LED背光对LCD色彩的影响探讨

魏欢欢 区伟能

摘要：文章所述试验对LED背光在不同驱动电流下通过液晶器件时的情况进行了研究，记载了驱动电流对LCD亮度和色坐标造成的影响及其变化规律、LCD三基色（红绿蓝）亮度和LCD色域与驱动电流变化之间的关系。

关键词：LED背光；LCD色彩；色域；电流；亮度；液晶器件 文献标识码：A

中图分类号：TN873 文章编号：1009-2374（2016）05-0063-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.05.032

当今社会飞速发展，许多行业竞争都变得愈加激烈，电视机这块市场也不例外。电视行业十年间历经CRT电视、等离子电视和液晶电视，如今CRT电视和等离子电视已基本消失，液晶电视市场占有率达到99%以上。

在液晶电视中，液晶显示器本身是不会发光的，因为它是一种被动性的显示器件，但是它依旧可以将图形图像展现出来，是通过背光源将光线透过液晶显示面板而实现的。背光源的性能好坏会对其各种主要指标造成影响，因此液晶电视背光源性能的好坏很大程度上决定了液晶电视的显示效果，例如亮度、颜色等，因此不论在国内还是国外，液晶显示研究人员都在努力研制优秀的背光源产品。液晶电视背光源主要有两种：一种是CCFL（冷阴极荧光灯管，也就是我们常见的日光灯）；另一种是LED（发光二极管）。目前LED背光已基本替代CCFL背光全面占领市场，与CCFL背光源相比，LED背光具有很多优势，主要体现在以下四个方面：

第一，LED色域更广。CCFL是通过激发荧光粉发光的，其光谱中不同波长光的成分较多，导致其色域不高，NTSC色域通常最高只有70%左右。而LED的发光光谱很窄，通过选择合适的LED，NTSC色域可以达到100%以上，比CCFL背光源的色域扩展了50%左右。

第二，LED寿命更长。一般来说，CCFL的使用寿命在8000～100000小时之间，而LED的寿命可以达到CCFL的两倍甚至更长。

第三，LED环保节能。CCLF背光源所不能缺少的一个主要元素就是汞，即水银，而汞是对人体有害的。对于LED背光源来说，其完全不含汞，符合绿色环保的要求。而且LED背光源非常省电，LED的功耗要比CCFL更低。

第四，LED体积更小。液晶电视若要做成超薄，决定因素主要有两个，分别是背光模块与电源基板厚度，其中又以背光模块为最大决定因素。CCFL背光源的尺寸基本固定，基本没有减小的余量。而体积更小的LED可以使背光源模块做得更小，例如40英寸三星侧入式LED电视，其背光模块厚度仅约5mm。

LED背光大部分使用白光LED，其利用蓝色的LED芯片激发荧光材料发出白光。由于不同厂家生产的LED使用的材料及其制作工艺存在区别，导致不同厂家的LED光谱和亮度也存在一定程度的差异，因此在调制液晶屏时，需要了解液晶屏对LED背光的光响应特征。本试验在LED侧入式背光源结构下，研究了驱动电流对LCD亮度、LCD色坐标、LCD三基色（红绿蓝）的亮度以及LCD色域的影响及其变化规律。

1 试验结构

LED侧光式的背光源结构包括白光LED、导光板、1层反射片、1层扩散片、2层增光片和液晶屏。在导光板的侧面放置好白光LED，白光LED发光，光进入了导光板以后会以导光板为方向进行传播，导光板可以使光线均匀分布，反射片会对光线产生反射使光只往液晶屏方向传播，然后光依次经过扩散片、第一层增光片以及第二层增光片，到达液晶屏使液晶屏发光。

2 试验测试系统

辉度计SR-3A是我们在测试中主要使用到的仪器，其余还有Chroma29135液晶模组自动测试系统、示波器、电流探头等。

2.1 测试系统组成

辉度计SR-3A对液晶屏幕进行亮度以及坐标值的测量；Chroma29135液晶模组自动测试系统主要是将电信号传递给液晶屏，对液晶屏造成驱动，从而使液晶屏显示画面；示波器和电流探头负责将液晶电视点亮状态下LED背光驱动电流的数值记录下来。为了避免外界光线对测试系统造成影响，整个实验在暗室中进行。

2.2 测试条件

辉度计孔径角设置为2°并保证不变，测定距离L设置为500mm，温度保持在25℃±3℃的范围内，湿度保持在60%±20%的范围内，最后选5组不同的电流数据进行测试。

2.3 测量位置

在液晶屏均匀选取了13个测量位置，具体如图1所示：

2.4 测试内容

首先测试的是白画面，然后测试的是三基色（红绿蓝），最后才是在不同电流情况进行的测试。

2.5 测试方法

首先将周围的环境条件等记录下来，然后准备好LED背光系统，并将其放置在一个试验平台中心。将LED背光系统开启，待20分钟背光系统稳定后，找准第一测量点并将辉度计的中心点对准于此进行测量，然后依次对13个预定测量位置进行测量，并将亮度和色坐标数据记录下来，最后结束白画面的测量工作，更换三基色上去并重复刚才的步骤，依次进行测量。

