CN101996587B - 彩色led背光调频调光电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种彩色LED背光调频调光电路及方法，采用橙、绿和蓝三色LED灯作为彩色平板液晶显示模块的背光源，并采用变频调光技术实现背光源的亮度调节，调节三色LED灯的调光脉冲高电平时间来混色，得到标准白色光，再根据颜色传感器输出的颜色数据，微调三色LED灯的调光脉冲高电平时间，克服温度变化造成的背光源亮度、色温和色坐标漂移。本发明把调频技术用在调节背光亮度和动态控制三色的比例，保证背光板上LED灯温度变化而混合的色温不变，背光在低亮度时，采用几百Hz的低频工作，高亮度时采用几十千Hz～一百千Hz的频率工作，本发明的调频方法对电源的冲击小。

Description

彩色LED背光调频调光电路及方法

技术领域

本发明涉及航空彩色液晶显示模块内LED背光领域，具体涉及一种彩色LED背光调频调光电路及方法。 

背景技术

随着LED技术的成熟，各种颜色的LED纷纷研发出来，同时成本也在大幅下降。由于橙绿蓝三种颜色LED灯混和出的背光，色域宽，颜色还原能力强。故此多颜色LED混色的背光技术是目前研究的热点问题。 

由于背光多颜色LED混光技术较新，目前采用什么具体算法来混色公开文献不多。在高亮度航空显示器领域，存在背光板温度变化大的特点，3色LED灯随温度变化衰减不一致，故此还存在动态补偿问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种彩色LED背光调频调光电路及方法，采用调频调光以及调高电平时间来混合橙、绿和蓝三色的比例，得到标准白色光源。 

本发明的技术方案如下： 

一种彩色LED背光调频调光电路，包括有FPGA控制器和橙色、绿色和蓝色LED灯阵列，其特征在于：所述的FPGA控制器分别通过由线性恒流源构成的驱动电路与所述的橙色、绿色和蓝色LED灯阵列相连，所述的FPGA控制器分别接有上位机和颜色传感器，所述的橙色、绿色和蓝色LED灯阵列分别通过开关降压电路接入直流电源。 

一种彩色LED背光调频调光方法，其特征在于：采用橙、绿和蓝三种颜色的LED灯作为彩色平板液晶显示器的背光源，并将这三色LED灯亮度按比例进行混合，得到色温在6500K左右，色坐标u′＝0.198，v′＝0.468的标准白色光源；采用三路线性恒流源作为橙、绿和蓝三种颜色的LED灯的驱动电路，每路线性恒流源分别设置200mA的电流，保证每串LED灯的电流是其典型电流20mA，每路线性恒流源独立采用调频调光信号，每路线性恒流源的频率是相同的，但占空时间各有不同；其具体包括以下步骤： 

(1)、设置频率可调而高电平时间固定的时基脉冲波形。 

时基脉冲波形的上升沿是三色LED灯调光信号的高电平起始点，时基脉冲的高平持续时间T_ON固定，设定为10μs，三色LED灯调光信号的高电平持续时间T_O、T_G、T_B都小于等于T_ON。 

调频时基波形的最高频率为f_max＝1/T_ON＝100k(Hz)，理论最低频率可以小至50Hz，实际设置在210Hz，在此最高频率与最低频率之比是476； 

(2)、调整三色LED灯调光脉冲的占空时间T_O、T_G、T_B： 

首先设置时基脉冲的频率是100kHz，再设置三色LED灯中要求亮度最高的红色LED灯调光脉冲的高电平时间，高电平持续时间小于8μs；其次设置绿色LED灯和蓝色LED灯调光脉冲的高电平时间；然后将三色LED灯亮度按比例进行混合，如果蓝色LED灯分量过多则色温高，如果红色LED灯分量过多则色温低；调整三色LRD灯的调光脉冲高电平时间，使色温达到6500±100K，色坐标u′＝0.198，v′＝0.468； 

(3)、调频调光： 

三色LED灯的调光高电平时间固定后，三色LED灯产生的亮度比例就固定了，然后通过减小时基脉冲的频率，达到减小总亮度的目的，而色温色坐标可以保持不变； 

(4)、颜色传感器采样三色光亮度： 

采用TCS230光传感器分别采样三色LED灯的亮度，TCS230光传感器发出频率与三色LED灯的亮度成正比的脉冲；由于采用的是固定高电平时间的脉冲调光方式，TCS230光传感器输出的脉冲频率不易测量，另外TCS230光传感器输出的脉冲频率与三色LED灯的真实亮度关系复杂，故此在测量时将时基波形的200个上升沿时间内的TCS230三颜色通道的脉冲个数作为三色LED灯的亮度； 

