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TV導光板激光打點上市提升液晶背光源均勻度
星之球科技 來源:武漢三工激光2015-08-31 我要評論(0 )
發(fā)光二極管(LED)在各種終端設備的廣泛應用早已讓許多人跌破眼鏡:從汽車頭燈、交通號志、文數(shù)字顯示器、廣告看板、與大型顯示器等現(xiàn)有技術,到一般大樓照明設備以...
發(fā)光二極管(LED)在各種終端設備的廣泛應用早已讓許多人跌破眼鏡:從汽車頭燈、交通號志、文數(shù)字顯示器、廣告看板、與大型顯示器等現(xiàn)有技術,到一般大樓照明設備以 及液晶顯示器背光源等其它應用,日益盛行的LED光源使得最普遍的產品也要隨之重新設計。隨著效率和亮度不斷增加以及成本持續(xù)下降,LED終將取代傳統(tǒng)光源成為消費性應用的主要照明來源。本文將針對液晶顯示器的LED背光源與其它大型顯示器的光源技術進行比較,藉以說明LED應用設計所需面對的挑戰(zhàn)。像點修正技術解決LED亮度差異問題體育館或廣告用的大型看板通常包含數(shù)十組顯示面板與數(shù)千顆LED。在每塊顯示區(qū)內,每顆LED(又稱為像素)所發(fā)出的亮度差異也會很大;通常最亮和最暗的 LED相差可達15%至20%以上,這使廠商必須持續(xù)解決品質和管理等困難問題。雖然所有LED應用都會遇到這類問題,但在動態(tài)視頻顯示等需要均勻亮度的高品質應用上卻顯得特別嚴重。制造商大都采取兩種方法來彌補亮度差異,一種方法是向供應商購買亮度相近的LED;另一種方法則是采用內含「像點修正 (dot correction)」能的高品質LED驅動元件。
亮度相近的LED有許多優(yōu)點,其價格通常也較高。供應商會先測量LED在 特定電流下的亮度,然后把亮度相近的紅光、綠光和藍光LED組合在一起。這種方法可在最不影響設計的情形下為低階照明系統(tǒng)提供均勻亮度;其缺點則是每顆 LED的亮度耗損速度都不同,因此經過一段時間后亮度又會變得不均勻。這項缺陷使它僅能做為短期解決方案,否則經過一兩年后,畫面又會變成一塊一塊。除此 之外,若面板發(fā)生故障而需要更換,新面板與原有面板的亮度也會出現(xiàn)極大差異。
高階顯示器系統(tǒng)對于亮度匹配的要求更為嚴苛,單靠采用亮度相 近的LED并無法滿足這類應用的要求。因此為了讓像素和面板在顯示器壽命週期內都能維持均勻亮度,制造商會選用內建像點修正功能的先進LED驅動元件。像點修正是藉由調整個別LED電流來管理像素亮點的一種方法:處理器只需控制送到整塊LED顯示區(qū)的總電流,再由LED驅動元件調整個別LED電流來產生均 勻亮度;這表示處理器可將其運算效能用于其它工作,而不需為了均勻亮度而查詢表格或在每個更新週期針對每顆LED進行復雜的乘法運算。為了提供像點修正功 能,制造商會透過畫面擷取測量每顆LED的亮度,再將系統(tǒng)最暗的LED指定為基準LED,然后將其它像素的亮度調整成和基準LED相同;調整方式則是根據 LED輸出亮度將每個像素的電流減少一定比例。德州儀器(TI)的TLC5940或其它類似元件都會將每顆 LED的像點修正值儲存在晶片內建的EEPROM記憶體,或是在每個更新週期當中做動態(tài)修改。這種雙重像點修正方式很有彈性,它既能在外界照明條件改變時 更新整個面板的亮度,又能提供長期保存像點修正資訊以確保面板亮度均勻。只要像素亮度隨時間出現(xiàn)變化,或是面板因為故障而需要調整和更換,工程人員隨時都 能更新EEPROM資料。我們將用下列例子來說明這種做法。
實際操作案例
為簡單起見,此處只考慮同一種顏色的16顆LED,它們來自于多組面板和數(shù)千顆LED所組成的大型顯示系統(tǒng)。我們假設綠色像素的綠光LED必須發(fā)出80毫燭 光才能達到面板對于綠色像素的亮度要求。設計人員選擇的LED則為Osram LP E675,它在50mA標準電流下的亮度可分為45-56、56-71、71-90以及90-112毫燭光等四個等級;這表示只要選擇亮度最高的一組 LED,就能確保每顆亮度至少能達到80毫燭光。TLC5940之類的元件最多能驅動16顆LED,每顆元件只需要一顆電阻來設定最大電流值。選擇此電阻 時應確保其設定之電流足以讓最暗的LED發(fā)出80毫燭光,LP E675元件資料表顯示它需要43mA的驅動電流才能發(fā)出80毫燭光。設計人員可在安裝時先測量LED在43mA滿電流時所發(fā)出的亮度,然后產生類似圖1 的亮度直方圖。圖中第一排資料是以mA為單位的LED電流值,第二排則是以毫燭光為單位的LED亮度值。從圖中可看出LED亮度在未采用像點修正功能時最 多相差±10%,這種差異程度是高階顯示器無法接受的。驅動元件可以根據直方圖所示資料個別調整、或是「像素修正」每顆LED的電流,使它們最后得以產生 均勻亮度;例如它必須將滿電流下的LED1亮度從83毫燭光調整至80毫燭光。TLC5940提供6位元(64階)像點修正功能,其中每一階都相當于滿刻 度的1.56%。
