中心議題：

• 高端顯示係統對亮度匹配的要求
• 大麵積LED背光設計要點

解決方案：

• 通過校正來解決發光亮度不均
• 通過控製及混合RGBLED來產生“可調的”白光

發光二極管(LED)在各種終端設備中已經被廣泛使用，從汽車前照燈

、交通信號燈、文字顯示器、廣告牌及大屏幕視頻顯示器，到普通及建築照明和LCD背光等最新應用，LED的迅速采用使得最普通的設備也需要重新設計。隨著LED效率與亮度的增加以及成本的減少
，LED有可能會取代消費類應用中的傳統照明技術。本文通過比較采用基於LED的LCD背光的大屏幕顯示器中所使用的一些技術
，闡述如何解決在使用LED時所麵對的一些設計挑戰。

體育場或廣告顯示牌使用了很多顯示麵板及成千上萬個LED。在每一顯示陣列中

，各LED(也稱為像素)的亮度會有很大的差異，最亮和最暗LED之間的亮度差有時甚至能高達15%～20%。盡管此問題是所有LED應用的通病
，但在一些要求有像素一致性的高質量顯示係統中顯得尤為突出。為彌補這種差異，廠商通常采用兩種辦法：一是從供應商處購買經過匹配的或經過篩選的LED；二是采用帶有“點校正”功能的高質量LED驅動器。

LED供應商提供經過匹配的LED並收取一定的額外費用。他們測試後再將這些RGB(紅、綠、藍)發光二極管與可在規定電流上產生相似亮度的LEDzuhezaiyiqi。liyongzhezhongfangfasuikeyizuishaodeshejigongzuolianglaiweididuanzhaomingxitongtigongsuoxudeliangduyizhixing，danmeigexiangsusuishijiandeshuailuosuduhuoliangduxiajiangsudugebuxiangtong
，yinerzhezhongfangfazhinengshiyizhongzanshidejiejuefangan。huanyanzhi，zaijinhouyidaoliangniannei，gexiangsudeliangdujiangwufazaibaochiyizhi。lingwai，dangxuyaogenghuanyouquexiandemianbanshi，xinhuanshangdemianbandeliangduzaishijiaoshangyehuiheqitamianbanyouchayi。

高端顯示係統對亮度匹配的要求很高
，因此僅采用LED匹配這種方法還遠遠不夠。為在顯示單元的整個壽命周期內獲得像素與麵板亮度的一致性，廠商們普遍采用帶有點校正功能的高級LED驅動器。點校正是一種通過調整流入陣列中每個LED的電流來控製像素亮度的方法。利用點校正功能
，處理器可以控製流入LED麵板的所有電流，同時LED驅動器可調整供給每個LED的電流並產生一致的亮度。因此就不再需要查找表
，也不需要LED在每個刷新周期的複雜倍乘任務，處理器可以把節省下來的資源用來執行其他任務。

為實現點校正，廠商通過照相來測量每個LED的亮度。係統中最暗的LED被指定為基本LED
，而其他所有像素均與其進行比較。為進行這種校正
，供給每個像素的電流都乘以一個和LED光強成正比的小數(或分數)。在像TITLC5940中，每個LED的點校正值在每個刷新周期內都可以有很大的不同，並能存儲在集成EEPROM中。這種“雙點校正”fangfaketigongrangzhenggemianbanliangdusuiwaibuzhaomingtiaojiandegaibianergengxindelinghuoxing，bingnengtigongchangqijifeiyishixingdedianxiaozhengxinxi，laiquebaomianbanliangdudeyizhixing。liangduzhibiaohuisuishijianergaibian
，EEPROM中的數據可以進行重新校正，若麵板出現故障要求更換，EEPROM中的數據也可以進行重寫。下麵用一個具體例子來闡述這種方法。

