光學(xué)設(shè)計(jì)中RGB及白光LED淺析

不同背光照明源的取舍

用來(lái)為顯示器提供背光照明的冷陰極熒光燈(CCFL)具有有限的色譜，而且色彩不夠鮮明。RGB LED 實(shí)際上擴(kuò)展了可見(jiàn)光范圍。另外，在美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)(NTSC)定義的顏色中，CCFL 能顯示出約 80%，而 RGB 則可顯示出的 NTSC 色譜多達(dá) 110%，因此在顯示屏上能更準(zhǔn)確顯示圖像的原貌。采用 3 個(gè)單色光源，如紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)激光，將獲得可能實(shí)現(xiàn)的最廣色譜。

另一方面，白光 LED 背光照明非常適用于掌上型和行動(dòng)顯示器，因?yàn)榘坠?LED 外形尺寸小、簡(jiǎn)單易驅(qū)動(dòng)、對(duì)機(jī)械應(yīng)力不那么敏感、且與 CCFL 比較時(shí)，預(yù)期壽命長(zhǎng)兩倍。不過(guò)，白光 LED 在色譜方面與 CCFL 有同樣的缺點(diǎn)，因?yàn)榘坠?LED 等于寬帶光源。白光 LED 是藍(lán)光二極管覆蓋熒光粉形成的，它把部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成黃光，組合形成的光譜被視作白光。

與單色光源相比，RGB LED 以較低的成本提供了接近窄頻的色譜。RGB LED 不僅改善了色譜，而且還提高了效率，因?yàn)?RGB LED 只按照所需要的紅光、綠光和藍(lán)光發(fā)射光能。相對(duì)而言，寬帶光源 (如白光 LED 和 CCFL) 發(fā)出了較多不需要顏色的光，其降低了色譜的純度，因此降低了效率。既然不同顏色的 RGB LED 可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，那么 RGB LED 的白光點(diǎn)或色溫就可以校正，而 CCFL 和白光 LED 的白光點(diǎn)都是固定的。

RGB 與白光LED 的成本比較

選擇 RGB 或白光 LED 作為背光照明源，可能都滿足特定的最終產(chǎn)品需求。但　是由于 RGB LED 較寬的色譜能使畫質(zhì)提升至最高，因此使用 RGB LED 而舍白光 LED 是有道理的因?yàn)橄M(fèi)者在決定購(gòu)買哪種型號(hào)的 LCD TV 時(shí)，可能會(huì)因?yàn)樯术r明而愿意多付錢。不過(guò)，使用 RGB LED 時(shí)，方案尺寸更大、更復(fù)雜且更加昂貴。然而，如果在采用較寬色譜卻不允許產(chǎn)品提高價(jià)格的應(yīng)用中，透過(guò)白光 LED 解決方案作為背光照明源則是一種可接受的選擇。

調(diào)光考慮

傳統(tǒng)上，LED 調(diào)光是以 DC 信號(hào)或?yàn)V波 PWM 信號(hào)調(diào)節(jié)流經(jīng) LED 的順向電流來(lái)達(dá)成的。降低 LED 電流可調(diào)節(jié) LED 光輸出密度。不過(guò)，順向電流的變化會(huì)導(dǎo)致 LED 發(fā)光顏色的變化，因?yàn)?LED 的色度隨電流而變。汽車和 LCD TV 背光照明等多種應(yīng)用不容許 LED 的發(fā)光顏色有任何偏差。由于周圍環(huán)境光線變化不同以及人類肉眼能夠感知光強(qiáng)的微小變化，因此在這些應(yīng)用中需要寬調(diào)光范圍。用 PWM 信號(hào)控制 LED 的光強(qiáng)，可以不改變發(fā)光顏色而實(shí)現(xiàn) LED 調(diào)光。

“True Color PWMTM 調(diào)光”通過(guò) PWM 信號(hào)調(diào)節(jié) LED 亮度。它實(shí)質(zhì)上是以 PWM 頻率用滿電流接通和斷開(kāi) LED。請(qǐng)參見(jiàn)圖 1。人類肉眼的限制為每秒 60 個(gè)信框。通過(guò)提高 PWM 頻率 (例如提高到 80Hz ～ 100Hz) ，人眼就感覺(jué)脈沖光源是連續(xù)接通的。另外，通過(guò)調(diào)變工作周期(“接通時(shí)間”的長(zhǎng)度)，可以控制 LED 的光強(qiáng)。采用這種方法時(shí)，LED 的發(fā)光顏色保持不變，因?yàn)?LED 的電流值或者為零，或者為恒定值。很多 LCD TV 設(shè)計(jì)者都要求高達(dá)3,000:1的調(diào)光比，以適應(yīng)環(huán)境光線的寬范圍變化。