LED背光對(duì)LCD色彩的影響探討

魏歡歡 區(qū)偉能

摘要：文章所述試驗(yàn)對(duì)LED背光在不同驅(qū)動(dòng)電流下通過(guò)液晶器件時(shí)的情況進(jìn)行了研究，記載了驅(qū)動(dòng)電流對(duì)LCD亮度和色坐標(biāo)造成的影響及其變化規(guī)律、LCD三基色（紅綠藍(lán)）亮度和LCD色域與驅(qū)動(dòng)電流變化之間的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：LED背光；LCD色彩；色域；電流；亮度；液晶器件 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TN873 文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.032

當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展，許多行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)都變得愈加激烈，電視機(jī)這塊市場(chǎng)也不例外。電視行業(yè)十年間歷經(jīng)CRT電視、等離子電視和液晶電視，如今CRT電視和等離子電視已基本消失，液晶電視市場(chǎng)占有率達(dá)到99%以上。

在液晶電視中，液晶顯示器本身是不會(huì)發(fā)光的，因?yàn)樗且环N被動(dòng)性的顯示器件，但是它依舊可以將圖形圖像展現(xiàn)出來(lái)，是通過(guò)背光源將光線透過(guò)液晶顯示面板而實(shí)現(xiàn)的。背光源的性能好壞會(huì)對(duì)其各種主要指標(biāo)造成影響，因此液晶電視背光源性能的好壞很大程度上決定了液晶電視的顯示效果，例如亮度、顏色等，因此不論在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，液晶顯示研究人員都在努力研制優(yōu)秀的背光源產(chǎn)品。液晶電視背光源主要有兩種：一種是CCFL（冷陰極熒光燈管，也就是我們常見(jiàn)的日光燈）；另一種是LED（發(fā)光二極管）。目前LED背光已基本替代CCFL背光全面占領(lǐng)市場(chǎng)，與CCFL背光源相比，LED背光具有很多優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

第一，LED色域更廣。CCFL是通過(guò)激發(fā)熒光粉發(fā)光的，其光譜中不同波長(zhǎng)光的成分較多，導(dǎo)致其色域不高，NTSC色域通常最高只有70%左右。而LED的發(fā)光光譜很窄，通過(guò)選擇合適的LED，NTSC色域可以達(dá)到100%以上，比CCFL背光源的色域擴(kuò)展了50%左右。

第二，LED壽命更長(zhǎng)。一般來(lái)說(shuō)，CCFL的使用壽命在8000～100000小時(shí)之間，而LED的壽命可以達(dá)到CCFL的兩倍甚至更長(zhǎng)。

第三，LED環(huán)保節(jié)能。CCLF背光源所不能缺少的一個(gè)主要元素就是汞，即水銀，而汞是對(duì)人體有害的。對(duì)于LED背光源來(lái)說(shuō)，其完全不含汞，符合綠色環(huán)保的要求。而且LED背光源非常省電，LED的功耗要比CCFL更低。

第四，LED體積更小。液晶電視若要做成超薄，決定因素主要有兩個(gè)，分別是背光模塊與電源基板厚度，其中又以背光模塊為最大決定因素。CCFL背光源的尺寸基本固定，基本沒(méi)有減小的余量。而體積更小的LED可以使背光源模塊做得更小，例如40英寸三星側(cè)入式LED電視，其背光模塊厚度僅約5mm。

LED背光大部分使用白光LED，其利用藍(lán)色的LED芯片激發(fā)熒光材料發(fā)出白光。由于不同廠家生產(chǎn)的LED使用的材料及其制作工藝存在區(qū)別，導(dǎo)致不同廠家的LED光譜和亮度也存在一定程度的差異，因此在調(diào)制液晶屏?xí)r，需要了解液晶屏對(duì)LED背光的光響應(yīng)特征。本試驗(yàn)在LED側(cè)入式背光源結(jié)構(gòu)下，研究了驅(qū)動(dòng)電流對(duì)LCD亮度、LCD色坐標(biāo)、LCD三基色（紅綠藍(lán)）的亮度以及LCD色域的影響及其變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)結(jié)構(gòu)

LED側(cè)光式的背光源結(jié)構(gòu)包括白光LED、導(dǎo)光板、1層反射片、1層擴(kuò)散片、2層增光片和液晶屏。在導(dǎo)光板的側(cè)面放置好白光LED，白光LED發(fā)光，光進(jìn)入了導(dǎo)光板以后會(huì)以導(dǎo)光板為方向進(jìn)行傳播，導(dǎo)光板可以使光線均勻分布，反射片會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生反射使光只往液晶屏方向傳播，然后光依次經(jīng)過(guò)擴(kuò)散片、第一層增光片以及第二層增光片，到達(dá)液晶屏使液晶屏發(fā)光。

