數(shù)碼相機TFT-LCD的背光及亮度調(diào)整方式設(shè)計

TFT-LCD液晶面板主要是由兩塊無鈉玻璃夾著一個由偏光板、液晶層和彩色濾光片構(gòu)成的夾層所組成。偏光板、彩色濾光片決定了有多少光可以通過以及生成何種顏色的光線。TFT-LCD液晶顯示器的缺點在于亮度、畫面均勻度、可視角度和反應(yīng)時間上與CRT顯示器有比較明顯的差距。其中反應(yīng)時間和可視角度均取決于液晶面板的質(zhì)量，畫面均勻度和輔助光學(xué)模塊有很大關(guān)系。而液晶顯示器的亮度主要取決于背光光源。 

TFT-LCD的兩種背光方式早期采用高壓驅(qū)動氖管作為數(shù)碼相機的背光光源，因為高壓氖管的背光驅(qū)動線路復(fù)雜,要求驅(qū)動電壓高,背光不均勻,已逐步淘汰。因此，高亮度發(fā)光二極管(LED)取代高壓氖管成為TFT-LCD背光驅(qū)動的主流。半導(dǎo)體LED，尤其是氮化物白光發(fā)光二極管，具有如下優(yōu)點_體積小、電壓低、壽命長、回應(yīng)快、無頻閃、耗能少、發(fā)熱少等，正逐漸成為新一代綠色、節(jié)能、環(huán)保、長壽命全固體照明光源。TFT-LCD液晶背光源現(xiàn)已幾乎全部使用LED背光光源。 

背光LED的電流驅(qū)動TFT-LCD背光亮度調(diào)整及驅(qū)動的兩種方法：背光電流驅(qū)動電路，如圖1所示。 



圖1 背光電流驅(qū)動電路說明：  

（1）VD：TFT-LCD背光工作直流電源，大小依LCD廠商提供的規(guī)格設(shè)計。 

（2）三極管Q1，Q2組成一個恒流源電路，Q1 Q2 工作在放大狀態(tài)，當(dāng)Q2工作時，調(diào)節(jié)B極電阻R22使Q2的C極電流達(dá)到額定電流值。因為LED發(fā)光二極管，導(dǎo)通后內(nèi)阻會變小，電流會逐漸增大，增加Q1 目的是分流Q2的B極電流，調(diào)節(jié)反饋電阻R20就可以控制流過背光發(fā)光二極管的電流并通過Q1 使電流達(dá)到穩(wěn)定。 

（3）LCD_BL是CPU 控制信號,此信號為方波, 信號頻率是固定的,例如7.5KHz。通過軟件調(diào)節(jié)改變信號占空比,控制Q2 導(dǎo)通時間,可控制單位時間內(nèi)流過發(fā)光二極管的電流,改變TFT-LCD的亮度。 

(4) TFT-LCD亮度設(shè)定一個默認(rèn)值0,將亮度分為7~11 個等級,即-5/-4/-3/-2/-1/0/1/2/3/4/5，如廠商提供的LCD背光電流標(biāo)稱值為20mA,則意味調(diào)整背光電流最好不要超過此值太多,否則對背光LED壽命有影響。由于背光LED單體差異,當(dāng)工作電流小于標(biāo)稱值時,LED的發(fā)光亮度差異比較大。下表數(shù)據(jù)為某相機使用以上電路作為TFT-LCD 背光亮度調(diào)整對,對同一款TFT-LCD測試獲得的數(shù)據(jù)。 

LCD背光測試資料 

LCD亮度等級-5 0 5 

電流電壓電流電壓電流電壓 

1 # 4mA 13.5V 4mA 13.5V 15mA 13.5V 

2 # 4mA 13.5V 4mA 13.5V 16mA 13.5V 

3 # 4mA 13.5V 15mA 13.5V 19mA 13.5V 

4 # 5mA 13.5V 17mA 13.5V 21mA 13.5V 

備注_亮度等級_-5, LCD_BL duty=30%0 default ,LCD_BL duty=60%-5, LCD_BL duty=95%從以上測試結(jié)果資料發(fā)現(xiàn),在default 0 時,1#和2#級LCD亮度是低于亮度要求標(biāo)準(zhǔn),(亮度標(biāo)準(zhǔn)不小于250 cd/m2,表中只列出背光電流值,沒有列出測試的亮度數(shù)值)并且工作電流遠(yuǎn)小于規(guī)格要求。 

