LED背光對LCD色彩的影響

段 彬，劉偉永

(1.山東科技大學信息與電氣工程學院，山東 青島 266590;2.國家多媒體研發中心海信研發基地，山東 青島 266071)

隨著智能電視時代的到來以及IT巨頭蘋果公司也開始把目光轉向平板液晶電視行業，平板液晶電視的市場競爭日趨激烈，并將逐步取代傳統意義上的電視。液晶顯示器作為一種被動性顯示器件雖然本身不會發光，但它是依靠背光源將光線穿過顯示面板來展現圖形圖像。由于顯示器的亮度、顏色、功耗等主要指標嚴重依賴于背光源的性能，所以研制高水平的背光源產品，一直受到國內外液晶顯示器行業人士的高度重視。

隨著LED光效的提高，出現了LED背光。LED背光的優點是色域寬，LCD使用白色LED作背光。白色LED是由藍色LED加黃色熒光材料制備的。由于不同廠家LED的光譜是不同的，所以液晶屏對LED背光的調制取決于液晶屏自身的光響應特性和LED背光的光譜［1］。

1 LED側光式背光源結構

大尺寸LCD背光源的結構［2］如圖1所示。

首先將LED燈置于導光板側面，光進入導光板后，將沿導光板傳播，均勻照亮整個導光板，光線經反射紙反射以后，進入第一個擴散膜，然后進入增亮膜1、增亮膜2，照亮液晶屏。

圖1 LED側光式背光源結構

2 LED背光液晶面板測試系統

測試中使用的主要儀器為輝度計SR－3，示波器及電流探頭，視頻發生器Chroma 29132，測試系統如圖2所示。

2.1 系統組成

輝度計SR－3儀器主要作用是測量屏幕亮度及色坐標值［3］。示波器及電流探頭主要作用是記錄液晶電視點亮情況下LED背光驅動電流大小。視頻發生器Chroma 29132主要作用是給液晶屏電信號，驅動液晶屏顯示不同色階畫面。

為避免測試系統受到外界及反射光線的影響，這個測試系統必須在暗室內進行。實際測量中使用的系統如圖2所示。

圖2 液晶面板測試系統

2.2 測試地點

測試地點選擇國家重點實驗室青島市市南區海信研發江西路11號。

2.3 測試條件

首先保證測光計的孔徑角為2°，然后測定距離L為500 mm，測試環境溫度為(25±3)℃、濕度為(60±20)%，最后測試5組不同的電流數據。

2.4 測量位置

測量13個點具體位置如圖3所示。

圖3 測量液晶面板13個點具體位置

2.5 測試內容

首先進行白畫面測試，然后進行三原色測試，最后進行不同電流測試。

2.6 測試方法

首先記錄環境條件，然后將被測LED背光放置在試驗臺上，開啟白色背光系統，等待20 min，然后將輝度計中心點對準第一測量點，20 min以后，移動實驗機臺，依次測量13個位置點的數據，最后白色背光測量完畢，更換為三基色，重復以上步驟，依次測量。

3 液晶屏測量結果分析

3.1 不同驅動電流與亮度關系

測試LED背光源所用LED燈是由日本ROHM公司提供。

測量背光透過液晶屏中心點亮度和紅綠藍屏的13點色度坐標。其中背光和液晶屏的配合，一般指白色色度坐標的匹配。這里只研究液晶屏白色的色度坐標亮度關系。本次測試使用同一塊液晶屏模組，只改變電流大小，測得LED白光透過液晶面板的亮度和白光色坐標［4］。

由圖4得出，13點亮度隨著驅動電流I的增大而提高。5組13點曲線走勢看出，150 mA時13點亮度曲線在最上方，80 mA時的13點亮度曲線在最下方。5組圖像各點變化趨勢相一致。在電流80.19 mA下，第12點到第13點變化趨勢與其他變化趨勢不同，分析原因，總結為測量誤差，可以忽略。