為簡單起見
，隻考慮由多個麵板及數千個LED像素組成的完整顯示係統中一種顏色的16個LED。視頻麵板中綠像素的亮度指標可能要求該像素的綠色LED具有80mcd的亮度。所選LED(OsramLPE675)按亮度分成四個組：45～56mcd、56～71mcd

、71～90mcd及90～112mcd。每組亮度均在50mA的電流上測量。選擇亮度最高的組並保證其每個LED均具有至少80mcd的亮度。對於像TLC5940這樣的芯片
，可用一個電阻來設置每片IC的最大電流
，使每片IC都能驅動16個LED。該電阻值必須能將電流設置成足夠高，以使最暗的LED也能產生80mcd的亮度。因此，根據LPE675的數據資料，芯片必須有43mA的驅動電流才能產生80mcd的亮度。

通過在安裝位置上測量LED的滿電流(43mA)亮度
，即可得到如圖1所示的LED亮度直方圖。其中x軸為以mA表示的LED電流，而y軸則為以mcd表示的LED亮度。如圖1所示，在未進行點校正前，所測得的麵板中每個LED之間的亮度差可高達±10%。這樣大的亮度差在高端顯示器中是無法接受的。直方圖給出了對每個LED進行調整或進行點校正以產生一致亮度的相應數據。例如，當對滿亮度編程後，IC必須將LED1的亮度從83mcd校正為80mcd。TLC5940擁有6位的點校正(即64步)步進，對應於每步1.56%的滿量程分辨率。


圖1點校正前的LED亮度與正向電流直方圖[page]

圖2點校正後的LED亮度與正向電流直方圖

用下式可計算出每個LED的點校正值。


其中DCproduction為生產時所需的點校正值，Lbaseline為所需的亮度水平，而Linitial則是在最大電流上測得的亮度。
先將計算得到的點校正值四舍五入為最接近的小數

，然後再將原始亮度乘以新的點校正係數
，即得到更新後的LED亮度值。


在計算並存儲每個LED的點校正數據後，即可將LED驅動器編程為其最大電流
，以使LED驅動器自動調整供給每個LED的電流
，這便產生了如圖2所示的直方圖。如果將點校正數據編程至TLC5940芯片的EEPROM中
，則當麵板每次開機時即可加載點校正數據，而且會一直保留至麵板下一次被再校準為止。

對於室內或室外工業用視頻顯示器，例如廣告牌及大屏幕顯示器等，光有靜態調整(即校準後保持不變
，直到手動調整為止)還(hai)不(bu)夠(gou)。這(zhe)種(zhong)麵(mian)板(ban)調(tiao)整(zheng)是(shi)顯(xian)示(shi)器(qi)日(ri)常(chang)維(wei)護(hu)程(cheng)序(xu)中(zhong)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)。而(er)新(xin)興(xing)市(shi)場(chang)應(ying)用(yong)則(ze)對(dui)此(ci)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。隨(sui)著(zhe)該(gai)技(ji)術(shu)進(jin)入(ru)到(dao)消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)及(ji)家(jia)庭(ting)中(zhong)，又(you)如(ru)何(he)來(lai)控(kong)製(zhi)並(bing)調(tiao)整(zheng)LED隨時間的改變呢
？

盡管這種發展仍處於初級階段

，但現在已有一些顯示器采用了此項技術。索尼40英寸Qualia005麵板及三星46英寸的LNR460D麵板，均推出了采用基於LED背光的LCD電視。與流行想法相悖的是，這兩種電視顯示器中的二極管並不“白”，而是通過控製及混合RGBLED來產生“可調的”白光。與傳統燈泡相比

