专利名称：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，ν' = 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Tw固定，设定为10 μ S，三色LED灯调光信号的高电平持续时间Tp TG, Tb都小于等于TON。调频时基波形的最高频率为fmax = 1/T0N = IOOk(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TQ、TG, Tb 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8 μ s ；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士 100K，色坐标 u' =0.198，ν' = 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 lOOOcd/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°C，温度升高近50°C;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10μ S，在实际情况下 不超过9 μ s ；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。
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。
具体实施例方式参见图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, ν' = 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Tw固定，设定为10 μ s，三色LED灯调光信号的高电平持续时间Tp TG, Tb都小于
等于Ton。调频时基波形的最高频率为fmax = 1/T0N = IOOk(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TQ、TG, Tb 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8 μ s ；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士 100K，色坐标 u' =0.198，ν' = 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 lOOOcd/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°C，温度升高近50°C;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10μ S，在实际情况下 不超过9 μ s ；其次按照上述方法分别调整绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度。
权利要求
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。
2.一种彩色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，ν' = 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Ton固定，设定为10 μ s，三色LED灯调光信号的高电平持续时间Tp TG, Tb都小于等于 TON。调频时基波形的最高频率为fmax = 1/T0N = IOOk(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TQ、TG,Tb 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8 μ s ；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士 100K，色坐标 U' =0.198，ν' = 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 l000cd/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°C，温度升高近50°C ；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10μ s，在实际情况下不超过9 μ s ；其次按照上述方法分别调整绿色LED灯和蓝色LED灯的亮度。
全文摘要
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。
文档编号H05B37/02GK101996587SQ20101053358
公开日2011年3月30日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者刘波, 章小兵, 陈召全 申请人:中航华东光电有限公司