圖4 5組不同驅動電流下13點亮度曲線

由圖5可看出，13點的白光透過液晶面板的白場色坐標X，隨著驅動電流I的增大而減小，電流低時的連接線圖像明顯高于電流高時的連接圖像，5組13點整體趨勢相一致。從圖中看出，當電流為140 mA，測量第6點的X值和當電流為100.1 mA時，測量第8點X值，都明顯偏離整體趨勢。分析原因可能是組裝拆卸液晶電視機的環境要求無塵，這是在正常溫度的屋內拆卸組裝，容易有異物進入面板與背光縫隙中，造成測試數據的誤差。也可能為測量儀器本身的隨機誤差造成。

圖5 5組不同驅動電流下13點CIE－X值曲線

由圖6可看出，13點的白光透過液晶面板的白場色坐標Y值，隨著驅動電流I的增大而減小，電流低時的Y值連接線圖像明顯高于電流高時的Y值連接圖像，5組13點整體趨勢相一致。

計算每組13點數據的平均亮度得出圖7。由圖7可以看出，13點平均亮度值，隨著驅動電流的增大成比例地增大，基本為線性關系。由此得出，在額定電流135 mA的變化范圍內，增大或減小電流，其液晶屏面板亮度隨之線性增大或線性減小。圖8中，計算了每組13點數據的平均X值、Y值，得出變化曲線。由圖可以看出，13點平均X，Y值，隨著驅動電流的增大而減小，基本為線性關系。

由此得出，在額定電流135 mA的一定變化范圍內，增大或減小電流，其液晶屏面板白場條件下，X，Y值隨之線性減小或線性增大。

3.2 不同驅動電流與RGB色域關系

研究不同驅動電流與RGB色域關系，去測試第一點的數據。第一點也為中心點。根據測得的X，Y值來計算色域［5］。把被測設備調整好后，分別在三基色R，G，B全場信號測量CIE 1931(x，y)，分別測量x，y的坐標。測得5組數據分別如表1所示。

表1 電流在80.19/100.158/135/140/150 mA驅動下三基色色坐標

對紅色(R)表示值為xr，yr;對綠色(G)表示為xg，yg;對藍色(B)表示為xb，yb。然后計算R，G，B三角形面積Srgb，用公式進行計算

圖9 不同驅動電流下RGB中心亮度曲線

式中:Cp即為相對XY條件下的色域［6］。

由以上中心點三基色亮度數據做出如圖9所示處理。由不同電流下三基色中心亮度曲線圖可以看出:三基色各自的中心亮度是隨著電流的增大而線性增大的，相同電流下中心綠色的亮度最大，藍色亮度最小，紅色亮度居中。三基色各自亮度隨電流增大而增大的比例不同，綠色增大比例明顯大于藍色和紅色的增大比例。

由以上中心點三基色色坐標數據得出驅動電流與色域變化關系如圖10。由圖10可以看出，中心色域值和不同驅動電流變化幾乎與X軸水平，故中心色域值與驅動電流大小幾乎無關。

圖10 不同驅動電流與色域變化曲線

4 小結

討論了不同驅動電流驅動LED背光，液晶屏13點平均亮度與不同驅動電流關系，液晶屏中心RGB亮度與不同驅動電流關系和中心色域與不同驅動電流關系。得出如下結論:1)液晶屏13點平均亮度隨驅動電流增大(減小)而線性增大(減小)。2)液晶屏中心RGB亮度隨驅動電流增大(減小)而線性增大(減小)，但綠色亮度隨電流增大而增大的比例大于紅藍色的增大比例。3)液晶屏中心色域值基本不隨驅動電流增大而增大，幾乎與電流變化無關。

［1］李天華.全彩色LED顯示屏的計算機輔助調校方法［J］.電視技術，2011，35(2):51－53.

［2］鄒躍軍，任丁.背光源結構分析及幾種提高亮度的途徑［J］.液晶與顯示，2002，17(6):465－470.

［3］海因維希·朗格.色度學與彩色電視［M］.張永輝，譯.北京:中國電影版社，1985.

［4］郝允祥，張保洲.色度學［M］.北京:北京師范大學出版社，1998.

［5］程鴻飛.小尺寸LCD背光源的光學性質［J］.現代顯示，2005(11):17－21.

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