中心議題：

• 像點修正技術解決LED亮度差異問題

解決方案：

• 動態亮度調整
• 個別控製每一顆LED的亮度

發光二極管（LED）在各種終端設備的廣泛應用早已讓許多人跌破眼鏡：從汽車頭燈、交通號誌
、文數字顯示器
、廣告看板

、與大型顯示器等現有技術


，到一般大樓照明設備以及液晶顯示器背光源等其它應用

，日益盛行的LED光源使得最普遍的產品也要隨之重新設計。隨著效率和亮度不斷增加以及成本持續下降，LED終將取代傳統光源成為消費性應用的主要照明來源。本文將針對液晶顯示器的LED背光源與其它大型顯示器的光源技術進行比較
，藉以說明LED應用設計所需麵對的挑戰。

像點修正技術解決LED亮度差異問題

體育館或廣告用的大型看板通常包含數十組顯示麵板與數千顆LED。在每塊顯示區內

，每顆LED（又稱為像素）所發出的亮度差異也會很大；通常最亮和最暗的LED相差可達15%至20%以上，這使廠商必須持續解決品質和管理等困難問題。雖然所有LED應(ying)用(yong)都(dou)會(hui)遇(yu)到(dao)這(zhe)類(lei)問(wen)題(ti)，但(dan)在(zai)動(dong)態(tai)視(shi)頻(pin)顯(xian)示(shi)等(deng)需(xu)要(yao)均(jun)勻(yun)亮(liang)度(du)的(de)高(gao)品(pin)質(zhi)應(ying)用(yong)上(shang)卻(que)顯(xian)得(de)特(te)別(bie)嚴(yan)重(zhong)。製(zhi)造(zao)商(shang)大(da)都(dou)采(cai)取(qu)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)來(lai)彌(mi)補(bu)亮(liang)度(du)差(cha)異(yi)，一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)是(shi)向(xiang)供(gong)應(ying)商(shang)購(gou)買(mai)亮(liang)度(du)相(xiang)近(jin)的(de)LED；另一種方法則是采用內含「像點修正（dotcorrection）」能的高品質LED驅動元件。

亮度相近的LED有許多優點
，其價格通常也較高。供應商會先測量LED在特定電流下的亮度，然後把亮度相近的紅光、綠光和藍光LED組合在一起。這種方法可在最不影響設計的情形下為低階照明係統提供均勻亮度；其缺點則是每顆LED的(de)亮(liang)度(du)耗(hao)損(sun)速(su)度(du)都(dou)不(bu)同(tong)，因(yin)此(ci)經(jing)過(guo)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)後(hou)亮(liang)度(du)又(you)會(hui)變(bian)得(de)不(bu)均(jun)勻(yun)。這(zhe)項(xiang)缺(que)陷(xian)使(shi)它(ta)僅(jin)能(neng)做(zuo)為(wei)短(duan)期(qi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，否(fou)則(ze)經(jing)過(guo)一(yi)兩(liang)年(nian)後(hou)

，畫(hua)麵(mian)又(you)會(hui)變(bian)成(cheng)一(yi)塊(kuai)一(yi)塊(kuai)。除(chu)此(ci)之(zhi)外(wai)，若(ruo)麵(mian)板(ban)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)而(er)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)，新(xin)麵(mian)板(ban)與(yu)原(yuan)有(you)麵(mian)板(ban)的(de)亮(liang)度(du)也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)極(ji)大(da)差(cha)異(yi)。

高階顯示器係統對於亮度匹配的要求更為嚴苛
，單靠采用亮度相近的LED並無法滿足這類應用的要求。因此為了讓像素和麵板在顯示器壽命週期內都能維持均勻亮度，製造商會選用內建像點修正功能的先進LED驅動元件。像點修正是藉由調整個別LED電流來管理像素亮點的一種方法：處理器隻需控製送到整塊LED顯示區的總電流，再由LED驅動元件調整個別LED電流來產生均勻亮度；這表示處理器可將其運算效能用於其它工作，而不需為了均勻亮度而查詢表格或在每個更新週期針對每顆LED進行複雜的乘法運算。

