A technique of implementing wide color gamut based on RG
B backlight
周 明，高 伟，温 存 （康佳集团股份有限公司，深圳 518053）
摘 要：域为衡量显示器彩再现能力的物理量，通常显示器的域越广，所能显示的颜范围越广。本文主要介绍了一种使用红绿蓝三种原晶片的灯珠作为背光，实现广域的方法。由于灯珠的白光由红绿蓝三种晶片发出的单光混合而成，因此半峰宽非常窄，通过液晶玻璃后可以达到很高的域。 关键词：液晶显示器；广域；三原
0 引言
随着液晶显示器的推广及液晶背光模组技术的快速发展，液晶显示器的市场需求，不仅体现在智能化、薄形化、大屏幕化，而且体现在液晶显示最核心的显示效果上。显示效果包括亮度，可视角，彩还原能力等。域作为衡量彩再现能力的物理量，不少厂家都推出了广域液晶显示器。本文重点介绍的是使用RGB三原灯珠作为背光的方法（以下简称RGB三原背光）。
1 广域实现原理
域通常用%NTSC表示，它是显示器原与NTSC 所定义的三原在CIE 193l度图上所围成的三角形面积之比，一般当数字大于80%时可称为广域；
液晶显示器构造中影响域的关键因素是背光源和CF。CF实际由R、G、B三种滤光片组成，不同波段的光线有不同的通过率，只有与滤光片光谱相近的光源才能更好地透过滤光片，因此为实现广域，需要构成背光源的RGB三峰值接近CF的RGB三峰值，同时，白光的RGB三半波宽需越窄越佳。
目前实现广域使用最多的两种方法是：
①使用新红粉LED：较多采用绿粉为β-SiAlON，红粉为氟化物，峰值波长固定（630 nm），半波宽窄 （＜30 nm）[1]，一般域达到的80%~90%；
②蓝光LED加量子点：较多采用蓝光LED激发红绿量子点材料，发出的红光、绿光与LED自身的蓝光复合产生白光。激发的红光和绿光半峰宽非常窄（一般可达(25~30) nm），一般域达到100%。
2 RGB三原背光技术特点
２．１ ＲＧＢ三原背光工作方式
RGB三原背光技术是本文重点介绍的一种实现高域的方法，其主要结构包括使用了三种晶片的LED 灯珠、灯条PCB，透镜、普通光学膜材、液晶面板等。
LED是由R(红）G(绿）B(蓝）三颗芯片封装到同一个EMC支架上，分别由不同电流单独控制，可以单独发出红，绿,
蓝三种单光；
图１ ＲＧＢ ＬＥＤ封装示意图
图２ ＲＧＢ背光驱动示意图
设计应用道路检测
esign & Application
D
图３ ＲＧＢ背光架构示意图
红绿蓝三种颜的光经透镜、光学膜材后混合成白光面光源；为了得到混均匀的白面光源，三种晶片在LED 内部成品字型排布，灯珠与灯珠间三种晶片同样成品字型排布，同时需要搭配效果匹配的透镜。
由于RGB 灯珠的三种颜的光分别由红绿蓝三种晶片发出，半峰宽非常窄，混成白光通过CF 后可以达到很高的域。
２．２ ＲＧＢ三原晶片选择
当液晶面板及光学架构固定时，液晶显示器的基础红、绿和蓝坐标分别由LED 中的红绿蓝晶片
波段决定；为了得到更广的域和最佳的纯场坐标点，LED 三种晶片需要选择与液晶玻璃滤光片对应的特定波段；为了保证三种晶片发出的红绿蓝光混成均匀的白光，各晶片电压档、亮度档和块分布，均需要按需求提前设定在尽可能小的范围内。考虑到蓝光对人体的伤害，蓝光晶片选择时可选择靠近460 nm 左右的护眼蓝光波段，远离450 nm 左右对人体较高伤害的波段。
２．３ ＲＧＢ三原背光电流确定
LED 的RGB 三种晶片的最大额定电流不同，使用时不能超过晶片的最大额定电流；
LED 的RGB 三种晶片需要不同的电流单独控制，比例不同时，得到的液晶显示器白场（基础白）的坐标和亮度不同。如想增大白场坐标X 值可适当提高红光
电流的大小，如想增大白场坐标Y 值可适当提高绿光电流的大小。考虑白背光中绿光占比大，如想提高亮度，可适当提高绿光电流的占比。
２．４ ＲＧＢ三原背光域
按给定的白场坐标调整好RGB 三种颜的电流
后，经测试得到红绿蓝纯场画面下的坐标值，按NTSC 规定的标准和方法测试出域范围，域达到112.9%NTSC
。
图４ ＲＧＢ背光域
２．５ ＲＧＢ各晶片老化一致性
RGB 三原背光LED 使用了三种不同的晶片，并在不同的电流下工作，如果三种晶片的衰减速度相差太多或某一种晶片寿命不合格时，会影响到混合成的白光的效果，因此有必要测试三种晶片的衰减速率和寿命的一致性；
如表1为45 ℃环境温度下RGB 三原LED 老化1 200 h 后光通量及坐标数据。其中编号LB1 R 150代表红光灯条，工作电流为150 mA ；LB2 G 150代表绿光灯条，工作电流为150 mA ；LB3 B 120代表红光灯
表１ ＲＧＢ 晶片衰减
