数码相机TFT-LCD的背光及亮度调整方式设计

tft-lcd液晶面板主要是由两块无钠玻璃夹着一个由偏光板、液晶层和彩色滤光片构成的夹层所组成。偏光板、彩色滤光片决定了有多少光可以通过以及生成何种颜色的光线。

tft-lcd液晶显示器的缺点在于亮度、画面均匀度、可视角度和反应时间上与crt显示器有比较明显的差距。其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画面均匀度和辅助光学模块有很大关系。而液晶显示器的亮度主要取决于背光光源。

tft-lcd的两种背光方式

早期采用高压驱动氖管作为数码相机的背光光源，因为高压氖管的背光驱动线路复杂,要求驱动电压高,背光不均匀,已逐步淘汰。因此，高亮度发光二极管(led)取代高压氖管成为tft-lcd背光驱动的主流。

半导体led，尤其是氮化物白光发光二极管，具有如下优点_体积小、电压低、寿命长、回应快、无频闪、耗能少、发热少等，正逐渐成为新一代绿色、节能、环保、长寿命全固体照明光源。tft-lcd液晶背光源现已几乎全部使用led背光光源。

背光led的电流驱动

tft-lcd背光亮度调整及驱动的两种方法：

背光电流驱动电路，如图1所示。

图1 背光电流驱动电路

说明：(1)vd：tft-lcd背光工作直流电源，大小依lcd厂商提供的规格设计。(2)三极管q1，q2组成一个恒流源电路，q1 q2 工作在放大状态，当q2工作时，调节b极电阻r22使q2的c极电流达到额定电流值。因为led发光二极管，导通后内阻会变小，电流会逐渐增大，增加q1 目的是分流q2的b极电流，调节反馈电阻r20就可以控制流过背光发光二极管的电流并通过q1 使电流达到稳定。

(3)lcd_bl是cpu 控制信号,此信号为方波, 信号频率是固定的,例如7.5khz。通过软件调节改变信号占空比,控制q2 导通时间,可控制单位时间内流过发光二极管的电流,改变tft-lcd的亮度。

(4) tft-lcd亮度设定一个默认值0,将亮度分为7~11 个等级,即-5/-4/-3/-2/-1/0/1/2/3/4/5，如厂商提供的lcd背光电流标称值为20ma,则意味调整背光电流最好不要超过此值太多,否则对背光led寿命有影响。由于背光led单体差异,当工作电流小于标称值时,led的发光亮度差异比较大。下表数据为某相机使用以上电路作为tft-lcd 背光亮度调整对,对同一款tft-lcd测试获得的数据。

lcd背光测试资料

lcd亮度等级-5 0 5

电流电压电流电压电流电压

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

备注_亮度等级_-5, lcd_bl duty=30%

0 default ,lcd_bl duty=60%

-5, lcd_bl duty=95%

从以上测试结果资料发现,在default 0 时,1#和2#级lcd亮度是低于亮度要求标准,(亮度标准不小于250 cd/m2,表中只列出背光电流值,没有列出测试的亮度数值)并且工作电流远小于规格要求。

(5)相机背光亮度软件设定的default 0,采用输出占空比为60%~70%,在此默认值情况下调节电路,使背光电流恒定在厂商要求的规格(如20ma)可以确保tft-lcd亮度值比较稳定。

以上电路虽然线路简单,软件调整方便,但实际效果不理想, 因为背光led差异,很难确保tft-lcd亮度控制的一致性。新一代相机都使用恒流源背光,用软件调整信号幅度来实现亮度调整。

背光恒流驱动电路，如图2所示。

图2 背光恒流源驱动电路

maxim公司 max1567 是许多数码相机使用的一款电源芯片，它内部集成有六个通道,可提供六路电源给相机使用,软启动电路也集成在ic内部,确保在开机时不会出现大电流。其中main、set-up、set-down三个通道的mosfet都集成在ic内部，为pcb设计小型化提供了方便,dl1~dl3三个通道根据设计者的要求可做为升压型或降压型电路使用，其中dl3通道又可做为一个背光恒流源通道使用。以topply公司的tp018a led为例，规格要求背光电压为10.5v,电流为20ma,所以电路设计选用升压型电路,为确保电池在低电压状态下能够比较容易开机，电感l计算后选取3.3uh,使升压型电路工作在非连续模式。

说明：(1)升压电路输出电压调节:电阻r1, r2 串联到地,r2 上的分压反馈给icpin1脚,此脚内部offset电压为1.25v,要求电流小于100na,电阻r1和r2计算如下：

vout=10.5v,

ileakcurrent= vout/r1<100na, 则r1>105mω,选取r1=110mω

由vfbh=vout*r2/(r1+r2)=1.25，计求得r2=14.8mω，

(2)电流反馈回路电阻选取: tp018a led背光电流为

20ma,pin39为电流反馈端,内部offset电压为0.2v,输入阻抗非常大,电阻r

接近于串联在背光led电路中,可得出r=10ω。

(3)恒流调节过程:当fb3l脚offset电压为0.2v时,说明背光电流达到规定值20ma,当pin39引脚反馈电压小于0.2v时,即背光电流未到规定值,则升压电路控制端pin35 输出的控制信号占空比增大,使输出电路电压升高,从而提高驱动电流,达到恒流设计的20ma为止。

(4) 在设计测试过程中发现,因tft-lcd单体差异,即使背光电源达到规定要求的10.5v,电流也未必达到20ma,所以亮度会有差异。解决的办法是升压电路输出电压设计值要比规定要求的10.5v高一些,根据测试调节值分析,比规定值高出2~3v比较合适。依vout=13.5v设计,求得r1=140mω,r2=14.2mω。从而确保tft-lcd背光亮度的一致性,此设计通过生产验证达到设计目的。

(5)tft-lcd输入信号一般有模拟及数字两种方式,对于模拟输入信号,通过软件调节r,g,b三基色信号的幅值,并由示波器测量可达到控制亮度的目的。

具体软件调节方式的软件程序在此不详细列出。

结语

通过以上tft-lcd背光亮度调整及驱动两种方式的分析, 第二种tft-lcd背光恒流电路及软件亮度调整是一种比较理想的方式,在数码相机应用中得到了验证,是一款比较合理的解决方案。

参考文献:

1.max1566/1567 ic datasheet

2.topply tft-lcd tp018a spec 2003 datasheet