TLC5940 PWM調光功能為LED視頻顯示器提供了卓越的色彩品質(07-100)

　　我們曾寫過一篇文章探討過一種稱為單點矯正的設計技術。該技術用于校準大型顯示器上的各個獨立像素。各個獨立像素一經校準或單點矯正，都能達到與設定值一致的亮度水平。這種技術可以校準LED陣列中各LED輸出的模擬電流。如果說單點矯正因為能夠彌補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整只能算是在高端LED顯示器開發方面邁出了第一步。為此，本文介紹了一種稱為脈沖寬度調制(PWM)調光的技術，這種技術用于在確保卓越的色彩質量的同時，調整LED的亮度。該技術也稱為PWM灰度。

　　低端的顯示器通常只需單色的LED，具體的應用包括簡單的體育記分牌、單線滾動顯示屏以及交通道路標志牌。新興的市場需要高質量的、能夠以數百萬種顏色全動態顯示畫面的視頻顯示器。這些應用涵蓋了正在不斷發展的廣告市場，具體包括便利店、商場、加油站和體育場。然而，LED的新興市場需求主要來自DLP和LCD電視。色彩能否在這些電視機中準確再現，取決于背光中所能提供的色彩。因此，正確控制紅、綠和藍色(RGB) LED能產生高于電視廣播NTSC色域的色譜。相比較而言，冷陰極燈管(CCFL)背光只能產生85%的NTSC色譜。

　　這些顯示器需要配置高級且能夠提供多種亮度等級的LED驅動器。顯示器所能顯示的顏色數量與各個RGB LED(其組成整個顯示器中的單個像素)中現有的亮度等級數量成正比。顯示器廠商之間的競爭正促使設計人員瞄準高端的LED驅動器，這種驅動器配置集成了PWM功能，具有數千種亮度等級。然而，這些亮度等級強化了色差(shading)，改善了視頻質量。TLC5940正是基于這些要求而專門設計的。

　　高質量、全色視頻需要配置介于0%和100%之間的亮度等級，這種亮度等級多達數百或數千種之多。較早的 LED 驅動器采用模擬調光來提供這些亮度等級。模擬調光通過改變LED的正向電流來改變亮度。例如，如果當正向電流為20mA時，LED的亮度就達到最高，那么在LED輸入5mA的正向電流，就可以達到最高亮度的25%。雖然這種調光方法簡單易行，而且在低端顯示器中運行良好，但是模擬調光的缺點就是LED的顏色隨著正向電流的變化而變化。圖1顯示了一只實際應用中的綠光LED，其色彩隨著正向電流變化而變化。LED的最高亮度設定在電流為20mA時，當模擬調光調至最高亮度的25%時，色譜將從525nm變為531nm。然而，對于需要顏色逼真顯示的顯示器而言，這種顏色變化將無法滿足我們要求。

　　圖 1 通過模擬調光實現的色彩變化

　　通過在0%和100%之間調整LED的正向電流，PWM調光可降低亮度水平。LED的亮度可通過調整開啟時間和關閉時間的相對比例進行控制。在每一個周期的25%，以最大電流運行LED，即可實現25%的亮度水平。圖2顯示了當20mA LED的亮度調至最大亮度的25%時，模擬調光和 PWM 調光之間的比較情況。再者，為了避免用戶看到LED的開關情況，其切換速度必須大于100Hz。當超過100Hz時，人眼就將LED的開啟和關閉時間平均化，所以肉眼只能看見與LED閉合時間占空比成正比的有效亮度。PWM調光的優點就是正向電流總是恒定的，因此，LED的色彩不會像模擬調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，脈沖調節電流具有準確的亮度控制特性。

　　圖 2 模擬調光與PWM調光的對比