LED背光对LCD色彩的影响

段 彬，刘伟永

(1.山东科技大学信息与电气工程学院，山东 青岛 266590;2.国家多媒体研发中心海信研发基地，山东 青岛 266071)

随着智能电视时代的到来以及IT巨头苹果公司也开始把目光转向平板液晶电视行业，平板液晶电视的市场竞争日趋激烈，并将逐步取代传统意义上的电视。液晶显示器作为一种被动性显示器件虽然本身不会发光，但它是依靠背光源将光线穿过显示面板来展现图形图像。由于显示器的亮度、颜色、功耗等主要指标严重依赖于背光源的性能，所以研制高水平的背光源产品，一直受到国内外液晶显示器行业人士的高度重视。

随着LED光效的提高，出现了LED背光。LED背光的优点是色域宽，LCD使用白色LED作背光。白色LED是由蓝色LED加黄色荧光材料制备的。由于不同厂家LED的光谱是不同的，所以液晶屏对LED背光的调制取决于液晶屏自身的光响应特性和LED背光的光谱［1］。

1 LED侧光式背光源结构

大尺寸LCD背光源的结构［2］如图1所示。

首先将LED灯置于导光板侧面，光进入导光板后，将沿导光板传播，均匀照亮整个导光板，光线经反射纸反射以后，进入第一个扩散膜，然后进入增亮膜1、增亮膜2，照亮液晶屏。

图1 LED侧光式背光源结构

2 LED背光液晶面板测试系统

测试中使用的主要仪器为辉度计SR－3，示波器及电流探头，视频发生器Chroma 29132，测试系统如图2所示。

2.1 系统组成

辉度计SR－3仪器主要作用是测量屏幕亮度及色坐标值［3］。示波器及电流探头主要作用是记录液晶电视点亮情况下LED背光驱动电流大小。视频发生器Chroma 29132主要作用是给液晶屏电信号，驱动液晶屏显示不同色阶画面。

为避免测试系统受到外界及反射光线的影响，这个测试系统必须在暗室内进行。实际测量中使用的系统如图2所示。

图2 液晶面板测试系统

2.2 测试地点

测试地点选择国家重点实验室青岛市市南区海信研发江西路11号。

2.3 测试条件

首先保证测光计的孔径角为2°，然后测定距离L为500 mm，测试环境温度为(25±3)℃、湿度为(60±20)%，最后测试5组不同的电流数据。

2.4 测量位置

测量13个点具体位置如图3所示。

图3 测量液晶面板13个点具体位置

2.5 测试内容

首先进行白画面测试，然后进行三原色测试，最后进行不同电流测试。

2.6 测试方法

首先记录环境条件，然后将被测LED背光放置在试验台上，开启白色背光系统，等待20 min，然后将辉度计中心点对准第一测量点，20 min以后，移动实验机台，依次测量13个位置点的数据，最后白色背光测量完毕，更换为三基色，重复以上步骤，依次测量。

3 液晶屏测量结果分析

3.1 不同驱动电流与亮度关系

测试LED背光源所用LED灯是由日本ROHM公司提供。

测量背光透过液晶屏中心点亮度和红绿蓝屏的13点色度坐标。其中背光和液晶屏的配合，一般指白色色度坐标的匹配。这里只研究液晶屏白色的色度坐标亮度关系。本次测试使用同一块液晶屏模组，只改变电流大小，测得LED白光透过液晶面板的亮度和白光色坐标［4］。

由图4得出，13点亮度随着驱动电流I的增大而提高。5组13点曲线走势看出，150 mA时13点亮度曲线在最上方，80 mA时的13点亮度曲线在最下方。5组图像各点变化趋势相一致。在电流80.19 mA下，第12点到第13点变化趋势与其他变化趋势不同，分析原因，总结为测量误差，可以忽略。