2 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

輝度計(jì)SR-3A是我們?cè)跍y(cè)試中主要使用到的儀器，其余還有Chroma29135液晶模組自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、示波器、電流探頭等。

2.1 測(cè)試系統(tǒng)組成

輝度計(jì)SR-3A對(duì)液晶屏幕進(jìn)行亮度以及坐標(biāo)值的測(cè)量；Chroma29135液晶模組自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主要是將電信號(hào)傳遞給液晶屏，對(duì)液晶屏造成驅(qū)動(dòng)，從而使液晶屏顯示畫(huà)面；示波器和電流探頭負(fù)責(zé)將液晶電視點(diǎn)亮狀態(tài)下LED背光驅(qū)動(dòng)電流的數(shù)值記錄下來(lái)。為了避免外界光線對(duì)測(cè)試系統(tǒng)造成影響，整個(gè)實(shí)驗(yàn)在暗室中進(jìn)行。

2.2 測(cè)試條件

輝度計(jì)孔徑角設(shè)置為2°并保證不變，測(cè)定距離L設(shè)置為500mm，溫度保持在25℃±3℃的范圍內(nèi)，濕度保持在60%±20%的范圍內(nèi)，最后選5組不同的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。

2.3 測(cè)量位置

在液晶屏均勻選取了13個(gè)測(cè)量位置，具體如圖1所示：

2.4 測(cè)試內(nèi)容

首先測(cè)試的是白畫(huà)面，然后測(cè)試的是三基色（紅綠藍(lán)），最后才是在不同電流情況進(jìn)行的測(cè)試。

2.5 測(cè)試方法

首先將周?chē)沫h(huán)境條件等記錄下來(lái)，然后準(zhǔn)備好LED背光系統(tǒng)，并將其放置在一個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)中心。將LED背光系統(tǒng)開(kāi)啟，待20分鐘背光系統(tǒng)穩(wěn)定后，找準(zhǔn)第一測(cè)量點(diǎn)并將輝度計(jì)的中心點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)于此進(jìn)行測(cè)量，然后依次對(duì)13個(gè)預(yù)定測(cè)量位置進(jìn)行測(cè)量，并將亮度和色坐標(biāo)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，最后結(jié)束白畫(huà)面的測(cè)量工作，更換三基色上去并重復(fù)剛才的步驟，依次進(jìn)行測(cè)量。

3 液晶屏測(cè)量的結(jié)果分析

3.1 亮度和色坐標(biāo)與不同驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系

我們進(jìn)行的LED背光源測(cè)試中使用的LED是廣東晶科電子股份有限公司生產(chǎn)的白光LED燈珠。本次測(cè)試中使用的液晶屏模組是同一塊，只對(duì)驅(qū)動(dòng)電流的大小進(jìn)行調(diào)整，得到LED白光透過(guò)后的液晶屏的亮度以及白色光的色坐標(biāo)。從圖2中我們可以看出，13個(gè)點(diǎn)的亮度和驅(qū)動(dòng)電流If之間的關(guān)系是成正比的，亮度隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加而增加，反之亦然。從曲線走勢(shì)能發(fā)現(xiàn)，13個(gè)點(diǎn)的亮度曲線驅(qū)動(dòng)電流最大值為150mA，驅(qū)動(dòng)電流最小值為80mA。五組數(shù)據(jù)中的各點(diǎn)擁有相同的變化趨勢(shì)。在電流不足80.19mA的情況下，第12點(diǎn)和第13點(diǎn)的變化趨勢(shì)相比其他點(diǎn)的變化趨勢(shì)有一定差異，究其原因應(yīng)是測(cè)量產(chǎn)生的誤差，可以忽略不計(jì)。

13個(gè)點(diǎn)透過(guò)液晶面板的白光其X色坐標(biāo)，變化情況是隨著驅(qū)動(dòng)電流If增大而減小。從整體趨勢(shì)來(lái)說(shuō)，五組數(shù)據(jù)13個(gè)點(diǎn)是保持一致的。但觀察第6點(diǎn)在電流140mA時(shí)的測(cè)量值和第8點(diǎn)在電流100.1mA的測(cè)量值，我們可以發(fā)現(xiàn)，它們與整體的趨勢(shì)是相偏離的。其原因可能是在有灰塵的環(huán)境下進(jìn)行液晶電視的組裝和拆卸，導(dǎo)致面板和背光縫隙中有異物進(jìn)入，出現(xiàn)了誤差測(cè)量的情況，當(dāng)然這個(gè)誤差也可能是測(cè)量?jī)x器本身存在的。同時(shí)我們對(duì)13個(gè)點(diǎn)白光透過(guò)液晶面板的Y色坐標(biāo)進(jìn)行觀察，其變化趨勢(shì)也是伴隨著驅(qū)動(dòng)電流If的提高而減小，與X色坐標(biāo)變化趨勢(shì)一致，5組13個(gè)點(diǎn)變化趨勢(shì)保持基本一致。