老化时长/h
编号Φ/l m x y 编号Φ/l m x y 编号Φ/l m x y 0LB1 R 150114.940.701 50.298 4LB2 G 150288.980.162 20.717 5LB3 B 12041.2110.150 70.032 7240LB1 R 150115.470.701 50.298 4
LB2 G 150288.690.162 40.717 7LB3 B 12042.2040.150 50.032 5480LB1 R 150114.780.701 70.298 3LB2 G 150290.08 0.1630.717 4LB3 B 12042.0910.150 50.032 6720LB1 R 150113.020.702 20.297 8LB2 G 150287.990.162 10.718 8LB3 B 12041.4650.150 50.032 6960LB1 R 150112.4 0.701 60.298 3LB2 G 150282.870.163 30.717LB3 B 12041.5270.150 40.032 81 200LB1 R 150
112.370.701 50.298 3LB2 G 150
281.450.162 70.717 4LB3 B 120
41.0430.150 50.032 8衰减率/%/ 2.240.000.03/2.61-0.310.01/0.410.13-0.31
条，工作电流为120 mA；温度和电流的设定是为了加速老化实验进程。每隔240 h后测量各晶片的光通量Φ(单位l m)及坐标数据x和y值。
由表可知：三种晶片的光通量衰减大致趋势相同，1 200 h后红绿蓝衰减率分别为2.24%、2.61%和0.41%，衰减率大致相同；三种颜坐标衰减率最大为-0.31%，三种晶片的坐标变化量均较小；总体来看RGB灯珠的三种晶片长时间工作时均能保持相对稳定的状态，同时混合成的白光也能保持在相对稳定的状态。
２．６ ＲＧＢ各晶片寿命
根据阿伦尼乌斯（Arrhenius）模型，LED器件衰减是随工作时间t变化，可表示成指数关系[2]：Φ(t)= exp(-λt)，其中，光衰减常数λ=Aexp[-Ea/(k×T)]因此，Φ(t)=exp(-λt)=exp{-A×t×exp[-Ea/(k×T)]}上述公式中，Φ(t)为某一温度下的加电工作时间t 后的亮度；A为常数；Ea为激活能，单位eV；K为波耳兹曼常数（K=8.617×10-5 eV/°K）；T为LED结温，单位为°K（°K=℃+273）。在已知两组数据（LED结温T1时光衰常数λ1，LED结温T2时光衰常数λ2）的前提下，可得：
λ2=λ1exp[(Ea/K)×(1/T1-1/T1)]
Ea/k=[ln(-t2×lnΦ1)-ln(-t1×lnΦ2)]/(1/T2-1/T1)
A=-(ln Φ1)/{t1×exp[-Ea/(k×T1)]}
寿命 L(p)=-ln(p/100)/{A×exp[-Ea/(k×T)]}
通常将LED亮度衰减到初试亮度的50%时定义为失效，则p/100=50/100，若老化1 200 h时老化光衰n%，则亮度衰减50%时寿命方程:
t=1 200×ln0.5/ln(1-n%）；
由表4老化1 200 h各晶片亮度衰减数据我们可以计算出：
红光寿命(B1)=36 715 h
清洗喷嘴
绿光寿命(B1)=31 451 h
蓝光寿命(B1)=202 456 h
根据上述计算结果，三种晶片寿命均大于30 000 h 的使用寿命，满足一般背光寿命要大于30 000 h的需求；考虑老化试验中样品数量偏少和老化时长不是足够长的原因，以上寿命仅作为参考来看。3 效果对比
金属丝的杨氏模量本文选择了和三种不同背光技术的液晶电视作为比
较：常规LED（通常是YAG LED）背光、新红粉LED （KSF LED）背光和量子点液晶电视。
由广域实现原理可知，背光源的光谱对域有很大影响。YAG LED背光红绿段波长半波宽较大，KSF LED背光电视的灯珠红光波段半波宽较窄，绿光段半波宽较大；蓝光灯珠需要激发量子点膜后产生绿光和蓝光[3]；RGB三原背光红绿蓝光三种波段半波宽都比较窄。波段易通过液晶玻璃CF后产生较高的域。
表２ 域对比
背光类型坐标R G B
域
NTSC/%
YAG LED X0.657 40.305 90.157 8 76.30
Y0.336 80.616 40.048 6
KSF LED X0.679 90.254 00.143 6 93.40
Y0.309 60.655 30.052 3
蓝光+量子
点
X0.688 30.216 90.143 7102
.
