关于LED背光源及其驱动方法的研究
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如图3所示,24个白光LED以每路6支串
万方数据
Nov.,20憾,总第舛期
现代显示Advanced Display 1 3
Suzanne Thomas,Stephen S008:关于LED背光源及其驱动方法的研究
显示行业尚未对新兴的LED背光制定标准化 规范。LED的电性能、发光效果,以及显示面板的亮 度需求和散热控制等,决定着背光中所需LED的数 量。
有趣的是,我们发现在LCD制造商、LED背光 配置方案和大量的LED芯片式驱动器之间,产生了 一种类似‘鸡和蛋。的关系。
许多LED背光制造商以串并联方式配置背光 源。这样的配置经常适用于用芯片式驱动,要求串联 支路所需的正向压降总和不可超过驱动提供的总电 压。串并联设计的益处在于:某一支路出现问题(LED 损坏或驱动失效)时,此背光及其他并联支路仍可正 常工作。由于受到LED驱动总电压限制,串并联方 式会造成电路结构方面不必要的复杂。
COnslderatiOnS for LED Backlight and Driver Solutions
Suzanne Thomas,Stephen Soos (Applied Concepls,Inc.,NY,U.S.A)
Abstract:LCD manufacturers have been fairly slow to introduce LED—backlit LCD panels into the high-performance and high-reliability markets,especially for larger display formats. However,there are solutions available today for these larger panels with edge-lit or direct-view LCD-backlight retrofits.This article will examine several LED backlighting options currently commercially available to today‘s engineers. Keywords:LED;backlight:driver electronics
2 驱动电路
在过去,系统设计师们设计CCFL驱动时,经常 会忽略背光逆变器的影响:由于驱动CCFL逆变器 高压产生电磁辐射,使得周边电路受到干扰,有时甚 至出现LCD显示异常的情况。
令人惊讶的是,设计师们在设计新型LED驱动 时,同样遇到了这些问题。另外还有新的技术难题出 现。可见驱动LED并没有想象中的那么简单。
●正向电压:芯片式驱动所供电压较低,能够 点亮的LED数量受到限制。中到大型LCD显示器 的背光需要大量的LED,若采用芯片式驱动,则需要 设计一个多组并联的复杂电路o
●LED连接方式:随着显示器尺寸的增加,所 需要的LED数量也随之增加。要在亮度均匀性与工 作总电压之间实现平衡:以单路串联方式连接,LED 的亮度均匀,但工作总电压高;以多组并联方式连 接,工作总电压降低,但LED亮度不易均匀o
驱动类型
恒流
恒流
调光方法 发光形式
脉宽调制 线光源
脉宽调制/振幅调制 点光源
光利用率 失效温度
白光LED平均为CCFL的2倍
高温或低温
高温
预热时间 色温
需要 选择域窄
不需要 选择域宽
寿命
1-50,000hr
>50,000hr
LED和CCFL的对比类似于晶体管和电子管的 对比o LED能够在低电压、大电流的条件下工作。标 准CCFL管用做照明时工作电压为500—750 V怖, 电流为5—6 mA。,它相当于一个2.5—4.5W的照 明灯。一个Luxeon III型的LED能够在1.0—1.5A 的电流下工作(需要适当的散热),其电压降为3.0V 时,消耗功率为3.0—4.5W。
刖置
在以前,液晶显示器(LCD)主要选择冷阴极荧光 管(CCFL)作为背光源。由于CCFL特性所限,致使其 必将被新技术取代:具有更高亮度和发光效率的发 光二极管(LED)多方面适应高速发展的LCD背光源 需求。
据iSuppli公司透露,在袖珍键盘、手机和笔记 本电脑方面,LED背光单元(BLU)的生产营销值正在 飞快上涨。另外,装有LED背光的LCD在工业方面 也得到了广泛应用。目前,LED背光源的应用还主要
●寿命和可靠性:即使是可靠供应商提供的方 案。也必须对其提供的LED驱动方案进行全面和单 个测试o LED驱动属于电流型部件,且在系统内部, LED驱动所需要的供电要求是最高的,但许多系统 设计师并不重视供电设计。缺少供电设计经验,会使 LED驱动电路工作异常,造成电路的寿命减短和可 靠性降低。
