魏歡歡 區(qū)偉能

摘要：文章所述試驗對LED背光在不同驅動電流下通過液晶器件時的情況進行了研究，記載了驅動電流對LCD亮度和色坐標造成的影響及其變化規(guī)律、LCD三基色（紅綠藍）亮度和LCD色域與驅動電流變化之間的關系。

關鍵詞：LED背光；LCD色彩；色域；電流；亮度；液晶器件 文獻標識碼：A

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

當今社會飛速發(fā)展，許多行業(yè)競爭都變得愈加激烈，電視機這塊市場也不例外。電視行業(yè)十年間歷經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，液晶電視市場占有率達到99%以上。

在液晶電視中，液晶顯示器本身是不會發(fā)光的，因為它是一種被動性的顯示器件，但是它依舊可以將圖形圖像展現(xiàn)出來，是通過背光源將光線透過液晶顯示面板而實現(xiàn)的。背光源的性能好壞會對其各種主要指標造成影響，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，因此不論在國內還是國外，液晶顯示研究人員都在努力研制優(yōu)秀的背光源產品。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背光全面占領市場，與CCFL背光源相比，LED背光具有很多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下四個方面：

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

第二，LED壽命更長。一般來說，CCFL的使用壽命在8000～100000小時之間，而LED的壽命可以達到CCFL的兩倍甚至更長。

第三，LED環(huán)保節(jié)能。CCLF背光源所不能缺少的一個主要元素就是汞，即水銀，而汞是對人體有害的。對于LED背光源來說，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，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。由于不同廠家生產的LED使用的材料及其制作工藝存在區(qū)別，導致不同廠家的LED光譜和亮度也存在一定程度的差異，因此在調制液晶屏時，需要了解液晶屏對LED背光的光響應特征。本試驗在LED側入式背光源結構下，研究了驅動電流對LCD亮度、LCD色坐標、LCD三基色（紅綠藍）的亮度以及LCD色域的影響及其變化規(guī)律。

1 試驗結構

LED側光式的背光源結構包括白光LED、導光板、1層反射片、1層擴散片、2層增光片和液晶屏。在導光板的側面放置好白光LED，白光LED發(fā)光，光進入了導光板以后會以導光板為方向進行傳播，導光板可以使光線均勻分布，反射片會對光線產生反射使光只往液晶屏方向傳播，然后光依次經過擴散片、第一層增光片以及第二層增光片，到達液晶屏使液晶屏發(fā)光。

2 試驗測試系統(tǒng)

輝度計SR-3A是我們在測試中主要使用到的儀器，其余還有Chroma29135液晶模組自動測試系統(tǒng)、示波器、電流探頭等。

2.1 測試系統(tǒng)組成

輝度計SR-3A對液晶屏幕進行亮度以及坐標值的測量；Chroma29135液晶模組自動測試系統(tǒng)主要是將電信號傳遞給液晶屏，對液晶屏造成驅動，從而使液晶屏顯示畫面；示波器和電流探頭負責將液晶電視點亮狀態(tài)下LED背光驅動電流的數(shù)值記錄下來。為了避免外界光線對測試系統(tǒng)造成影響，整個實驗在暗室中進行。

2.2 測試條件

輝度計孔徑角設置為2°并保證不變，測定距離L設置為500mm，溫度保持在25℃±3℃的范圍內，濕度保持在60%±20%的范圍內，最后選5組不同的電流數(shù)據(jù)進行測試。

2.3 測量位置

在液晶屏均勻選取了13個測量位置，具體如圖1所示：

2.4 測試內容

首先測試的是白畫面，然后測試的是三基色（紅綠藍），最后才是在不同電流情況進行的測試。

2.5 測試方法

首先將周圍的環(huán)境條件等記錄下來，然后準備好LED背光系統(tǒng)，并將其放置在一個試驗平臺中心。將LED背光系統(tǒng)開啟，待20分鐘背光系統(tǒng)穩(wěn)定后，找準第一測量點并將輝度計的中心點對準于此進行測量，然后依次對13個預定測量位置進行測量，并將亮度和色坐標數(shù)據(jù)記錄下來，最后結束白畫面的測量工作，更換三基色上去并重復剛才的步驟，依次進行測量。

