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白色LED做背光照明需考慮事項
作者:宏拓新軟件
發(fā)布日期:2008-06-12
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在過去幾年中,小型彩屏從稀有物品變成了便攜式消費電子產(chǎn)品(如手機、PDA和數(shù)字照相機)的主流特性。把彩屏集成進小型便攜式設(shè)備的挑戰(zhàn)之一是需要白光作為背光。對于如手提電腦的大型顯示屏,通常使用的冷陰極熒光燈(CCFL),但因在其尺寸方面的限制和設(shè)計復(fù)雜性,很難用于更小型的應(yīng)用。而白色LED具有優(yōu)異的光學(xué)特性,因此成為小型顯示屏背光顯示的首選解決方案。此外,白色LED也可以用作鍵盤的背光。將白色LED與光導(dǎo)相配合,可提供均勻的白色背光。
白色LED方案面臨的挑戰(zhàn)
設(shè)計師在集成白色LED時所面臨的挑戰(zhàn)在于有如下幾方面。
(l)LED具有獨特的電氣特性,且現(xiàn)在大多數(shù)便攜式產(chǎn)品均由單節(jié)鋰離子電池供電。白色LED的正向電壓(Vf)是通過該器件的電流及其本身材料特性的函數(shù)。但總的來說,Vf在3.2~3.8V之間(圖1),而理離子電池的輸出電壓在3.0~4.2V之間,因此能夠滿足LED的電氣特性。因此,采用由直接與電池相連的LDO驅(qū)動彩色LED,用一個串聯(lián)電阻來調(diào)節(jié)驅(qū)動電流,這種用于彩色LED的簡單的解決方案并不適用于白色LED。
(2)另一個面臨的挑戰(zhàn)是,在大多數(shù)情況下、需要數(shù)個白色LED。手機的小型顯示屏可能需要3個或者4個白色LED,而PDA的較大型顯示屏可以使用6到8個白色LED。LED數(shù)量的增多增加了設(shè)計的復(fù)雜性。
(3)背光顯示的另一個問題是LED需要提供均勻的照明,不能在顯示屏上出現(xiàn)亮斑和暗斑。這在由傳統(tǒng)的彩色LED驅(qū)動的單色LCD顯示屏中比較常見,而且因為顯示屏主要用于顯示字母、數(shù)字字符,是一種可以接受的解決方案。但對于瀏覽數(shù)字圖像、玩復(fù)雜游戲和瀏覽網(wǎng)頁來說,這已不再是一種可用的多媒體顯示屏選項。
白色LED驅(qū)動電路
簡單地說,LED就是一個二極管,當二極管導(dǎo)通時,有光發(fā)出,而且,發(fā)光強度與通過二極管的電流成正比。有兩種方法可以使多個LED的發(fā)光強度達到近似的匹配。一種是將每條支路上的二極管與穩(wěn)壓源并聯(lián)配置,另一種是將所有的二極管串聯(lián)配置(見圖2),使通過每個二級管的電流都相同。并聯(lián)配置偏向于采用一個穩(wěn)流源而不是一個電阻,因為即使對于相同的偏置條件,二極管的正向電壓Vf的變化可達20%,這對于光強度有直接的影響,使用戶可以察覺的到。串聯(lián)配置則消除了這個問題,但需要一個高壓升壓變換器(如NCP5007),因為串聯(lián)4到5個二極管,串聯(lián)白色LED的額定Vf可以很容易達到15~20V。圖2給出了這種實現(xiàn)方法的具體電路圖。
在圖2中,所有5個二極管采用串聯(lián)配置,因此通過每個器件的電流是相同的,通過檢測電阻R1兩端所產(chǎn)生的壓降,可調(diào)節(jié)開關(guān)調(diào)整器中的電流。此外,通過對啟用的輸入施加一個脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號,流過二極管串的平均電流可以在軟件控制下變化,提供明暗可調(diào)節(jié)的背光。
在采用并聯(lián)配置方法時,可以使用低壓電感提升或電荷泵。并聯(lián)配置默主要優(yōu)點在于其可以使用低壓工藝,但缺點是每個二極管需要獨立的電流源管腳,增加了封裝的管腳數(shù)量和相應(yīng)的PCB焊盤。此外,這些信號需要通過連接器引到顯示模塊。在設(shè)計集成電路時也需要小心,實現(xiàn)每個電流源的緊密匹配。
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