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作者: 发布时间:2012-05-08 来源: 繁体版
发光二极管(LED)在各种终端设备的广泛应用早已让许多人跌破眼镜:从汽车头灯、交通号志、文数字显示器、广告广告牌、与大型显示器等现有技术,到一般大楼照明设备以及液晶显示器背光源等其它应用,日益盛行的LED光源使得最普

发光二极管(LED)在各种终端设备的广泛应用早已让许多人跌破眼镜:从汽车头灯、交通号志、文数字显示器、广告广告牌、与大型显示器等现有技术,到一般大楼照明设备以及液晶显示器背光源等其它应用,日益盛行的LED光源使得最普遍的产品也要随之重新设计。随着效率和亮度不断增加以及成本持续下降,LED终将取代传统光源成为消费性应用的主要照明来源。本文将针对液晶显示器的LED背光源与其它大型显示器的光源技术进行比较,藉以说明LED应用设计所需面对的挑战。jYi自动化在线网

像点修正技术解决LED亮度差异问题jYi自动化在线网

体育馆或广告用的大型看板通常包含数十组显示面板与数千颗LED。在每块显示区内,每颗LED(又称为像素)所发出的亮度差异也会很大;通常最亮和最暗的LED相差可达15%至20%以上,这使厂商必须持续解决品质和管理等困难问题。虽然所有LED应用都会遇到这类问题,但在动态视频显示等需要均匀亮度的高品质应用上却显得特别严重。制造商大都采取两种方法来弥补亮度差异,一种方法是向供应商购买亮度相近的LED;另一种方法则是采用内含「像点修正(dotcorrection)」能的高品质LED驱动元件。jYi自动化在线网

亮度相近的LED有许多优点,其价格通常也较高。供应商会先测量LED在特定电流下的亮度,然后把亮度相近的红光、绿光和蓝光LED组合在一起。这种方法可在最不影响设计的情形下为低阶照明系统提供均匀亮度;其缺点则是每颗LED的亮度耗损速度都不同,因此经过一段时间后亮度又会变得不均匀。这项缺陷使它仅能做为短期解决方案,否则经过一两年后,画面又会变成一块一块。除此之外,若面板发生故障而需要更换,新面板与原有面板的亮度也会出现极大差异。jYi自动化在线网

高阶显示器系统对于亮度匹配的要求更为严苛,单靠采用亮度相近的LED并无法满足这类应用的要求。因此为了让像素和面板在显示器寿命期内都能维持均匀亮度,制造商会选用内建像点修正功能的先进LED驱动元件。像点修正是藉由调整个别LED电流来管理像素亮点的一种方法:处理器只需控制送到整块LED显示区的总电流,再由LED驱动元件调整个别LED电流来产生均匀亮度;这表示处理器可将其运算效能用于其它工作,而不需为了均匀亮度而查询表格或在每个更新期针对每颗LED进行复杂的乘法运算。为了提供像点修正功能,制造商会透过画面撷取测量每颗LED的亮度,再将系统最暗的LED指定为基准LED,然后将其它像素的亮度调整成和基准LED相同;调整方式则是根据LED输出亮度将每个像素的电流减少一定比例。德州仪器(TI)的TLC5940或其它类似元件都会将每颗LED的像点修正值储存在晶片内建的EEPROM记忆体,或是在每个更新期当中做动态修改。这种双重像点修正方式很有弹性,它既能在外界照明条件改变时更新整个面板的亮度,又能提供长期保存像点修正资讯以确保面板亮度均匀。只要像素亮度随时间出现变化,或是面板因为故障而需要调整和更换,工程人员随时都能更新EEPROM资料。我们将用下列例子来说明这种做法。jYi自动化在线网

实际操作案例jYi自动化在线网

为简单起见,此处只考虑同一种颜色的16颗LED,它们来自于多组面板和数千颗LED所组成的大型显示系统。我们假设绿色像素的绿光LED必须发出80毫烛光才能达到面板对于绿色像素的亮度要求。设计人员选择的LED则为OsramLPE675,它在50mA标准电流下的亮度可分为45-56、56-71、71-90以及90-112毫烛光等四个等级;这表示只要选择亮度最高的一组LED,就能确保每颗亮度至少能达到80毫烛光。TLC5940之类的元件最多能驱动16颗LED,每颗元件只需要一颗电阻来设定最大电流值。选择此电阻时应确保其设定之电流足以让最暗的LED发出80毫烛光,LPE675元件资料表显示它需要43mA的驱动电流才能发出80毫烛光。设计人员可在安装时先测量LED在43mA满电流时所发出的亮度,然后产生类似图1的亮度直方图。图中第一排资料是以mA为单位的LED电流值,第二排则是以毫烛光为单位的LED亮度值。从图中可看出LED亮度在未采用像点修正功能时最多相差±10%,这种差异程度是高阶显示器无法接受的。驱动元件可以根据直方图所示资料个别调整、或是「像素修正」每颗LED的电流,使它们最后得以产生均匀亮度;例如它必须将满电流下的LED1亮度从83毫烛光调整至80毫烛光。TLC5940提供6位元(64阶)像点修正功能,其中每一阶都相当于满刻度的1.56%。jYi自动化在线网

下列公式可用来计算每颗LED的像点修正值:jYi自动化在线网

其中DCproduction是产品制造时所使用的像点修正值,Lbaseline是所要求的亮度,Linitial则是最大电流下所产生的亮度量测值。jYi自动化在线网

图1:像点修正前的LED亮度和顺向电流直方图jYi自动化在线网

将计算所得的像点修正值四五入到最接近的分数值,再将它乘上原始亮度,即可得到新的LED亮度值。jYi自动化在线网

计算和储存每颗LED的像点修正资料后,再将LED驱动元件设定为最大电流,以便单独调整每颗LED的电流,如图2的直方图所示。只要将像点修正资料存入TLC5940晶片内建的EEPROM记忆体,系统就能在每次开机时取出这些像点修正资料,直到下一次重新校准为止。jYi自动化在线网


液晶显示屏LED背光源均匀亮度控制
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