為了提供像點修正功能

，製造商會透過畫麵擷取測量每顆LED的亮度，再將係統最暗的LED指定為基準LED，然後將其它像素的亮度調整成和基準LED相同；調整方式則是根據LED輸出亮度將每個像素的電流減少一定比例。德州儀器（TI）的TLC5940或其它類似元件都會將每顆LED的像點修正值儲存在晶片內建的EEPROMjiyiti，huoshizaimeigegengxin週qidangzhongzuodongtaixiugai。zhezhongshuangzhongxiangdianxiuzhengfangshihenyoudanxing
，tajinengzaiwaijiezhaomingtiaojiangaibianshigengxinzhenggemianbandeliangdu，younengtigongchangqibaocunxiangdianxiuzhengzixunyiquebaomianbanliangdujunyun。zhiyaoxiangsuliangdusuishijianchuxianbianhua
，huoshimianbanyinweiguzhangerxuyaotiaozhenghegenghuan，gongchengrenyuansuishidounenggengxinEEPROM資料。我們將用下列例子來說明這種做法。

實際操作案例

為簡單起見，此處隻考慮同一種顏色的16顆LED，它們來自於多組麵板和數千顆LED所組成的大型顯示係統。我們假設綠色像素的綠光LED必須發出80毫燭光才能達到麵板對於綠色像素的亮度要求。設計人員選擇的LED則為OsramLPE675，它在50mA標準電流下的亮度可分為45-56、56-71、71-90以及90-112毫燭光等四個等級
；這表示隻要選擇亮度最高的一組LED，就能確保每顆亮度至少能達到80毫燭光。

TLC5940之類的元件最多能驅動16顆LED，每顆元件隻需要一顆電阻來設定最大電流值。選擇此電阻時應確保其設定之電流足以讓最暗的LED發出80毫燭光，LPE675元件資料表顯示它需要43mA的驅動電流才能發出80毫燭光。設計人員可在安裝時先測量LED在43mA滿電流時所發出的亮度
，然後產生類似圖1的亮度直方圖。圖中第一排資料是以mA為單位的LED電流值，第二排則是以毫燭光為單位的LED亮度值。從圖中可看出LED亮度在未采用像點修正功能時最多相差±10%，這種差異程度是高階顯示器無法接受的。驅動元件可以根據直方圖所示資料個別調整、或是「像素修正」每顆LED的電流
，使它們最後得以產生均勻亮度
；例如它必須將滿電流下的LED1亮度從83毫燭光調整至80毫燭光。TLC5940提供6位元（64階）像點修正功能，其中每一階都相當於滿刻度的1.56%。

下列公式可用來計算每顆LED的像點修正值：

其中DCproduction是產品製造時所使用的像點修正值，Lbaseline是所要求的亮度，Linitial則是最大電流下所產生的亮度量測值。

圖1：像點修正前的LED亮度和順向電流直方圖
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其中DCproduction是產品製造時所使用的像點修正值，Lbaseline是所要求的亮度，Linitial則是最大電流下所產生的亮度量測值。

計算和儲存每顆LED的像點修正資料後

，再將LED驅動元件設定為最大電流，以便單獨調整每顆LED的電流，如圖2的直方圖所示。隻要將像點修正資料存入TLC5940晶片內建的EEPROM記憶體，係統就能在每次開機時取出這些像點修正資料

，直到下一次重新校準為止。

圖2：像點修正後的LED亮度和順向電流直方圖


動態亮度調整成為LED背光源TV必備功能

廣告看板
、或大型顯示器等室內/室外工業用顯示器隻需「靜態」調整就已足夠（校準值維持固定不變，直到工程人員重新調整這些校準值為止)；此ci時shi麵mian板ban亮liang度du的de調tiao整zheng會hui與yu係xi統tong例li行xing維wei護hu作zuo業ye一yi起qi進jin行xing。然ran而er新xin出chu現xian的de各ge種zhong市shi場chang應ying用yong卻que需xu要yao更geng先xian進jin的de調tiao整zheng方fang法fa，尤you其qi當dang這zhe項xiang技ji術shu逐zhu漸jian融rong入ru消xiao費fei性xing產chan品pin和he家jia庭ting生sheng活huo後hou
，設she計ji人ren員yuan必bi須xu針zhen對duiLED亮度隨時間而改變的現象進行控製和調整。

