發(fā)光二極管(led)在各種終端設(shè)備中已經(jīng)被廣泛使用，從汽車前照燈、交通信號(hào)燈、文字顯示器、廣告牌及大屏幕視頻顯示器，到普通及建筑照明和lcd背光等最新應(yīng)用，led的迅速采用使得最普通的設(shè)備也需要重新設(shè)計(jì)。隨著led效率與亮度的增加以及成本的減少，led有可能會(huì)取代消費(fèi)類應(yīng)用中的傳統(tǒng)照明技術(shù)。本文通過(guò)比較采用基于led的lcd背光的大屏幕顯示器中所使用的一些技術(shù)，闡述如何解決在使用led時(shí)所面對(duì)的一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

    體育場(chǎng)或廣告顯示牌使用了很多顯示面板及成千上萬(wàn)個(gè)led。在每一顯示陣列中，各led(也稱為像素)的亮度會(huì)有很大的差異，最亮和最暗led之間的亮度差有時(shí)甚至能高達(dá)15%～20%。盡管此問(wèn)題是所有l(wèi)ed應(yīng)用的通病，但在一些要求有像素一致性的高質(zhì)量顯示系統(tǒng)中顯得尤為突出。為彌補(bǔ)這種差異，廠商通常采用兩種辦法：一是從供應(yīng)商處購(gòu)買經(jīng)過(guò)匹配的或經(jīng)過(guò)篩選的led；二是采用帶有“點(diǎn)校正”功能的高質(zhì)量led驅(qū)動(dòng)器。

    led供應(yīng)商提供經(jīng)過(guò)匹配的led并收取一定的額外費(fèi)用。他們測(cè)試后再將這些rgb(紅、綠、藍(lán))發(fā)光二極管與可在規(guī)定電流上產(chǎn)生相似亮度的led組合在一起。利用這種方法雖可以最少的設(shè)計(jì)工作量來(lái)為低端照明系統(tǒng)提供所需的亮度一致性，但每個(gè)像素隨時(shí)間的衰落速度或亮度下降速度各不相同，因而這種方法只能是一種暫時(shí)的解決方案。換言之，在今后一到兩年內(nèi)，各像素的亮度將無(wú)法再保持一致。另外，當(dāng)需要更換有缺陷的面板時(shí)，新?lián)Q上的面板的亮度在視覺(jué)上也會(huì)和其他面板有差異。

    高端顯示系統(tǒng)對(duì)亮度匹配的要求很高，因此僅采用led匹配這種方法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為在顯示單元的整個(gè)壽命周期內(nèi)獲得像素與面板亮度的一致性，廠商們普遍采用帶有點(diǎn)校正功能的高級(jí)led驅(qū)動(dòng)器。點(diǎn)校正是一種通過(guò)調(diào)整流入陣列中每個(gè)led的電流來(lái)控制像素亮度的方法。利用點(diǎn)校正功能，處理器可以控制流入led面板的所有電流，同時(shí)led驅(qū)動(dòng)器可調(diào)整供給每個(gè)led的電流并產(chǎn)生一致的亮度。因此就不再需要查找表，也不需要led在每個(gè)刷新周期的復(fù)雜倍乘任務(wù)，處理器可以把節(jié)省下來(lái)的資源用來(lái)執(zhí)行其他任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)校正，廠商通過(guò)照相來(lái)測(cè)量每個(gè)led的亮度。系統(tǒng)中最暗的led被指定為基本led，而其他所有像素均與其進(jìn)行比較。為進(jìn)行這種校正，供給每個(gè)像素的電流都乘以一個(gè)和led光強(qiáng)成正比的小數(shù)(或分?jǐn)?shù))。在像ti tlc5940中，每個(gè)led的點(diǎn)校正值在每個(gè)刷新周期內(nèi)都可以有很大的不同，并能存儲(chǔ)在集成eeprom中。這種“雙點(diǎn)校正”方法可提供讓整個(gè)面板亮度隨外部照明條件的改變而更新的靈活性，并能提供長(zhǎng)期及非易失性的點(diǎn)校正信息，來(lái)確保面板亮度的一致性。亮度指標(biāo)會(huì)隨時(shí)間而改變，eeprom中的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行重新校正，若面板出現(xiàn)故障要求更換，eeprom中的數(shù)據(jù)也可以進(jìn)行重寫。下面用一個(gè)具體例子來(lái)闡述這種方法。