3 液晶屏測量的結果分析

3.1 亮度和色坐標與不同驅動電流的關系

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

13個點透過液晶面板的白光其X色坐標，變化情況是隨著驅動電流If增大而減小。從整體趨勢來說，五組數(shù)據(jù)13個點是保持一致的。但觀察第6點在電流140mA時的測量值和第8點在電流100.1mA的測量值，我們可以發(fā)現(xiàn)，它們與整體的趨勢是相偏離的。其原因可能是在有灰塵的環(huán)境下進行液晶電視的組裝和拆卸，導致面板和背光縫隙中有異物進入，出現(xiàn)了誤差測量的情況，當然這個誤差也可能是測量儀器本身存在的。同時我們對13個點白光透過液晶面板的Y色坐標進行觀察，其變化趨勢也是伴隨著驅動電流If的提高而減小，與X色坐標變化趨勢一致，5組13個點變化趨勢保持基本一致。

綜上，13個點平均亮度值在驅動電流增大的情況下也會成比例的增大，呈現(xiàn)一種線性關系，在保持135mA額定電流的情況下，電流的增大或者減小都會對液晶屏面板的亮度產生影響，其亮度會相應產生線性的增大或者減??；而13個點的平均X和Y色坐標都與驅動電流成反比，基本保持線性關系，在135mA的額定電流以及一定的變化范圍內，電流的減小或者增大，在液晶屏面板白場的情況下，X、Y色坐標會隨之出現(xiàn)線性的增加或者減少。

3.2 RGB色域和亮度與不同驅動電流的關系

首先要對第一點的數(shù)據(jù)進行測試，第一點也就是中心點，色域依靠測試得來的X、Y坐標值進行計算。調整好被測設備以后分別在R、G、B三基色下進行X、Y坐標的測量。

紅色（R）用xr、yr來表示；綠色（G）用xg、yg來表示；藍色（B）用xb、yb來表示。然后計算三角形的面積，公式如下：

公式中的Cp就是在X、Y坐標相對條件下的色域。

如圖3，用曲線圖來處理中心點的三基色（紅綠藍）亮度的測試數(shù)據(jù)，我們可以看出：不管是紅色、藍色還是綠色，其中心亮度與驅動電流成正比，驅動電流增大的時候中心亮度會線性增大，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，相比紅色和藍色增大的比例來說，綠色明顯增大了更大的比例。

通過中心點位置三基色色坐標數(shù)據(jù)可以得到色域，比較不同驅動電流下色域變化，可以看出驅動電流對色域變化產生的影響。我們發(fā)現(xiàn)，中心色域值隨著驅動電流變化基本保持不變，所以可以得出結論，驅動電流的變化是幾乎不會影響到中心色域值的。

4 結語

本文對LED背光在不同驅動電流下的驅動進行了分析，并探討了液晶屏中13個點的亮度平均值、13個點的平均X和Y色坐標、液晶屏中心三基色（紅綠藍）亮度、液晶屏中心色域值和不同驅動電流之間的關系。得出的結論是：首先，液晶屏13個點位置亮度的平均值隨著驅動電流的增加而增加，之間的關系是成正比的；其次，液晶屏13個點位置X和Y色坐標的平均值隨著驅動電流的增加而減小，隨著驅動電流減少而增加，之間的關系是成反比的；再次，液晶屏中心三基色（紅、綠、藍）亮度在驅動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、藍色亮度來說，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動電流的變化幾乎是沒有關系的，不會因為驅動電流增加而出現(xiàn)增加的情況，和電流變化之間的關系微乎其微。

參考文獻

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作者簡介：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產品研發(fā)。

（責任編輯：陳 潔）