图4 5组不同驱动电流下13点亮度曲线

由图5可看出，13点的白光透过液晶面板的白场色坐标X，随着驱动电流I的增大而减小，电流低时的连接线图像明显高于电流高时的连接图像，5组13点整体趋势相一致。从图中看出，当电流为140 mA，测量第6点的X值和当电流为100.1 mA时，测量第8点X值，都明显偏离整体趋势。分析原因可能是组装拆卸液晶电视机的环境要求无尘，这是在正常温度的屋内拆卸组装，容易有异物进入面板与背光缝隙中，造成测试数据的误差。也可能为测量仪器本身的随机误差造成。

图5 5组不同驱动电流下13点CIE－X值曲线

由图6可看出，13点的白光透过液晶面板的白场色坐标Y值，随着驱动电流I的增大而减小，电流低时的Y值连接线图像明显高于电流高时的Y值连接图像，5组13点整体趋势相一致。

计算每组13点数据的平均亮度得出图7。由图7可以看出，13点平均亮度值，随着驱动电流的增大成比例地增大，基本为线性关系。由此得出，在额定电流135 mA的变化范围内，增大或减小电流，其液晶屏面板亮度随之线性增大或线性减小。图8中，计算了每组13点数据的平均X值、Y值，得出变化曲线。由图可以看出，13点平均X，Y值，随着驱动电流的增大而减小，基本为线性关系。

由此得出，在额定电流135 mA的一定变化范围内，增大或减小电流，其液晶屏面板白场条件下，X，Y值随之线性减小或线性增大。

3.2 不同驱动电流与RGB色域关系

研究不同驱动电流与RGB色域关系，去测试第一点的数据。第一点也为中心点。根据测得的X，Y值来计算色域［5］。把被测设备调整好后，分别在三基色R，G，B全场信号测量CIE 1931(x，y)，分别测量x，y的坐标。测得5组数据分别如表1所示。

表1 电流在80.19/100.158/135/140/150 mA驱动下三基色色坐标

对红色(R)表示值为xr，yr;对绿色(G)表示为xg，yg;对蓝色(B)表示为xb，yb。然后计算R，G，B三角形面积Srgb，用公式进行计算

图9 不同驱动电流下RGB中心亮度曲线

式中:Cp即为相对XY条件下的色域［6］。

由以上中心点三基色亮度数据做出如图9所示处理。由不同电流下三基色中心亮度曲线图可以看出:三基色各自的中心亮度是随着电流的增大而线性增大的，相同电流下中心绿色的亮度最大，蓝色亮度最小，红色亮度居中。三基色各自亮度随电流增大而增大的比例不同，绿色增大比例明显大于蓝色和红色的增大比例。

由以上中心点三基色色坐标数据得出驱动电流与色域变化关系如图10。由图10可以看出，中心色域值和不同驱动电流变化几乎与X轴水平，故中心色域值与驱动电流大小几乎无关。

图10 不同驱动电流与色域变化曲线

4 小结

讨论了不同驱动电流驱动LED背光，液晶屏13点平均亮度与不同驱动电流关系，液晶屏中心RGB亮度与不同驱动电流关系和中心色域与不同驱动电流关系。得出如下结论:1)液晶屏13点平均亮度随驱动电流增大(减小)而线性增大(减小)。2)液晶屏中心RGB亮度随驱动电流增大(减小)而线性增大(减小)，但绿色亮度随电流增大而增大的比例大于红蓝色的增大比例。3)液晶屏中心色域值基本不随驱动电流增大而增大，几乎与电流变化无关。

［1］李天华.全彩色LED显示屏的计算机辅助调校方法［J］.电视技术，2011，35(2):51－53.

［2］邹跃军，任丁.背光源结构分析及几种提高亮度的途径［J］.液晶与显示，2002，17(6):465－470.

［3］海因维希·朗格.色度学与彩色电视［M］.张永辉，译.北京:中国电影版社，1985.

［4］郝允祥，张保洲.色度学［M］.北京:北京师范大学出版社，1998.

［5］程鸿飞.小尺寸LCD背光源的光学性质［J］.现代显示，2005(11):17－21.

［6］IEC 61947－1:2002，Electronic projection measurement and documentation of key performance－part 1［S］.2002.