    為簡(jiǎn)單起見，只考慮由多個(gè)面板及數(shù)千個(gè)led像素組成的完整顯示系統(tǒng)中一種顏色的16個(gè)led。視頻面板中綠像素的亮度指標(biāo)可能要求該像素的綠色led具有80mcd的亮度。所選led(osram lp e675)按亮度分成四個(gè)組：45～56mcd、56～71mcd、71～90mcd及90～112mcd。每組亮度均在50ma的電流上測(cè)量。選擇亮度最高的組并保證其每個(gè)led均具有至少80mcd的亮度。對(duì)于像tlc5940這樣的芯片，可用一個(gè)電阻來(lái)設(shè)置每片ic的最大電流，使每片ic都能驅(qū)動(dòng)16個(gè)led。該電阻值必須能將電流設(shè)置成足夠高，以使最暗的led也能產(chǎn)生80mcd的亮度。因此，根據(jù)lp e675的數(shù)據(jù)資料，芯片必須有43ma的驅(qū)動(dòng)電流才能產(chǎn)生80mcd的亮度。通過(guò)在安裝位置上測(cè)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(jìn)行點(diǎn)校正前，所測(cè)得的面板中每個(gè)led之間的亮度差可高達(dá)±10%。這樣大的亮度差在高端顯示器中是無(wú)法接受的。直方圖給出了對(duì)每個(gè)led進(jìn)行調(diào)整或進(jìn)行點(diǎn)校正以產(chǎn)生一致亮度的相應(yīng)數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)對(duì)滿亮度編程后，ic必須將led1的亮度從83mcd校正為80mcd。tlc5940擁有6位的點(diǎn)校正(即64步)步進(jìn)，對(duì)應(yīng)于每步1.56%的滿量程分辨率。

    圖1 點(diǎn)校正前的 led亮度與正向電流直方圖

    圖2 點(diǎn)校正后的led亮度與正向電流直方圖

    用下式可計(jì)算出每個(gè)led的點(diǎn)校正值。

    發(fā)光二極管(led)在各種終端設(shè)備中已經(jīng)被廣泛使用，從汽車前照燈、交通信號(hào)燈、文字顯示器、廣告牌及大屏幕視頻顯示器，到普通及建筑照明和lcd背光等最新應(yīng)用，led的迅速采用使得最普通的設(shè)備也需要重新設(shè)計(jì)。隨著led效率與亮度的增加以及成本的減少，led有可能會(huì)取代消費(fèi)類應(yīng)用中的傳統(tǒng)照明技術(shù)。本文通過(guò)比較采用基于led的lcd背光的大屏幕顯示器中所使用的一些技術(shù)，闡述如何解決在使用led時(shí)所面對(duì)的一些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

    體育場(chǎng)或廣告顯示牌使用了很多顯示面板及成千上萬(wàn)個(gè)led。在每一顯示陣列中，各led(也稱為像素)的亮度會(huì)有很大的差異，最亮和最暗led之間的亮度差有時(shí)甚至能高達(dá)15%～20%。盡管此問(wèn)題是所有l(wèi)ed應(yīng)用的通病，但在一些要求有像素一致性的高質(zhì)量顯示系統(tǒng)中顯得尤為突出。為彌補(bǔ)這種差異，廠商通常采用兩種辦法：一是從供應(yīng)商處購(gòu)買經(jīng)過(guò)匹配的或經(jīng)過(guò)篩選的led；二是采用帶有“點(diǎn)校正”功能的高質(zhì)量led驅(qū)動(dòng)器。

    led供應(yīng)商提供經(jīng)過(guò)匹配的led并收取一定的額外費(fèi)用。他們測(cè)試后再將這些rgb(紅、綠、藍(lán))發(fā)光二極管與可在規(guī)定電流上產(chǎn)生相似亮度的led組合在一起。利用這種方法雖可以最少的設(shè)計(jì)工作量來(lái)為低端照明系統(tǒng)提供所需的亮度一致性，但每個(gè)像素隨時(shí)間的衰落速度或亮度下降速度各不相同，因而這種方法只能是一種暫時(shí)的解決方案。換言之，在今后一到兩年內(nèi)，各像素的亮度將無(wú)法再保持一致。另外，當(dāng)需要更換有缺陷的面板時(shí)，新?lián)Q上的面板的亮度在視覺(jué)上也會(huì)和其他面板有差異。

