动态背光照明改善小型LCD面板的对比度和微调功率:电视背光亮度对比度

时间：2019-04-20 03:15:11　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　背光液晶显示屏(LCD)在小到移动电话、大到电视机的许多消费类产品中均应用广泛。然而，往往发生很多关于对比度的投诉，尤其是黑电平问题。由于LCD需要背光照明，所以对于实际上不需要光的黑电平，则看起来不太自然。动态背光照明允许自定义LCD屏幕上的背光，通过改变背光强度来提高对比度。随着越来越多的手持设备能够播放视频文件，提供增强的视觉体验就成为关键卖点。
　　目前，LCD电视和手持设备通常采用屏幕边缘背光，使用的是冷阴极荧光灯或LED。然而，未来的大屏幕高端LED背光LCD电视将把屏幕分为许多行和列单元，每个单元由多组RGBLED组成。通过独立控制每个单元的光输出(基于图像内容)，动态照明改善图像对比度。随着背光和驱动器成本下降，新一代高端电视可对单元内的每一组RGBLED进行动态控制，甚至对背光照明进行更精细的增益控制。系统所做的仅仅是监测视频内容并将控制信号反馈给背光控制器，以动态调节每个单元中的LED亮度。
　　对于蜂窝电话LCD显示屏，没必要将小屏幕分为行和列单元。然而，背光照明也可通过对视频内容的“探测”，根据视频屏幕在特定时刻的平均强度动态调节亮度，改善观看体验。播放视频时，由于背光照明可能不需要总工作在全亮度状态，所以该技术也可延长蜂窝电话的电池使用时间。
　　LED背光照明驱动器(例如，MAX6948等)具有内部PWM(脉宽调制)模块，根据蜂窝电话基带控制器通过串行接口(例如I2C)发送的命令控制所连接LED的强度。基带控制器即可利用驱动器的内部PWM模块动态调节背光照明，作为对用户按键或环境光变化的响应。然而，串行通信有限的通信速度及协议开销引起的延迟毫无疑问会阻碍控制器使用LED驱动的内部PWM模块根据视频内容实现动态背光照明。
　　根据视频内容改变背光强度需要PWM信号的占空比随视屏内容动态变化。该PWM信号可由蜂窝电话基带控制器内的已有视频信号处理电路根据每帧的平均强度产生。PWM信号可通过基带控制器的GPIO(通用I/O)引脚被发送至LED驱动器。
　　图1向MAX6948WLED驱动器施加外部PWM控制的电路
　　然后，LED驱动器需要将该外部PWM信号直接转换为相应的LED强度电平变动，不对其内部PWM功能(通过串口设置，也由基带控制器控制)造成太大干扰。例如，占空比为50%的外部PWM信号不改变内部PWM模块设置的强度，占空比小于50%的PWM信号调暗强度，而高于50%的调亮强度。
　　尽管许多LED驱动器(例如，MAX6948)没有特定的输入引脚来接受这一外部PWM强度控制，但通过在典型应用电路中增加两个元件，仍然能够实现附加PWM强度控制，进行动态背光照明。我们来讨论一下如何增加外部PWM强度控制，与器件的内部PWM互补，实现动态背光控制。本例中，由微控制器的I/O引脚产生额外背光控制信号。然而，该信号可表示移动光传感器或分析屏幕内容电路的输出。以MAX6948WLED(白光LED)驱动器为例说明。该驱动器设计用于移动电话，但其设计理念适用于任何带有LCD屏幕的系统。
　　MAX6948WLED(白光LED)驱动器接受+2.7～+5.5V的标准输入电压，将输出电压升压至高达+28V以驱动背光。尽管该芯片设计用于驱动蜂窝电话的背光，但通过增加外部PWM来动态控制背光的技术可用于LCD电视、PDA、笔记本电脑，或几乎任何LED背光显示屏。外部电阻RB设置峰值背光强度(见图1)。电阻越大，峰值电流越小，从而背光强度越低。然而，通过增加晶体管(Q1)和第二个电阻(RB2)，可通过调节电阻改变背光强度，无须更改内部PWM。
　　芯片内部产生PWM信号，根据主控制器通过I2C端口发送的命令确定LED强度。驱动WLED的芯片升压输出可完全打开、完全关闭，或以10位分辨率(1024级)输出PWM。最大电流由反馈电阻RB决定。如果RB为3.3Ω，通过LED的最大电流为大约30mA(VFB/RB=100mV/3.3Ω≈30mA)。如果RB为30Ω，最大电流为大约3.3mA。调节电压VFB稳定在100mV附近，控制通过WLED的最大电流。通过调节反馈电阻，可实现对WLED强度的附加控制。
　　本例中，PWM控制信号由MAXQ2000微控制器产生，微控制器位于图2所示的评估板。PWM控制信号范围为0～+3.3V；频率为5kHz；占空比从0%～100%可调。MAX6948也安装于评估板，VishaySI4800BDnFET晶体管(Q1)调节反馈电阻。对于蜂窝电话应用，可以使用尺寸较小、漏源电阻RDSON较低的nFET晶体管；否则，可减小电阻RB，以补偿较大的RDSON。由于较低的5kHzPWM开关频率，使用MAXQ2000的驱动器时，栅电荷的影响可忽略不计。由于开关损耗非常低，通过晶体管的平均电流也非常小，所以晶体管的功耗可忽略不计。
　　图3a外部PWM占空比为15%时的LED电流
　　图3b外部PWM占空比为85%时的LED电流
　　图3c外部PWM影响的细节
　　测试结果
　　图3所示的波形是利用电流探头捕获的，显示通过串联WLED的电流。MAX6948的内部PWM功能打开，占空比设置为50%。图3a所示为外部PWM占空比为15%时的LED电流；图3b所示为外部占空比为85%时的电流；图3c所示为外部PWM对通过串联WLED的电流的影响。
　　数据表明，由于时间常数和MAX6948的反馈行为的原因，LED电流水平没有在最小电流(由30Ω电阻确定)和最大电流(由3.3Ω电阻确定)之间切换。根据外部PWM占空比设置平均幅值和PWM摆动变化。
　　本例中的外部PWM控制通过改变n-FET晶体管的瞬态和平均电阻实现。从而改变通过串联LED的电流。关于该配置，有两个重要因素需要注意。首先，外部PWM频率为5kHz，远远高于内部频率125Hz；其次，外部PWM控制也调节LED电流的直流部分。由于这两种特性，该方案避免了双PWM强度控制中常见的“打架”问题。对于从0%至100%的内部PWM，施加各种占空比的外部PWM，外部控制有效。在不同占空比设置下均未观察到“打架”现象。
　　LED的冷光在有效范围内随正向电流线性变化。图4所示为MAX6948评估板上使用的KingbrightWLED的发光强度与正向电流的关系曲线。在3.3～30Ω范围内调节电阻RB，产生的正向电流为30～3.3mA。如图4所示，在3～30mA范围内，电流与冷光的关系接近于线性。外部PWM占空比为0%时，产生的发光强度为3mA电流时，100%占空比为30mA电流时。这些结果为内部PWM强度完全打开时的结果。可利用I2CPWM命令，通过器件的内部PWM控制调低强度。
　　图4发光强度和电流关系曲线

相关热词搜索：背光微调 对比度 功率

动态背光照明改善小型LCD面板的对比度和微调功率:电视背光亮度对比度

最新文章

热门文章