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LED背光源在LCD上的应用

  • 发布日期:2007-01-31 浏览次数615
1前 言
     在目前的平板显示(FED)器件中LCD显示器件据主流地位,而在现有的LCD器件中,大多数是透射型的。对于这些透射型的LCD器件来说,背光源是它们不可缺少的组成部分。
     在LCD背光源中,虽然冷阴极荧光灯(CCFL)目前占据着统治地位,但led具有宽色域、白点可调、高调光率及长寿命等优点,故近来被开发为新型的LCD背光源,井已在一些台式LCD监视器以及LCD电视中得到应用。
LCD用LED背光源(以下简称为LED背光源)是一种新型的背光源技术,其种类很多,但是在LCD器件中尚未得到普遍应用,因为还有技术问题或成本方面的问题有待于解决。对于一些较为实用的led背光源,本文将在后面的段落中加以介绍。
2 静态照明LCD背光源
     提高光效,从而提高屏输出光与光源输出光的比例是改进LCD背光源的一个重要途径。静态照明LCD背光源便是其中的一种,其主要原理是使LCD的每个亚象素只通过与其相应的色元件进行照明(图1),从而省去了滤色器,提高了光效。
2.1 结 构
     在具有静态照明背光源的LCD中,像素层下面装有一微透镜阵列,并且使每一个像素下均对应一个微透镜。这里采用的背光源照明系统是三原色直视背光源,每种颜色的光源均在与之对应的亚象素上成像,井经由投影透镜投射在显示屏上。
     为了在显示屏上取得足够的亮度,并且提高显示的均匀度:在本LCD器件中采用了光折射元件与总内部反射器(TIR)楔形光导板,光导板内具有合适的折射层。
静态照明背光源通常采用红绿蓝三根CCFL。最近研发的静态背光照明LCD采用了led作为其背光源。
2.3 静态照明的LCD背光源特性
     在具有静态背光源LCD器件中,由TIR楔形光导管输出的光分布角为70°~90°。使用这种背光源消除了因滤色层造成的光损失(省去了滤色层之故),而使器件的透射率达到了传统LCD的三倍。同时,这种背光源又能使器件的结构得到简化,并且能够降低功耗。
     为了进一步减少光源的光损失,改进光的分布角度消除因使用汞产生的环境污染问题,以LED取代CCFL作为器件的背光源成了静态照明LCD背光源的发展趋势。目前已在33cm对角线的XGA级分辨率的LCD器件中成功地采用了LED静态照明背光源。因这种器件的功耗大大降低了,故非常适合作高亮度的应用。
3 反馈型led背光
    采用红绿蓝色光的LED作为LCD背光源可以获得优异的色质,降低功耗,避免使用汞造成的环境污染,需要控制白光的色温,以取得足够长的寿命。
    最近开发了一种以红绿蓝光LED为光源,采用了色传感器与反馈控制器的反馈式LCD背光源。利用这种背光源,现已取得了<0.02的色稳定性与持续的亮度稳定性,并且还可以利用其任意控制器件的白色点与亮度。
3.1 结 构
    反馈式LED背光源系统是由四个主要的功能模块组成,它们是具有滤色层的传感器,反馈控制器,脉宽调制(PWM)led驱动器以及红绿蓝lux-eonTM型led光源阵列元件。
3.1.1led光源
    此处的LED光源所使用的LED为luxeon式氮化铟镓(InGaN)的蓝光管与绿光管以及磷化铝铟镓的(AllnGaP)红光管,它们都是大功率高效型的。图5是这些LED背光源的发射光谱线性能,图6是在其温度为85℃时的典型寿命性能。这种背光源具有很低的动态电阻,以PWM恒定电流驱动,光源的光输出正比于PWM的脉宽。这种光源具有色域宽,色品度可调及环保的优点。
3.1.2 传感器
   这里使用的传感器是由具有滤色层的三只装在一个元件中的光电二极管及其具有互相阻抗放大的印刷电路板组成。传感器的滤色层具有CIE193lXyzCMFs近似值。利用这种传感器,可以获取测量辐射功率的输出电压。在将所获取的电压馈送到控制器之前,该电压会被系统平均化。
3.l.3 LuxeonTM型驱动器
     这种驱动器是一个能升降输入电压的开关电源。它是由一个开关式电压——电流放大器以及必要的电路组成,能够对用于LCD系统的600Hz高频PWM进行预处理。为了不引起过量的电磁干扰、功率损失与抬高成本,本驱动器上无反馈回路。
3.1.4 反馈控制器
   反馈控制器由三部分组成,即色控制器、占空因数控制器与光强度控制器。色控制器具有一灵敏集成阵列,用于补偿来自传感器的输出误差,从而保持了输出色度的恒定。光强度控制器的核心为一敏感矩阵,该矩阵具有把传感器输出向LED电流占空因素转换的功能,并使输出亮度与温度的关系以及色度在任何时候都保持不变,这可以从测量中得到。
3.2 特 性
    采用反馈型LED背光源,可使LED器件在25℃~70℃的温度范围中,取得<0.003A△u’v’的色漂移,并可以得到可接受的色稳定性:在处理光反馈信号时,不需要有大的预处理功率。此外,如前文所述,这样
 

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