基于RGBLED混合白光的色度校正分析

摘要：在现代化的显示设备中，液晶显示器（LCD）由于其技术成熟，应用范围广等特点在生活、科研、航空等领域应用广泛。随着显示内容的多元化、丰富化使得人们对于液晶显示的效果要求越来越高。

本文介绍了RGB三色LED混白光原理以及背光LED的设计原理，分析了嵌入式系统对RGB三色光的调节和控制，从实验数据分析得出RGB三色背光的误差对整体输出的白光色差的影响，给出符合要求的RGB三色灯的配比。

关键词：液晶显示器;背光;色差

一、概述

在现代化的生活、生产、科研、航空等领域，液晶显示器的应用非常的广泛。液晶显示器（LCD）本身不会发光原理，需要使用背光产生可视的彩色画面。显示质量要求不高的LCD可以使用采用白光LED做背光，显示质量要求高的LCD可以使用RGB三色LED做背光。白光LED产生的彩色空间要比RGB LED差很多。而且采用RGBLED可以对背光进行多方面的控制，包括温度控制、PWM控制以及电流控制等，使得色彩的校正变得更加精准方便，对产品后期的色坐标、色温以及亮度等方面的调节变得易于控制。

二、RGB三色背光混合成白光的原理

红、绿、蓝（R、G、B）三基色LED背光源对液晶屏照明前，需要先将红、绿、蓝三色光混成白光，然后通过彩色滤色膜将白光还原成三基色，照在相应的像素上就能实現LCD的高色彩还原性成像。

三、RGB LED背光控制电路原理

本文以驱动4寸的正方形LCD作为例子介绍RGBLED背光控制电路原理。电路所使用的主要的LED驱动芯片为TI公司生产的LP8860-Q1，此芯片具有升压控制器的高效的LED驱动器，可实现PWM输入信号控制或者主控端SPI/I2C控制或者二者共同控制4个高精度的电流接收器，电流接收器依据LED电流沉的顶部电压具有自适应输出电压控制。该芯片可实现PWM和电流混合调光，降低EMI，延长LED寿命，提高整体的光学效率[1]。

采用单独电流控制和SPI通讯方式控制实现RGB LED驱动的电路原理图如图1所示。LED的调节采用SPI接口实现，将SPI接口与MCU连接，MCU作为主端，LP8860-Q1作为从端，MCU控制LP8860-Q1的时钟脉冲输入和信号输入。OUT1、OUT2、OUT3、OUT4作为4路输出，分别控制W、R、G、B四路LED灯串的电流，此处可以不用WLED，只通过RGBLED灯串实现白光的混合。通过MCU主端发送的电流值和PWM值，实现3路电流输出的控制，从而控制输出的RGBLED的亮度和色度，实现白光的混合。

四、实验及结果分析

假设所采用的RGB LED的亮度和色度曲线未知，为了更准确的实现LCD亮度和色度的精确校正，改变电流对单颗红绿蓝LED色度学参数进行测试，分析电流对LED色度学特性的影响[2]。

采用如图1所示的连接方式将被测的LCD与光学测试仪连接。分别对LCD进行R、G、B三色背光LED点亮，输入电流由0mA到20mA变化，用光学测试仪测试产品的亮度值和色度值。

由表1中的数据可以得出，在R、G、B三色灯电流为：14.25mA、18.5 mA、5 mA时测得的混合白光效果很好，色坐标误差在合格范围内，只有当亮度很低为2.38 cd/m2时，色坐标不合格，当R、G、B三色灯电流为：11.4mA、14.8 mA、4 mA时测得的混合白光效果不好，色坐标误差较大，当亮度未111.43 cd/m2时，色坐标的误差已经超出合格范围。

由此数据分析得出在R、G、BLED混合为白光时，要充分考虑三色灯的亮度和色坐标随电流的变化规律，通过合理的计算三色灯的电流比例，且结合实际测试的单色灯的色坐标和亮度数据，可正确选择出符合要求的电流配比。

参考文献：

[1] LP8860-Q1 Low-EMI Automotive LED Driver With Four 150-mA Channels

[2] 何欣.基于RGB混色技术的白光LED光源的研究[D]。大连：大连工业大学，2012。

作者简介：

李茳（1987.9-），毕业院校：北京航空航天大学，学历：硕士，单位名称：航空工业太原航空仪表有限公司，主要研究方向：液晶显示及嵌入式软件开发。