TLC5940 PWM調(diào)光功能為L(zhǎng)ED視頻顯示器提供了卓越的色彩品質(zhì)(07-100)

　　我們?cè)鴮戇^(guò)一篇文章探討過(guò)一種稱為單點(diǎn)矯正的設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)用于校準(zhǔn)大型顯示器上的各個(gè)獨(dú)立像素。各個(gè)獨(dú)立像素一經(jīng)校準(zhǔn)或單點(diǎn)矯正，都能達(dá)到與設(shè)定值一致的亮度水平。這種技術(shù)可以校準(zhǔn)LED陣列中各LED輸出的模擬電流。如果說(shuō)單點(diǎn)矯正因?yàn)槟軌驈浹a(bǔ)像素之間的流明輸出變化而成為一款卓越的解決方案，那么這種模擬亮度調(diào)整只能算是在高端LED顯示器開發(fā)方面邁出了第一步。為此，本文介紹了一種稱為脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光的技術(shù)，這種技術(shù)用于在確保卓越的色彩質(zhì)量的同時(shí)，調(diào)整LED的亮度。該技術(shù)也稱為PWM灰度。

　　低端的顯示器通常只需單色的LED，具體的應(yīng)用包括簡(jiǎn)單的體育記分牌、單線滾動(dòng)顯示屏以及交通道路標(biāo)志牌。新興的市場(chǎng)需要高質(zhì)量的、能夠以數(shù)百萬(wàn)種顏色全動(dòng)態(tài)顯示畫面的視頻顯示器。這些應(yīng)用涵蓋了正在不斷發(fā)展的廣告市場(chǎng)，具體包括便利店、商場(chǎng)、加油站和體育場(chǎng)。然而，LED的新興市場(chǎng)需求主要來(lái)自DLP和LCD電視。色彩能否在這些電視機(jī)中準(zhǔn)確再現(xiàn)，取決于背光中所能提供的色彩。因此，正確控制紅、綠和藍(lán)色(RGB) LED能產(chǎn)生高于電視廣播NTSC色域的色譜。相比較而言，冷陰極燈管(CCFL)背光只能產(chǎn)生85%的NTSC色譜。

　　這些顯示器需要配置高級(jí)且能夠提供多種亮度等級(jí)的LED驅(qū)動(dòng)器。顯示器所能顯示的顏色數(shù)量與各個(gè)RGB LED(其組成整個(gè)顯示器中的單個(gè)像素)中現(xiàn)有的亮度等級(jí)數(shù)量成正比。顯示器廠商之間的競(jìng)爭(zhēng)正促使設(shè)計(jì)人員瞄準(zhǔn)高端的LED驅(qū)動(dòng)器，這種驅(qū)動(dòng)器配置集成了PWM功能，具有數(shù)千種亮度等級(jí)。然而，這些亮度等級(jí)強(qiáng)化了色差(shading)，改善了視頻質(zhì)量。TLC5940正是基于這些要求而專門設(shè)計(jì)的。

　　高質(zhì)量、全色視頻需要配置介于0%和100%之間的亮度等級(jí)，這種亮度等級(jí)多達(dá)數(shù)百或數(shù)千種之多。較早的 LED 驅(qū)動(dòng)器采用模擬調(diào)光來(lái)提供這些亮度等級(jí)。模擬調(diào)光通過(guò)改變LED的正向電流來(lái)改變亮度。例如，如果當(dāng)正向電流為20mA時(shí)，LED的亮度就達(dá)到最高，那么在LED輸入5mA的正向電流，就可以達(dá)到最高亮度的25%。雖然這種調(diào)光方法簡(jiǎn)單易行，而且在低端顯示器中運(yùn)行良好，但是模擬調(diào)光的缺點(diǎn)就是LED的顏色隨著正向電流的變化而變化。圖1顯示了一只實(shí)際應(yīng)用中的綠光LED，其色彩隨著正向電流變化而變化。LED的最高亮度設(shè)定在電流為20mA時(shí)，當(dāng)模擬調(diào)光調(diào)至最高亮度的25%時(shí)，色譜將從525nm變?yōu)?31nm。然而，對(duì)于需要顏色逼真顯示的顯示器而言，這種顏色變化將無(wú)法滿足我們要求。

　　圖 1 通過(guò)模擬調(diào)光實(shí)現(xiàn)的色彩變化

　　通過(guò)在0%和100%之間調(diào)整LED的正向電流，PWM調(diào)光可降低亮度水平。LED的亮度可通過(guò)調(diào)整開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間的相對(duì)比例進(jìn)行控制。在每一個(gè)周期的25%，以最大電流運(yùn)行LED，即可實(shí)現(xiàn)25%的亮度水平。圖2顯示了當(dāng)20mA LED的亮度調(diào)至最大亮度的25%時(shí)，模擬調(diào)光和 PWM 調(diào)光之間的比較情況。再者，為了避免用戶看到LED的開關(guān)情況，其切換速度必須大于100Hz。當(dāng)超過(guò)100Hz時(shí)，人眼就將LED的開啟和關(guān)閉時(shí)間平均化，所以肉眼只能看見與LED閉合時(shí)間占空比成正比的有效亮度。PWM調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)就是正向電流總是恒定的，因此，LED的色彩不會(huì)像模擬調(diào)光那樣隨著亮度的變化而變化。另外，在維持色彩純度的同時(shí)，脈沖調(diào)節(jié)電流具有準(zhǔn)確的亮度控制特性。

　　圖 2 模擬調(diào)光與PWM調(diào)光的對(duì)比