED和CCFL）具有相对较多的多余色彩，损害了色域，因而导致效率降低。

因为可以单独驱动各个色彩，所以可以校正白点或者RGB LED的合成色温，而CCFL和白光LED则具有固定的白点。

 

RGB LED增加了驱动的复杂度。首先，随着时间的推移，存在着老化效应或流明损耗（用一定时间内流明输出的变化来计量）。当由恒定电流驱动时，大多数光源都会变暗。对于白光LED和CCFL而言，可以通过用更大的电流对其进行驱动来轻松补偿老化引起的光损耗。RGB LED则不这样。这就更复杂了，因为每种颜色的损耗率都不同，见图4。使用1年以后，红光和绿光LED一般会变暗10%，而蓝光LED则损耗70%。因此，当用恒定电流驱动时，RGB LED的色温和流明都会随着时间的流逝而降低。在用更大的电流进行补偿之前，要分别确定每种颜色的光损耗。否则，色温或白点都会改变。光损耗的补偿方法图5所示。

 

温度效应是另一个需要考虑的因素。对于CCFL和白光LED而言，可以通过驱动更大或更小的电流来补偿由温度变化引起的光强变化。RGB LED则要麻烦一些。蓝光的温度系数为正，而红光和绿光的温度系数虽然都为负，但是却并不相同，见图6。粗略的方法是用温度传感器来监视光源，并决定用多大的电流来驱动各种颜色。图5还对由温度波动引起的变化进行了补偿。

用 光反馈环路驱动RGB LED串的方法如图5所示。基于电感器的升压转换器 - EL7801 - 驱动串行和并行RGB LED串。EL7900是一款光学光电传感器，可以感应光信号，并能将其转换成电信号。电信号被反馈到EL7801控制器上，以便通过LED来进行 电流调 整。采用了3-位环形计数器实现的独特调制技巧，从而省却了昂贵的RGB光学传感器。电路可以保证流明（亮度）和白点（色温）不会随着时间的流逝以及温度的波动而发生变化。

2010-6-22 14:46:49 上传

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每种颜色都以时钟CLK确定的速度，按顺序打开。见图5中的3-位环形计数器时序图。第一个时钟周期内，只有PHASE_RED很高，而PHASE_GREEN和PHASE_BLUE则很低。因此，晶体管Q6接通，来让电流流过红光LED串；晶体管Q3接通，来让电流流过EL7900光传感器的输出回路（它的电流输出IOUT跟红光LED的光学输出成正比）。注意：PHASE_RED过程中，只有红光。通过可变电阻R7（其阻值跟红光强度成反比）来调节红光强度。电阻越小，红光流明越高，因为EL7801控制器会通过红光LED来增加电流，从而可以在FB处的电压达到额定值100mV之前增加红光强度。

在第二个时钟周期内，只有PHASE_GREEN很高，断开Q3和Q6，并切断红光LED。在这个阶段，Q2和Q5都是接通的。光传感器只能感应到绿光，并且利用绿光LED来开始另一个闭环操作。

第三个周期只闭合蓝光LED上的环路。注意：光传感器一次只能转换一种彩色光，而其他色彩则断开。这种调制方法避免了RGB传感器的使用。

在极低的时钟速率下，人们一次就只能看到一种颜色。在较高的时钟速率下，我们可以看到恒定的白光，因为人眼是自然的积分器。整个周期类似于一个由原色组成的色环。旋转速率低时，人眼可以分别看到红色、绿色和蓝色；旋转速率高时，人眼将颜色整合到一起，就只能看到白色轮盘了。