70
Y0.294 60.681 20.053 6
RGB三原X0.702 80.176 00.142 7112.90
Y0.292 70.715 80.065
8
图５ 光谱对比
从域测试数据表2来看：YAG LED为普通域，彩表现最普通；KSF LED域可达到95%左右，彩表现相较于普通域有大幅提升；蓝光加量子点方案的电视，域达到了100%NTSC以上，彩表现绚丽；RGB三原背光的域是最出的， （下转第８０页）
发射板电路只需要一个单端转差分的放大器和一个TA2022就可以实现，这种方式结构简单，功耗低，散热少，方便调试并且性能可靠。
２．３ 应用实例
本方案采用±15 V 为TA2022供电，每一路电压的电流消耗基本在200 mA 左右，发射板的输入信号峰峰值约为2 V ，如图4
所示。
图４ 发射板的输入信号波形
通过示波器采集到的TA2022输出信号的波形如图5
所示。
图５ 发射板的输出信号波形
单通道输出峰峰值可以达到24 V ，放大增益将近22 dB ，而且比较输入输出波形，几乎没有非线性失真。经过测试，发射板的输出信号质量可以满足过钻具式阵列感应仪器的设计要求。
3 结语
本文根据过钻具阵列感应测井仪器的工程需求，
采用模块化的设计方法，设计开发了基于T 类功放TA2022的发射电路。经过测试，该电路可以很好地达到设计要求，具有集成度高，可靠性强，功耗低等特点，并且对其他功放模块的电路设计提供了一个切实可行的解决方案。
参考文献：
透水混凝土施工方案[1] 冯启宁，鞠晓东，柯式镇，等.测井仪器原理[M].北京：石油工业出版社,2010.
[2] 刘春雅，程旭.阵列感应测井技术发展状况综述[J].甘肃科技,2009,25(3):32-34.
[3] 游畅，孙伟，梁大黎，等.过钻具存储式感应测井仪的设计与研究[J].石油管材与仪器,2015(1):12-15.
[4] 黄争志，余厚全，魏勇，等.完全基于FPGA的过钻具阵列声波测井主控电路设计[J].长江大学学报(自然科学版),2020,17(1):32-38.[5] 李挥，罗勇，邹传云.数字音频功率放大器远离及实现[J].器件与电路,2003(4):32-35.
剩余污泥泵
[6] 肖宁.基于DSP的D类功放控制系统的研究[D].合肥：中国科学技术大学,2011.
[7] 刘举平.基于TA2022的T类数字功率放大器的设计[J].音响技术, 2009(7):61-63.
（上接第４０页）域面积最广超出110%，实现了更绚丽、更真实的彩表现，颜更有层次感。
4 综述
随着液晶显示技术的继续发展，实现广域技术仍然是提升显示器性能的重要方面之一。目前已有各种各样的实现广域的方法，但现有方法中不少存在这样那样的问题，探索新的实现广域的方法，需要综合考虑可靠性、性能效果、综合成本等。RGB 三原背光技术，经过一系列测试比较，已可以实现甚至超过目前主流技术的广域的效果，综合性价比存在很大优势，值得后
续继续研究推广。
参考文献：
自动投篮机
[1] 董春辉.LCD背光高域显示原理与氟化物荧光粉解决方案[R/OL].(2016-11-09)./p-1988401601.html.
[2] 刘熙娟，温岩，朱绍龙.白光LED的使用寿命的定义和测试方法[J].光源与照明,2001(04):16-22.
[3] 周忠伟，孟长军，王磊，等.液晶显示器广域技术的研究[J].发光学报,2015(09)1071-1075.
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