●输入电压:LED驱动需要系统提供足够高的 工作电压。有些公司推出了一种拓扑结构驱动。在这 种结构中,总电压供给要高于LED串联所需的最小 电压(即串联LED的正向压降总和)。在大多情况下, 需要48V的总电压供给,或者系统无法提供的更高 电压o
LED的驱动电流(¨在允许值范围内变化时,
电压降(㈨保持不变。如图1所示,在驱动电流k
升高时,为保持电压降‰不变,LED的等效电阻R
必须降低,所以LED为负阻型器件(按照欧姆定律,
E=IR)。
在CCFL作为LCD背光源首选方案的市场形 势下,LED凭借其电流低和可控性好的优势,受到越 来越多的关注。与CCFL相比,LED的工作电压低, 且不需要较高的启动电压。因此,对LCD背光源的
在最简单的LED应用系统中。用户可以通过 12V的总电压点亮3只串联的普通LED,每只LED 上的电压降为+3 V硼,其余+3V加在限流电阻两 端。这样的连接方式非常适用于低功耗LED系统, 例如,小尺寸LED背光显示器。该系统可具备亮度 调节和控制功能。
为了满足中到大型LCD显示器标准亮度、高亮 度和超高亮度的需求,需要有更多数量的LED,这使 得总功耗上升,因此必须提供更加高效的恒流型驱 动电路。目前,市场上的LED驱动主要分为芯片式 和模块式。
Suzanne Thomas,Stephen Soos:关于LED背光源及其驱动方法的研究
一 文章编号:1006---6268(2008)11-0011埘
关于LE D背光源及其
驱动方法的研究
Suzanne Thomas。Stephen Soos
(Applied Concepts公司。美国纽约州)
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一
联、4路并联的连接方式组成背光源,供12.1in面板 使用o
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摘 要:LCD制造商们已经减缓了将传统灯箱式LED背光源应用于高性能、高可靠性的彩色液
晶显示器的步伐,特别是对于较大尺寸的显示屏。目前,在市面上背光源解决方案花样繁多,例
一
如,边光式和直下式背光源。本文将介绍几种主要的LED背光方案。
关键词:发光二极管:背光:驱动电路
中图分类号:TNl41
文献标识码:A
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●可适用于较宽温度范围,无须预加热: ●结构紧凑,柔韧性好,机械强度高: ●符合环保要求,较易达到无铅化标准
(RoSH):
●光利用率超过CCFLo
表1 CCFL与白光LED的特性比较
F 9主要特性、”一…””cc乳”…一一…一”…”白毙I.El}!!::§
电压值
>1。500 V(峰值) 3。120 Y(直流)
与4支路并联方式比较,2支路并联或全串联 方式更具优势,如下:
●电路的驱动能力受到其所提供电流大小的 限制,所以需要尽量减少支路数量,降低工作电流, 避免供电不足。
●以全串联方式连接,每个LED上的电流相同。 如图4所示,30支白光LED以全串联方式连 接。这样的新型配置亮度达到1,000 cd/m2,消耗功 率为9W。 线光源形式的CCFL发出的光是线性连续的, 若要用点光源LED实现此特性,需要按图4所示中 的边光式配置。其配线是简单的双线连接,依照照明 效果的需求,可对驱动终端进行最佳方式封装。 LED背光解决方案:如前所述,LED背光方案 受到一定限制,但它还是有非常广阔的应用空间的。
集中在小于6in的LCD上。 对于系统工程师而言,在工业设备、海运设施、
军用航空电子仪器及其他高性能、高可靠性的大尺 寸显示器(6—24in)方面,可供选择的LED背光方案 比较少。
本文将介绍目前市场上应用的几种主要LED背光 方案,包括各自优缺点对比和驱动方面的研究。
1 CCFL与LED的比较
目前,CCFL是LCD的传统型背光o LED和
同样能够组成多种LCD背光形式,如边光式、直下 式,而且LED还可以实现白光型和RGB三色光型
等,总之,LED有很多优点,例如:
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●全固体状态,具有可靠性高一金H争fr墨譬ti。Il◇”∞奄_a)澎精连
●较低的直流工作电压;
●色域宽:
●系统功能需求:如图2所示,一个多功能 LED驱动板可以支持花样繁多的设计方案和各式各
样的背光源。此外,多功能驱动板会提供常用的扩展 功能支持,例如,宽灰度级,NVIS控制功能,环境亮 度调制和亮度补偿功能。在大多数情况下,附加功能 需要通过芯片式驱动支持。
图2多功能模块式LED驱动板
4 LED背光配置