光学设计中RGB及白光LED浅析

不同背光照明源的取舍

用来为显示器提供背光照明的冷阴极荧光灯(CCFL)具有有限的色谱，而且色彩不够鲜明。RGB LED 实际上扩展了可见光范围。另外，在美国国家电视系统委员会(NTSC)定义的颜色中，CCFL 能显示出约 80%，而 RGB 则可显示出的 NTSC 色谱多达 110%，因此在显示屏上能更准确显示图像的原貌。采用 3 个单色光源，如红色、绿色和蓝色(RGB)激光，将获得可能实现的最广色谱。

另一方面，白光 LED 背光照明非常适用于掌上型和行动显示器，因为白光 LED 外形尺寸小、简单易驱动、对机械应力不那么敏感、且与 CCFL 比较时，预期寿命长两倍。不过，白光 LED 在色谱方面与 CCFL 有同样的缺点，因为白光 LED 等于宽带光源。白光 LED 是蓝光二极管覆盖荧光粉形成的，它把部分蓝光转变成黄光，组合形成的光谱被视作白光。

与单色光源相比，RGB LED 以较低的成本提供了接近窄频的色谱。RGB LED 不仅改善了色谱，而且还提高了效率，因为 RGB LED 只按照所需要的红光、绿光和蓝光发射光能。相对而言，宽带光源 (如白光 LED 和 CCFL) 发出了较多不需要颜色的光，其降低了色谱的纯度，因此降低了效率。既然不同颜色的 RGB LED 可以单独驱动，那么 RGB LED 的白光点或色温就可以校正，而 CCFL 和白光 LED 的白光点都是固定的。

RGB 与白光LED 的成本比较

选择 RGB 或白光 LED 作为背光照明源，可能都满足特定的最终产品需求。但　是由于 RGB LED 较宽的色谱能使画质提升至最高，因此使用 RGB LED 而舍白光 LED 是有道理的因为消费者在决定购买哪种型号的 LCD TV 时，可能会因为色彩鲜明而愿意多付钱。不过，使用 RGB LED 时，方案尺寸更大、更复杂且更加昂贵。然而，如果在采用较宽色谱却不允许产品提高价格的应用中，透过白光 LED 解决方案作为背光照明源则是一种可接受的选择。

调光考虑

传统上，LED 调光是以 DC 信号或滤波 PWM 信号调节流经 LED 的顺向电流来达成的。降低 LED 电流可调节 LED 光输出密度。不过，顺向电流的变化会导致 LED 发光颜色的变化，因为 LED 的色度随电流而变。汽车和 LCD TV 背光照明等多种应用不容许 LED 的发光颜色有任何偏差。由于周围环境光线变化不同以及人类肉眼能够感知光强的微小变化，因此在这些应用中需要宽调光范围。用 PWM 信号控制 LED 的光强，可以不改变发光颜色而实现 LED 调光。

“True Color PWMTM 调光”通过 PWM 信号调节 LED 亮度。它实质上是以 PWM 频率用满电流接通和断开 LED。请参见图 1。人类肉眼的限制为每秒 60 个信框。通过提高 PWM 频率 (例如提高到 80Hz ～ 100Hz) ，人眼就感觉脉冲光源是连续接通的。另外，通过调变工作周期(“接通时间”的长度)，可以控制 LED 的光强。采用这种方法时，LED 的发光颜色保持不变，因为 LED 的电流值或者为零，或者为恒定值。很多 LCD TV 设计者都要求高达3,000:1的调光比，以适应环境光线的宽范围变化。