(5)、亮度和颜色闭环控制： 

当彩色平板液晶显器的出屏亮度达到800～1000cd/m²时，因三色LED灯的发光效率均小于20％，所以三色LED灯产生了大量的热量；彩色平板液晶显器以最大亮度点屏30分钟后，彩色平板液晶显示器的背光板基本达到热稳定，在有高温限亮的措施下，彩色平板液晶显器的温度也达到了70℃，温度升高近50 ℃；三色LED灯在恒流工作方式下，随着彩色平板液晶显器温度的升高，三色LED灯的亮度都在减小； 

此时，首先稳定住红色LED灯的亮度，当红色LED灯的亮度减小时，可以提高高电平持续时间，但高电平持续时间最大不能超过时基脉冲的高电平时间10μs，在实际情况下不超过9μs；其次按照上述方法分别调整绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度。 

本发明的有益效果： 

本发明采用调频调光以及调高电平时间来混合橙、绿和蓝三色的比例，得到标准白色光源，具有色域宽的特点；本发明采样固定周期数内颜色传感器输出的三色通道脉冲个数作为三色LED灯的亮度，测到的亮度值不随调光亮度变化而变化，能克服温度变化造成的色温漂移。 

附图说明

图1为本发明电路的原理框图。 

图2为本发明调频的时基波形和三色LED灯的调频调光波形图。 

具体实施方式

参见图1、2，一种彩色LED背光调频调光电路，包括有FPGA控制器和橙色、绿色和蓝色LED灯阵列，FPGA控制器分别通过由线性恒流源构成的驱动电路与橙色、绿色和蓝色LED灯阵列相连，FPGA控制器分别接有上位机和颜色传感器，橙色、绿色和蓝色LED灯阵列分别通过开关降压电路接入直流电源。 

一种彩色LED背光调频调光方法，采用橙、绿和蓝三种颜色的LED灯作为彩色平板液晶显示器的背光源，并将这三色LED灯亮度按比例进行混合，得到色温在6500K左右，色坐标u′＝0.198，v′＝0.468的标准白色光源；采用三路线性恒流源作为橙、绿和蓝三种颜色的LED灯的驱动电路，每路线性恒流源分别设置200mA的电流，保证每串LED灯的电流是其典型电流20mA，每路线性恒流源独立采用调频调光信号，每路线性恒流源的频率是相同的，但占空时间各有不同；具体包括以下步骤： 

(1)、设置频率可调而高电平时间固定的时基脉冲波形。 

时基脉冲波形的上升沿是三色LED灯调光信号的高电平起始点，时基脉冲的高平持续时间T_ON固定，设定为10μs，三色LED灯调光信号的高电平持续时 间T_O、T_G、T_B都小于等于T_ON。 

调频时基波形的最高频率为f_max＝1/T_ON＝100k(Hz)，理论最低频率可以小至50Hz，实际设置在210Hz，在此最高频率与最低频率之比是476； 

(2)、调整三色LED灯调光脉冲的占空时间T_O、T_G、T_B： 

首先设置时基脉冲的频率是100kHz，再设置三色LED灯中要求亮度最高的红色LED灯调光脉冲的高电平时间，高电平持续时间小于8μs；其次设置绿色LED灯和蓝色LED灯调光脉冲的高电平时间；然后将三色LED灯亮度按比例进行混合，如果蓝色LED灯分量过多则色温高，如果红色LED灯分量过多则色温低；调整三色LRD灯的调光脉冲高电平时间，使色温达到6500±100K，色坐标u′＝0.198，v′＝0.468； 

(3)、调频调光： 

三色LED灯的调光高电平时间固定后，三色LED灯产生的亮度比例就固定了，然后通过减小时基脉冲的频率，达到减小总亮度的目的，而色温色坐标可以保持不变； 

(4)、颜色传感器采样三色光亮度： 

采用TCS230光传感器分别采样三色LED灯的亮度，TCS230光传感器发出频率与三色LED灯的亮度成正比的脉冲；由于采用的是固定高电平时间的脉冲调光方式，TCS230光传感器输出的脉冲频率不易测量，另外TCS230光传感器输出的脉冲频率与三色LED灯的真实亮度关系复杂，故此在测量时将时基波形的200个上升沿时间内的TCS230三颜色通道的脉冲个数作为三色LED灯的亮度； 

