光學(xué)設(shè)計中RGB及白光LED淺析

不同背光照明源的取舍

用來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 實際上擴(kuò)展了可見光范圍。另外，在美國國家電視系統(tǒng)委員會(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 個單色光源，如紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)激光，將獲得可能實現(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顯示器，因為白光 LED 外形尺寸小、簡單易驅(qū)動、對機(jī)械應(yīng)力不那么敏感、且與 CCFL 比較時，預(yù)期壽命長兩倍。不過，白光 LED 在色譜方面與 CCFL 有同樣的缺點，因為白光 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，因為 RGB LED 只按照所需要的紅光、綠光和藍(lán)光發(fā)射光能。相對而言，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 可以單獨驅(qū)動，那么 RGB LED 的白光點或色溫就可以校正，而 CCFL 和白光 LED 的白光點都是固定的。

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 是有道理的因為消費者在決定購買哪種型號的 LCD TV 時，可能會因為色彩鮮明而愿意多付錢。不過，使用 RGB LED 時，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)品提高價格的應(yīng)用中，透過白光 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 信號或濾波 PWM 信號調(diào)節(jié)流經(jīng) LED 的順向電流來達(dá)成的。降低 LED 電流可調(diào)節(jié) LED 光輸出密度。不過，順向電流的變化會導(dǎo)致 LED 發(fā)光顏色的變化，因為 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 信號控制 LED 的光強(qiáng)，可以不改變發(fā)光顏色而實現(xiàn) LED 調(diào)光。

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