(5)相機背光亮度軟件設(shè)定的default 0,采用輸出占空比為60%~70%,在此默認(rèn)值情況下調(diào)節(jié)電路,使背光電流恒定在廠商要求的規(guī)格（如20mA）可以確保TFT-LCD亮度值比較穩(wěn)定。 

以上電路雖然線路簡單,軟件調(diào)整方便,但實際效果不理想, 因為背光LED差異,很難確保TFT-LCD亮度控制的一致性。新一代相機都使用恒流源背光,用軟件調(diào)整信號幅度來實現(xiàn)亮度調(diào)整。 

背光恒流驅(qū)動電路，如圖2所示。 



圖2 背光恒流源驅(qū)動電路MAXIM公司  

MAX1567 是許多數(shù)碼相機使用的一款電源芯片，它內(nèi)部集成有六個通道,可提供六路電源給相機使用,軟啟動電路也集成在IC內(nèi)部,確保在開機時不會出現(xiàn)大電流。其中MAIN、SET-UP、SET-DOWN三個通道的MOSFET都集成在IC內(nèi)部，為PCB設(shè)計小型化提供了方便,DL1~DL3三個通道根據(jù)設(shè)計者的要求可做為升壓型或降壓型電路使用，其中DL3通道又可做為一個背光恒流源通道使用。以TOPPLY公司的TP018A LED為例，規(guī)格要求背光電壓為10.5V,電流為20mA,所以電路設(shè)計選用升壓型電路,為確保電池在低電壓狀態(tài)下能夠比較容易開機，電感L計算后選取3.3uH,使升壓型電路工作在非連續(xù)模式。 

說明：(1)升壓電路輸出電壓調(diào)節(jié):電阻R1, R2 串聯(lián)到地,R2 上的分壓反饋給ICPIN1腳,此腳內(nèi)部OFFSET電壓為1.25V,要求電流小于100nA,電阻R1和R2計算如下： 

VOUT=10.5V, 

ILEAKCURRENT= VOUT/R1<100nA, 則R1>105ＭΩ,選取R1=110ＭΩ 

由VFBH=VOUT*R2/(R1+R2)=1.25，計求得R2=14.8ＭΩ， 

(2)電流反饋回路電阻選取: TP018A LED背光電流為20mA,PIN39為電流反饋端,內(nèi)部OFFSET電壓為0.2V,輸入阻抗非常大,電阻R接近于串聯(lián)在背光LED電路中,可得出R=10Ω。 

(3)恒流調(diào)節(jié)過程:當(dāng)FB3L腳OFFSET電壓為0.2V時,說明背光電流達(dá)到規(guī)定值20mA,當(dāng)PIN39引腳反饋電壓小于0.2V時,即背光電流未到規(guī)定值,則升壓電路控制端PIN35 輸出的控制信號占空比增大,使輸出電路電壓升高,從而提高驅(qū)動電流,達(dá)到恒流設(shè)計的20mA為止。 

(4) 在設(shè)計測試過程中發(fā)現(xiàn),因TFT-LCD單體差異,即使背光電源達(dá)到規(guī)定要求的10.5V,電流也未必達(dá)到20mA,所以亮度會有差異。解決的辦法是升壓電路輸出電壓設(shè)計值要比規(guī)定要求的10.5V高一些,根據(jù)測試調(diào)節(jié)值分析,比規(guī)定值高出2~3V比較合適。依VOUT=13.5V設(shè)計,求得R1=140ＭΩ,R2=14.2ＭΩ。從而確保TFT-LCD背光亮度的一致性,此設(shè)計通過生產(chǎn)驗證達(dá)到設(shè)計目的。 

(5)TFT-LCD輸入信號一般有模擬及數(shù)字兩種方式,對于模擬輸入信號,通過軟件調(diào)節(jié)R,G,B三基色信號的幅值,并由示波器測量可達(dá)到控制亮度的目的。具體軟件調(diào)節(jié)方式的軟件程序在此不詳細(xì)列出。 

結(jié)語

通過以上TFT-LCD背光亮度調(diào)整及驅(qū)動兩種方式的分析, 第二種TFT-LCD背光恒流電路及軟件亮度調(diào)整是一種比較理想的方式,在數(shù)碼相機應(yīng)用中得到了驗證,是一款比較合理的解決方案。