液晶显示幕LED背光源均匀亮度控制

文章摘要：像点修正技术解决LED亮度差异问题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（dot correction）」能的高品质LED驱动元件。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

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像点修正技术解决LED亮度差异问题

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（dot correction）」能的高品质LED驱动元件。

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。

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週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週期针对每颗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，或是在每个更新週期当中做动态修改。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。

实际操作案例

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Osram LP E675，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，LP E675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%。

下列公式可用来计算每颗LED的像点修正值：



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。

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