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浅谈中大尺寸液晶屏LED背光驱动电路方案
来源:本站整理  作者:佚名  2013-11-17 10:03:49

    目前,在液晶彩显及液晶彩电中,LED背光源正全面取代冷阴极荧光灯(CCFL, Cold Cathode Fluo-rescent Lamp)背光源,因为与传统CCFL背光源相比,LED除了不含汞而符合环保要求之外,还具有色彩还原好、响应速度快、节能、安全、寿命长、体积小等优点。

    与小尺寸液晶屏的LED背光驱动相比,中大尺寸液晶屏对LED背光驱动的要求更高,这是因为当液晶屏的尺寸增大后,需要几十甚至几百只高亮度LED同时点亮,以提供足够亮度的光源,这就意味着需要更高的驱动电压,更大的驱动电流,更高的散热要求,更灵活的控制方式,更严格的LED电流匹配。

    一、LED的驱动要求
    LED实际上是一种半导体器件,只有在了解LED的基本光电特性的基础上,电源驱动才能匹配LED的特定需要,从而实现高效可靠的驱动。

    在早期,由于LED主要被作为指示或显示灯用,而且一般以单个器件出现,所以对于其波长的分选和亮度的控制要求并不高。当LED作为阵列显示和屏幕元件时,由于人眼对于光的颜色及亮度的分辨率非常高,特别是对于颜色的差异和变化非常敏感,若采用没有分选过的LED,就会产生亮度或颜色不均匀现象,从而影响视觉效果。

    在LED的制造过程中,其原材料是3英寸的LED晶圆外延片,如图1所示。这样一块圆外延片可以切割出约3万粒的5mm LED芯粒,由于这些芯粒的色温、品质存在差异(中央蓝色部分的芯粒是整块外延片上比较好的芯粒,越靠近外沿,芯粒越不稳定,最外面边缘地带的芯粒是整个外延片上质量最差的),因此这些芯粒按照正向导通电压值、波长和光亮度可分成很多的小类(即生产中所说的LED BIN)。另外,不同厂家在不同批次的生产过程中,由于在晶圆生成、切割、封装等环节的条件不可能完全一致,这样得到的LED产品的主要参数存在着较大的差异。最后在市面上出售的LED,实际上是厂家已经按照波长、亮度等主要参数进行筛选和分类之后的产品。

    1.需进行恒流驱动
    由于LED导通时,其电流的变化率远大于正向导通电压的变化率,如图2所示,因此分类测试其光学特性时,大多先确定其额定电流值(比如20mA或者350mA),以获得预期的亮度,然后测量出正向导通电压的变化范围。同时为保证可靠性,驱动LED的电流必须低于LED额定值,因为当环境温度升高时,LED的额定电流会降低。由此可见,用LED作为液晶屏的背光源时,需对其进行恒流驱动,以保证各只LED亮度、色度一致,并避免驱动电流超出额定值。

    2.采用PWM方式调光
    由于LED出厂前的检测及分类是基于一致的额定电流值,因而出售的LED在额定电流值附近区域的光学特性一致性很好,但在距离额定电流值较远的区域,即使用相同的驱动电流,LED之间的光学特性也会出现较大差别。当需要较低亮度时,若采用直接减少流过LED的电流的方法(模拟调光),则LED之间的亮度就可能存在很大的差异,比如:用5rnA的电流驱动两只额定值为20mA的LED,虽总体亮度减小了,但两只LED之间的亮度差异却增加了许多。

    中大尺寸LCD背光中需要几十甚至几百只高亮度LED同时点亮,如果流过的电流偏离LED的额定值太多,即使流过每只LED的电流是相同的,也会出现亮度不均匀的情况。在实际运用中,一般采用PWM调光来解决这一问题。相对于模拟调光方式中直接控制流过LED的电流,PWM调光可以实现流过LED的电流保持在额定值,通过控制LED点亮或者熄灭的时间比来调节亮度,这样仍可以保持各只LED之间亮度的一致性。

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