雖然這個轉變過程仍在起步階段，其所需的技術卻已經存在。新力（40吋Qualia005）以及三星（46吋LNR460D）都已推出采用LED背光源的液晶電視；但它們並非我們想像般使用白光LED，而是將紅光、藍光和綠光LED組合在一起並進行控製，以產生亮度可調整的白色光源。LED背光源有許多勝過傳統燈泡的優點，像是電源效率更高
、移動畫麵殘影更少、色譜範圍更廣（某些場合大於105%NTSC)
、壽命更長、以及色溫可調整等
；其畫質更是傳統光源無法比擬。

另一方麵，採用LED背光源的電視工程師不僅會麵臨傳統麵板製造商所遇到的亮度差異困擾，更會遇到溫度帶來的挑戰；這是因為LED亮(liang)度(du)隨(sui)溫(wen)度(du)改(gai)變(bian)的(de)特(te)性(xing)會(hui)對(dui)電(dian)視(shi)背(bei)光(guang)應(ying)用(yong)造(zao)成(cheng)極(ji)大(da)影(ying)響(xiang)。另(ling)外(wai)，這(zhe)類(lei)電(dian)視(shi)若(ruo)要(yao)提(ti)供(gong)最(zui)佳(jia)畫(hua)質(zhi)，就(jiu)必(bi)須(xu)針(zhen)對(dui)消(xiao)費(fei)者(zhe)家(jia)裏(li)不(bu)斷(duan)變(bian)動(dong)的(de)照(zhao)明(ming)狀(zhuang)況(kuang)調(tiao)整(zheng)背(bei)光(guang)源(yuan)的(de)各(ge)項(xiang)屬(shu)性(xing)。這(zhe)些(xie)技(ji)術(shu)考(kao)量(liang)，加(jia)上(shang)電(dian)視(shi)是(shi)一(yi)種(zhong)消(xiao)費(fei)應(ying)用(yong)的(de)事(shi)實(shi)

，讓(rang)動(dong)態(tai)亮(liang)度(du)調(tiao)整(zheng)成(cheng)為(wei)LED背光源不可或缺的功能。

要提供這類動態控製回路，電視內部必須安裝感測器來測量LED溫(wen)度(du)和(he)亮(liang)度(du)變(bian)動(dong)
，外(wai)部(bu)也(ye)要(yao)用(yong)感(gan)測(ce)器(qi)測(ce)量(liang)電(dian)視(shi)周(zhou)圍(wei)的(de)亮(liang)度(du)。最(zui)基(ji)本(ben)的(de)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)會(hui)利(li)用(yong)感(gan)測(ce)器(qi)搜(sou)集(ji)這(zhe)些(xie)資(zi)料(liao)，再(zai)將(jiang)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)送(song)給(gei)處(chu)理(li)器(qi)
，處(chu)理(li)器(qi)就(jiu)會(hui)評(ping)估(gu)這(zhe)些(xie)資(zi)料(liao)，並(bing)且(qie)指(zhi)揮(hui)TLC5940之類的LED驅動元件進行調整。處理器會根據工廠設定的原始像點修正資料和新搜集的動態資料來產生新的像點修正值。

在前麵的例子裏
，若環境光源感測器發現周圍亮度很低，使LED隻需達到最大亮度的七成或56毫燭光就已足夠，處理器就會計算出新的「環境光源」像點修正值為44.8。在這同時，如果溫度上升導致LED亮度輸出減少一成
，處理器則會計算出「溫度」像點修正值為71.1。綜合這三個像點修正值即可計算出新的像點修正資料，以補償這三種亮度變異所造成的誤差：


如上所示，將像點修正總值設為48即可產生我們所需的56毫燭光亮度。由於受到溫度升高造成LED亮度減少的影響，此計算過程已將初始電流設為產品製造過程時所使用電流的90%。


從以上分析可知
，唯有能夠提供和結合靜態與動態像點修正方法的先進LED驅動元件
，才能針對消費者觀賞環境提供最理想的照明解決方案。

走向智能型電視背光源

新力和三星的原型設計都是將LED串聯以減少所需控製的LED數量，但要真正提供全動態的背光照明控製
，我們仍須個別控製每一顆LED的亮度。為達到此目標，LED供應商正在發展新技術以提供更有彈性的LED連接方式。

智能型電視背光源是推動家庭娛樂轉型的另一項重要創新技術。初期產品的傑出表現更證明了在LED技術協助下，顯示器畫質會在未來幾年內達到過去無法想像的境界，進而為消費者帶來無比震撼的視覺饗宴。