3 液晶屏测量的结果分析

3.1 亮度和色坐标与不同驱动电流的关系

我们进行的LED背光源测试中使用的LED是广东晶科电子股份有限公司生产的白光LED灯珠。本次测试中使用的液晶屏模组是同一块，只对驱动电流的大小进行调整，得到LED白光透过后的液晶屏的亮度以及白色光的色坐标。从图2中我们可以看出，13个点的亮度和驱动电流If之间的关系是成正比的，亮度随着驱动电流的增加而增加，反之亦然。从曲线走势能发现，13个点的亮度曲线驱动电流最大值为150mA，驱动电流最小值为80mA。五组数据中的各点拥有相同的变化趋势。在电流不足80.19mA的情况下，第12点和第13点的变化趋势相比其他点的变化趋势有一定差异，究其原因应是测量产生的误差，可以忽略不计。

13个点透过液晶面板的白光其X色坐标，变化情况是随着驱动电流If增大而减小。从整体趋势来说，五组数据13个点是保持一致的。但观察第6点在电流140mA时的测量值和第8点在电流100.1mA的测量值，我们可以发现，它们与整体的趋势是相偏离的。其原因可能是在有灰尘的环境下进行液晶电视的组装和拆卸，导致面板和背光缝隙中有异物进入，出现了误差测量的情况，当然这个误差也可能是测量仪器本身存在的。同时我们对13个点白光透过液晶面板的Y色坐标进行观察，其变化趋势也是伴随着驱动电流If的提高而减小，与X色坐标变化趋势一致，5组13个点变化趋势保持基本一致。

综上，13个点平均亮度值在驱动电流增大的情况下也会成比例的增大，呈现一种线性关系，在保持135mA额定电流的情况下，电流的增大或者减小都会对液晶屏面板的亮度产生影响，其亮度会相应产生线性的增大或者减小；而13个点的平均X和Y色坐标都与驱动电流成反比，基本保持线性关系，在135mA的额定电流以及一定的变化范围内，电流的减小或者增大，在液晶屏面板白场的情况下，X、Y色坐标会随之出现线性的增加或者减少。

3.2 RGB色域和亮度与不同驱动电流的关系

首先要对第一点的数据进行测试，第一点也就是中心点，色域依靠测试得来的X、Y坐标值进行计算。调整好被测设备以后分别在R、G、B三基色下进行X、Y坐标的测量。

红色（R）用xr、yr来表示；绿色（G）用xg、yg来表示；蓝色（B）用xb、yb来表示。然后计算三角形的面积，公式如下：

公式中的Cp就是在X、Y坐标相对条件下的色域。

如图3，用曲线图来处理中心点的三基色（红绿蓝）亮度的测试数据，我们可以看出：不管是红色、蓝色还是绿色，其中心亮度与驱动电流成正比，驱动电流增大的时候中心亮度会线性增大，在电流相同的情况下亮度从大到小依次为绿色、蓝色、红色。在电流增大的情况下，三基色各自增加亮度的比例是有区别的，相比红色和蓝色增大的比例来说，绿色明显增大了更大的比例。

通过中心点位置三基色色坐标数据可以得到色域，比较不同驱动电流下色域变化，可以看出驱动电流对色域变化产生的影响。我们发现，中心色域值随着驱动电流变化基本保持不变，所以可以得出结论，驱动电流的变化是几乎不会影响到中心色域值的。

4 结语

本文对LED背光在不同驱动电流下的驱动进行了分析，并探讨了液晶屏中13个点的亮度平均值、13个点的平均X和Y色坐标、液晶屏中心三基色（红绿蓝）亮度、液晶屏中心色域值和不同驱动电流之间的关系。得出的结论是：首先，液晶屏13个点位置亮度的平均值随着驱动电流的增加而增加，之间的关系是成正比的；其次，液晶屏13个点位置X和Y色坐标的平均值随着驱动电流的增加而减小，随着驱动电流减少而增加，之间的关系是成反比的；再次，液晶屏中心三基色（红、绿、蓝）亮度在驱动电流增加的情况下呈现线性增加，反之亦然，但是绿色亮度相比红、蓝色亮度来说，随电流增大而增大的比例要更大；最后，液晶屏的中心色域值和驱动电流的变化几乎是没有关系的，不会因为驱动电流增加而出现增加的情况，和电流变化之间的关系微乎其微。

参考文献

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作者简介：魏欢欢（1986-），男，供职于广东晶科电子股份有限公司，研究方向：LED产品研发。

（责任编辑：陈 洁）