綜上，13個(gè)點(diǎn)平均亮度值在驅(qū)動(dòng)電流增大的情況下也會(huì)成比例的增大，呈現(xiàn)一種線性關(guān)系，在保持135mA額定電流的情況下，電流的增大或者減小都會(huì)對(duì)液晶屏面板的亮度產(chǎn)生影響，其亮度會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生線性的增大或者減??；而13個(gè)點(diǎn)的平均X和Y色坐標(biāo)都與驅(qū)動(dòng)電流成反比，基本保持線性關(guān)系，在135mA的額定電流以及一定的變化范圍內(nèi)，電流的減小或者增大，在液晶屏面板白場(chǎng)的情況下，X、Y色坐標(biāo)會(huì)隨之出現(xiàn)線性的增加或者減少。

3.2 RGB色域和亮度與不同驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系

首先要對(duì)第一點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，第一點(diǎn)也就是中心點(diǎn)，色域依靠測(cè)試得來(lái)的X、Y坐標(biāo)值進(jìn)行計(jì)算。調(diào)整好被測(cè)設(shè)備以后分別在R、G、B三基色下進(jìn)行X、Y坐標(biāo)的測(cè)量。

紅色（R）用xr、yr來(lái)表示；綠色（G）用xg、yg來(lái)表示；藍(lán)色（B）用xb、yb來(lái)表示。然后計(jì)算三角形的面積，公式如下：

公式中的Cp就是在X、Y坐標(biāo)相對(duì)條件下的色域。

如圖3，用曲線圖來(lái)處理中心點(diǎn)的三基色（紅綠藍(lán)）亮度的測(cè)試數(shù)據(jù)，我們可以看出：不管是紅色、藍(lán)色還是綠色，其中心亮度與驅(qū)動(dòng)電流成正比，驅(qū)動(dòng)電流增大的時(shí)候中心亮度會(huì)線性增大，在電流相同的情況下亮度從大到小依次為綠色、藍(lán)色、紅色。在電流增大的情況下，三基色各自增加亮度的比例是有區(qū)別的，相比紅色和藍(lán)色增大的比例來(lái)說(shuō)，綠色明顯增大了更大的比例。

通過(guò)中心點(diǎn)位置三基色色坐標(biāo)數(shù)據(jù)可以得到色域，比較不同驅(qū)動(dòng)電流下色域變化，可以看出驅(qū)動(dòng)電流對(duì)色域變化產(chǎn)生的影響。我們發(fā)現(xiàn)，中心色域值隨著驅(qū)動(dòng)電流變化基本保持不變，所以可以得出結(jié)論，驅(qū)動(dòng)電流的變化是幾乎不會(huì)影響到中心色域值的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)LED背光在不同驅(qū)動(dòng)電流下的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行了分析，并探討了液晶屏中13個(gè)點(diǎn)的亮度平均值、13個(gè)點(diǎn)的平均X和Y色坐標(biāo)、液晶屏中心三基色（紅綠藍(lán)）亮度、液晶屏中心色域值和不同驅(qū)動(dòng)電流之間的關(guān)系。得出的結(jié)論是：首先，液晶屏13個(gè)點(diǎn)位置亮度的平均值隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加而增加，之間的關(guān)系是成正比的；其次，液晶屏13個(gè)點(diǎn)位置X和Y色坐標(biāo)的平均值隨著驅(qū)動(dòng)電流的增加而減小，隨著驅(qū)動(dòng)電流減少而增加，之間的關(guān)系是成反比的；再次，液晶屏中心三基色（紅、綠、藍(lán)）亮度在驅(qū)動(dòng)電流增加的情況下呈現(xiàn)線性增加，反之亦然，但是綠色亮度相比紅、藍(lán)色亮度來(lái)說(shuō)，隨電流增大而增大的比例要更大；最后，液晶屏的中心色域值和驅(qū)動(dòng)電流的變化幾乎是沒(méi)有關(guān)系的，不會(huì)因?yàn)轵?qū)動(dòng)電流增加而出現(xiàn)增加的情況，和電流變化之間的關(guān)系微乎其微。

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作者簡(jiǎn)介：魏歡歡（1986-），男，供職于廣東晶科電子股份有限公司，研究方向：LED產(chǎn)品研發(fā)。

（責(zé)任編輯：陳 潔）