，LED背光擁有很多優勢：更高的功率效率
、更少的運動畫麵拖影
、更寬的色彩頻譜(在某些情況下大於105%NTSC)
、更(geng)長(chang)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)及(ji)可(ke)調(tiao)的(de)色(se)溫(wen)等(deng)，其(qi)畫(hua)麵(mian)質(zhi)量(liang)非(fei)常(chang)高(gao)。盡(jin)管(guan)在(zai)亮(liang)度(du)變(bian)化(hua)方(fang)麵(mian)電(dian)視(shi)機(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)遇(yu)到(dao)了(le)和(he)傳(chuan)統(tong)麵(mian)板(ban)製(zhi)造(zao)者(zhe)一(yi)樣(yang)的(de)挑(tiao)戰(zhan)，他(ta)們(men)還(hai)必(bi)須(xu)著(zhe)重(zhong)考(kao)慮(lv)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)問(wen)題(ti)，因(yin)為(wei)電(dian)視(shi)背(bei)光(guang)應(ying)用(yong)對(dui)LED亮(liang)度(du)隨(sui)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)的(de)改(gai)變(bian)很(hen)敏(min)感(gan)。此(ci)外(wai)，電(dian)視(shi)機(ji)僅(jin)當(dang)其(qi)背(bei)光(guang)性(xing)質(zhi)被(bei)調(tiao)整(zheng)為(wei)滿(man)足(zu)每(mei)位(wei)消(xiao)費(fei)者(zhe)起(qi)居(ju)室(shi)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)的(de)環(huan)境(jing)照(zhao)明(ming)條(tiao)件(jian)時(shi)，才(cai)能(neng)達(da)到(dao)其(qi)最(zui)佳(jia)顯(xian)示(shi)質(zhi)量(liang)。再(zai)加(jia)上(shang)消(xiao)費(fei)應(ying)用(yong)的(de)特(te)點(dian)，便(bian)向(xiang)人(ren)們(men)提(ti)出(chu)了(le)對(dui)動(dong)態(tai)亮(liang)度(du)調(tiao)整(zheng)的(de)需(xu)求(qiu)。

為創造這種動態調整環路，需要使用幾個測量LED溫(wen)度(du)及(ji)亮(liang)度(du)變(bian)化(hua)的(de)內(nei)部(bu)傳(chuan)感(gan)器(qi)，以(yi)及(ji)測(ce)量(liang)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)改(gai)變(bian)的(de)外(wai)部(bu)傳(chuan)感(gan)器(qi)。以(yi)其(qi)最(zui)基(ji)本(ben)的(de)形(xing)式(shi)
，控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)以(yi)這(zhe)些(xie)傳(chuan)感(gan)器(qi)采(cai)集(ji)數(shu)據(ju)，並(bing)將(jiang)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)輸(shu)入(ru)至(zhi)處(chu)理(li)器(qi)中(zhong)開(kai)始(shi)，然(ran)後(hou)處(chu)理(li)器(qi)再(zai)對(dui)這(zhe)些(xie)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)，並(bing)向(xiang)TLC5940等LED驅動器芯片提供智能校正功能。此外
，處理器還通過結合原始工廠校準點校正值與新的動態數據來產生更新後的點校正數據。

還用前麵的示例，假如環境亮度表測得僅需70%的滿亮度或56mcd的環境照明條件，則處理器會算出新的44.8的環境光點校正值。如果由於溫度上升而使LED亮度下降10%，則處理器會計算71.1的溫度點校正值。結合所有這三種點校正值來產生新的點校正數據，即可對這三種亮度變化進行補償。




從上可見，運用48的組合點校正值即可得到56mcd的期望亮度。請注意，由於溫度引起亮度下降，故本計算中的起始電流被設置為起始生產電流的90%。



隻有可提供並能組合運用動、靜態點校正方法的高級LED驅動器，才能提供針對消費者特定觀看條件的最佳背光解決方案。在由索尼及三星提供的原型電視機中，LED采用串聯方式減少控製單個LED的所需資源。要設計對背光顯示單元的全動態控製，需對單個LED進行控製。因此，LED廠商目前正在開發可實現更靈活陣列配置的先進技術。

用於電視機的智能背光
，是下一項將應用到家庭的創新技術
，將使電視機的畫麵質量大幅度提高，改善人們在使用中的視覺體驗。