    高端顯示系統(tǒng)對(duì)亮度匹配的要求很高，因此僅采用led匹配這種方法還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。為在顯示單元的整個(gè)壽命周期內(nèi)獲得像素與面板亮度的一致性，廠商們普遍采用帶有點(diǎn)校正功能的高級(jí)led驅(qū)動(dòng)器。點(diǎn)校正是一種通過(guò)調(diào)整流入陣列中每個(gè)led的電流來(lái)控制像素亮度的方法。利用點(diǎn)校正功能，處理器可以控制流入led面板的所有電流，同時(shí)led驅(qū)動(dòng)器可調(diào)整供給每個(gè)led的電流并產(chǎn)生一致的亮度。因此就不再需要查找表，也不需要led在每個(gè)刷新周期的復(fù)雜倍乘任務(wù)，處理器可以把節(jié)省下來(lái)的資源用來(lái)執(zhí)行其他任務(wù)。為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)校正，廠商通過(guò)照相來(lái)測(cè)量每個(gè)led的亮度。系統(tǒng)中最暗的led被指定為基本led，而其他所有像素均與其進(jìn)行比較。為進(jìn)行這種校正，供給每個(gè)像素的電流都乘以一個(gè)和led光強(qiáng)成正比的小數(shù)(或分?jǐn)?shù))。在像ti tlc5940中，每個(gè)led的點(diǎn)校正值在每個(gè)刷新周期內(nèi)都可以有很大的不同，并能存儲(chǔ)在集成eeprom中。這種“雙點(diǎn)校正”方法可提供讓整個(gè)面板亮度隨外部照明條件的改變而更新的靈活性，并能提供長(zhǎng)期及非易失性的點(diǎn)校正信息，來(lái)確保面板亮度的一致性。亮度指標(biāo)會(huì)隨時(shí)間而改變，eeprom中的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行重新校正，若面板出現(xiàn)故障要求更換，eeprom中的數(shù)據(jù)也可以進(jìn)行重寫。下面用一個(gè)具體例子來(lái)闡述這種方法。

    為簡(jiǎn)單起見，只考慮由多個(gè)面板及數(shù)千個(gè)led像素組成的完整顯示系統(tǒng)中一種顏色的16個(gè)led。視頻面板中綠像素的亮度指標(biāo)可能要求該像素的綠色led具有80mcd的亮度。所選led(osram lp e675)按亮度分成四個(gè)組：45～56mcd、56～71mcd、71～90mcd及90～112mcd。每組亮度均在50ma的電流上測(cè)量。選擇亮度最高的組并保證其每個(gè)led均具有至少80mcd的亮度。對(duì)于像tlc5940這樣的芯片，可用一個(gè)電阻來(lái)設(shè)置每片ic的最大電流，使每片ic都能驅(qū)動(dòng)16個(gè)led。該電阻值必須能將電流設(shè)置成足夠高，以使最暗的led也能產(chǎn)生80mcd的亮度。因此，根據(jù)lp e675的數(shù)據(jù)資料，芯片必須有43ma的驅(qū)動(dòng)電流才能產(chǎn)生80mcd的亮度。通過(guò)在安裝位置上測(cè)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(jìn)行點(diǎn)校正前，所測(cè)得的面板中每個(gè)led之間的亮度差可高達(dá)±10%。這樣大的亮度差在高端顯示器中是無(wú)法接受的。直方圖給出了對(duì)每個(gè)led進(jìn)行調(diào)整或進(jìn)行點(diǎn)校正以產(chǎn)生一致亮度的相應(yīng)數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)對(duì)滿亮度編程后，ic必須將led1的亮度從83mcd校正為80mcd。tlc5940擁有6位的點(diǎn)校正(即64步)步進(jìn)，對(duì)應(yīng)于每步1.56%的滿量程分辨率。

    圖1 點(diǎn)校正前的 led亮度與正向電流直方圖

    圖2 點(diǎn)校正后的led亮度與正向電流直方圖

    用下式可計(jì)算出每個(gè)led的點(diǎn)校正值。