下列公式可用來計算每顆LED的像點修正值:
其中DCproduction是產品制造時所使用的像點修正值,Lbaseline是所要求的亮度,Linitial則是最大電流下所產生的亮度量測值。
圖1:像點修正前的LED亮度和順向電流直方圖
將計算所得的像點修正值四捨五入到最接近的分數(shù)值,再將它乘上原始亮度,即可得到新的LED亮度值:
計算和儲存每顆LED的像點修正資料后,再將LED驅動元件設定為最大電流,以便單獨調整每顆LED的電流,如圖2的直方圖所示。只要將像點修正資料存入TLC5940晶片內建的EEPROM記憶體,系統(tǒng)就能在每次開機時取出這些像點修正資料,直到下一次重新校準為止。
圖2:像點修正后的LED亮度和順向電流直方圖
動態(tài)亮度調整成為LED背光源TV必備功能
廣告看板、或大型顯示器等室內/室外工業(yè)用顯示器只需「靜態(tài)」調整就已足夠(校準值維持固定不變,直到工程人員重新調整這些校準值為止);此時面板亮度的調 整會與系統(tǒng)例行維護作業(yè)一起進行。然而新出現(xiàn)的各種市場應用卻需要更先進的調整方法,尤其當這項技術逐漸融入消費性產品和家庭生活后,設計人員必須針對 LED亮度隨時間而改變的現(xiàn)象進行控制和調整。
雖然這個轉變過程仍在起步階段,其所需的技術卻已經存在。新力(40吋Qualia 005)以及三星(46吋LNR460D)都已推出采用LED背光源的液晶電視;但它們并非我們想像般使用白光LED,而是將紅光、藍光和綠光LED組合 在一起并進行控制,以產生亮度可調整的白色光源。LED背光源有許多勝過傳統(tǒng)燈泡的優(yōu)點,像是電源效率更高、移動畫面殘影更少、色譜范圍更廣(某些場合大 于105% NTSC)、壽命更長、以及色溫可調整等;其畫質更是傳統(tǒng)光源無法比擬。另一方面,採用LED背光源的電視工程師不僅會面臨傳統(tǒng)面板制造商所遇到的亮度差 異困擾,更會遇到溫度帶來的挑戰(zhàn);這是因為LED亮度隨溫度改變的特性會對電視背光應用造成極大影響。另外,這類電視若要提供最佳畫質,就必須針對消費者 家里不斷變動的照明狀況調整背光源的各項屬性。這些技術考量,加上電視是一種消費應用的事實,讓動態(tài)亮度調整成為LED背光源不可或缺的功能。
要提供這類動態(tài)控制回路,電視內部必須安裝感測器來測量LED溫度和亮度變動,外部也要用感測器測量電視周圍的亮度。最基本的控制回路會利用感測器搜集這些 資料,再將測量結果送給處理器,處理器就會評估這些資料,并且指揮TLC5940之類的LED驅動元件進行調整。處理器會根據工廠設定的原始像點修正資料 和新搜集的動態(tài)資料來產生新的像點修正值。
在前面的例子里,若環(huán)境光源感測器發(fā)現(xiàn)周圍亮度很低,使LED只需達到最大亮度的七成或56毫 燭光就已足夠,處理器就會計算出新的「環(huán)境光源」像點修正值為44.8。在這同時,如果溫度上升導致LED亮度輸出減少一成,處理器則會計算出「溫度」像 點修正值為71.1。綜合這三個像點修正值即可計算出新的像點修正資料,以補償這三種亮度變異所造成的誤差:
如上所示,將像點修正總值設為48即可產生我們所需的56毫燭光亮度。由于受到溫度升高造成LED亮度減少的影響,此計算過程已將初始電流設為產品制造過程時所使用電流的90%。
從以上分析可知,唯有能夠提供和結合靜態(tài)與動態(tài)像點修正方法的先進LED驅動元件,才能針對消費者觀賞環(huán)境提供最理想的照明解決方案。
走向智能型電視背光源
新力和三星的原型設計都是將LED串聯(lián)以減少所需控制的LED數(shù)量,但要真正提供全動態(tài)的背光照明控制,我們仍須個別控制每一顆LED的亮度。為達到此目標,LED供應商正在發(fā)展新技術以提供更有彈性的LED連接方式。當前的技術難點主要在導光板和配光方面,傳統(tǒng)的絲網印刷采用油墨工藝,不環(huán)保,導光板使用壽命短,轉化效率低,亮度不大。但導光板激光打點機的問世徹底解決了這些難題。目前,國內武漢三工首家推出的導光板激光打點機廣泛應用于平板燈、TV顯示器、廣告燈箱等行業(yè)。制作的導光板具有節(jié)能、轉化效率高、均勻度高、亮度大、不易發(fā)黃、使用壽命長、成品率高等特點。全新一代導光板激光打點機,不拼接,新工藝,無需清洗,無需專業(yè)技工,簡單易學,方便操作,是TV液晶行業(yè)的最佳選擇。
智能型電視背光源是推動家庭娛樂轉型的另一項重要創(chuàng)新技術。初期產品的杰出表現(xiàn)更證明了在LED技術協(xié)助下,顯示器畫質會在未來幾年內達到過去無法想像的境界,進而為消費者帶來無比震撼的視覺饗宴。
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