(5)、亮度和颜色闭环控制： 

当彩色平板液晶显器的出屏亮度达到800～1000cd/m²时，因三色LED灯的发光效率均小于20％，所以三色LED灯产生了大量的热量；彩色平板液晶显器以最大亮度点屏30分钟后，彩色平板液晶显示器的背光板基本达到热稳定，在有高温限亮的措施下，彩色平板液晶显器的温度也达到了70℃，温度升高近50℃；三色LED灯在恒流工作方式下，随着彩色平板液晶显器温度的升高，三色LED灯的亮度都在减小； 

此时，首先稳定住红色LED灯的亮度，当红色LED灯的亮度减小时，可以 提高高电平持续时间，但高电平持续时间最大不能超过时基脉冲的高电平时间10μs，在实际情况下不超过9μs；其次按照上述方法分别调整绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度。 

Claims (1)

1.一种彩色LED背光调频调光方法，其特征在于：采用橙、绿和蓝三种颜色的LED灯作为彩色平板液晶显示器的背光源，并将这三色LED灯亮度按比例进行混合，得到色温在6500K左右，色坐标u′＝0.198，v′＝0.468的标准白色光源；采用三路线性恒流源作为橙、绿和蓝三种颜色的LED灯的驱动电路，每路线性恒流源分别设置200mA的电流，保证每串LED灯的电流是其典型电流20mA，每路线性恒流源独立采用调频调光信号，每路线性恒流源的频率是相同的，但高电平持续时间各有不同；其具体包括以下步骤：

(1)、设置频率可调而高电平时间固定的时基脉冲波形；

时基脉冲波形的上升沿是三色LED灯调光信号的高电平起始点，时基脉冲的高电平持续时间T_ON固定，设定为10μs，三色LED灯调光信号的高电平持续时间T_O、T_G、T_B都小于等于T_ON；

调频时基脉冲波形的最高频率为f_max＝1/T_ON＝100k(Hz)，理论最低频率可以小至50Hz，实际设置在210Hz，在此最高频率与最低频率之比是476；

(2)、调整三色LED灯调光脉冲的高电平持续时间T_O、T_G、T_B：

首先设置时基脉冲的频率是100kHz，再设置三色LED灯中要求亮度最高的红色LED灯调光脉冲的高电平时间，高电平持续时间小于8μs；其次设置绿色LED灯和蓝色LED灯调光脉冲的高电平时间；然后将三色LED灯亮度按比例进行混合，如果蓝色LED灯分量过多则色温高，如果红色LED灯分量过多则色温低；调整三色LRD灯的调光脉冲高电平时间，使色温达到6500±100K，色坐标u′＝0.198，v′＝0.468；

(3)、调频调光：

三色LED灯的调光高电平时间固定后，三色LED灯产生的亮度比例就固定了，然后通过减小时基脉冲的频率，达到减小总亮度的目的，而色温色坐标可以保持不变；

(4)、颜色传感器采样三色光亮度：

采用TCS230光传感器分别采样三色LED灯的亮度，TCS230光传感器发出频率与三色LED灯的亮度成正比的脉冲；由于采用的是固定高电平时间的脉冲调光方式，TCS230光传感器输出的脉冲频率不易测量，另外TCS230光传感器输出的脉冲频率与三色LED灯的真实亮度关系复杂，故此在测量时将时基脉冲波形的200个上升沿时间内的TCS230三颜色通道的脉冲个数作为三色LED灯的亮度；

(5)、亮度和颜色闭环控制：

当彩色平板液晶显器的出屏亮度达到800～1000cd/m²时，因三色LED灯的发光效率均小于20％，所以三色LED灯产生了大量的热量；彩色平板液晶显器以最大亮度点屏30分钟后，彩色平板液晶显示器的背光板基本达到热稳定，在有高温限亮的措施下，彩色平板液晶显器的温度也达到了70℃，温度升高近50℃；三色LED灯在恒流工作方式下，随着彩色平板液晶显器温度的升高，三色LED灯的亮度都在减小；

此时，首先稳定住红色LED灯的亮度，当红色LED灯的亮度减小时，可以提高高电平持续时间，但高电平持续时间最大不能超过时基脉冲的高电平时间10μs，在实际情况下不超过9μs；其次按照上述方法分别调整绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度。

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