LED正成為中小型彩色顯示器背光照照明應(yīng)用的主流器件。LED的選擇是決定顯示子系統(tǒng)設(shè)計(jì)最佳性價(jià)比的關(guān)鍵因素。此外，LED驅(qū)動(dòng)IC能與較低成本的LED協(xié)同工作，通過多種方法提升現(xiàn)有LED的性能。除亮度控制外，這些驅(qū)動(dòng)IC還能實(shí)現(xiàn)精確的亮度匹配。或允許使用一系列具備不同VF特性的LED。本文介紹各種基于LED的背光照明設(shè)計(jì)方案選項(xiàng)，以及在考慮成本因素和各種設(shè)計(jì)方法利弊的前提下，如何優(yōu)化系統(tǒng)性能。
1.LED驅(qū)動(dòng)電路
設(shè)計(jì)人員為便攜應(yīng)用選擇LED驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，一般考慮成本和性能因素。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一個(gè)約束條件是可用電池功率和電壓，其它約束條件還包括功能特性，例如針對(duì)環(huán)境光線作出調(diào)整及建立LED的架構(gòu)。
LED可根據(jù)不問參數(shù)進(jìn)行篩分，包括正向電壓及特定正向電流時(shí)的色度和亮度。舉例說，白光LED的正向電壓范圍通常為3.5~4V，典型工作電流為15~20mA。當(dāng)多個(gè)LED在一個(gè)背光照明設(shè)備應(yīng)用時(shí)，這些LED通常都會(huì)進(jìn)行匹配，以產(chǎn)生均勻的亮度。因此，LED制造商所提供經(jīng)“差異篩選”或匹配的LED，在某個(gè)特定電壓范圍內(nèi)其VF或其它參數(shù)都是匹配的。這些VF差異通常為3.5~3.65V、3.65~3.8V，以及3.8~4.0V，飛兆半異體最新產(chǎn)品的指定電壓為3V。低VF LED小型顯示器設(shè)備應(yīng)用，至于較大的彩色顯示器通常需要較高的亮度，一般采用中等至高VF值的LED。
一般來說，LED的VF值是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要變數(shù)。因?yàn)橛善胀�電池供電的便攜產(chǎn)品如蜂窩電話所使用單一的鋰離子電池，其電壓范圍為2.7~4.2V。如果將系統(tǒng)對(duì)電池工作電壓的要求設(shè)計(jì)為不低于3V，設(shè)計(jì)人員就可以直接使用低至3V且未經(jīng)穩(wěn)壓的電池電壓來驅(qū)動(dòng)LED。
其它經(jīng)區(qū)配的差異級(jí)別包括發(fā)光強(qiáng)度和色度。色度決定顯示的顏色，大多與執(zhí)行設(shè)計(jì)所使用的半導(dǎo)體工藝有關(guān)。電氣工作條件對(duì)色度的影響很小。對(duì)于發(fā)光強(qiáng)度而言，篩選工藝可測量在給定正向操作電流下的發(fā)光強(qiáng)度。
2.使用LED驅(qū)動(dòng)IC優(yōu)化設(shè)計(jì)
目前，市場上已有能夠驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED的驅(qū)動(dòng)IC，其功能包括電壓提升以至驅(qū)動(dòng)多個(gè)串聯(lián)LED，以便與每列包含一人或多個(gè)LED的多例LED進(jìn)行電流匹配。特定驅(qū)動(dòng)IC可提供獨(dú)立于LED VF的精確電流匹配，使用這類IC可省去VF差異篩選取的有關(guān)費(fèi)用。另一項(xiàng)常用功能是亮度控制，有助于提供更多功能和改善電源管理。
3.多個(gè)LED的亮度匹配
小功率發(fā)光管制做大功率半導(dǎo)體燈使用的元器件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，裝配麻煩。但由于小功率發(fā)光管價(jià)格低，燈的生產(chǎn)成本低。
大功率半導(dǎo)體燈的熱設(shè)計(jì)
燈體的熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是制作半導(dǎo)體燈的另一個(gè)不容忽視的問題。雖然發(fā)光管是冷光源，工作時(shí)自身不是灼熱體，但電流流過發(fā)光二極管時(shí)產(chǎn)生的電阻熱還是會(huì)使燈體升溫，半導(dǎo)體材料制作的發(fā)光二極管在高溫下會(huì)迅速老化，光效下降。要減緩發(fā)光二極管的光衰，使半導(dǎo)體燈有長的使用壽命，必須降低發(fā)光管管芯的溫度，要降低管芯的溫度，就要降低燈體溫度，并且要減小發(fā)光管和燈體之間的熱阻，這就要求解決好半導(dǎo)體燈的散熱問題。
解決散熱問題主要靠合理的燈體結(jié)構(gòu)。一種解決方案是使用2--3mm的鋁扳做基扳，大功率管直接安裝在鋁板上，管子之間用引線相連。小功率管可以按照使用的發(fā)光管的數(shù)目在鋁扳上打好孔徑和發(fā)光管外徑相同的孔，再將發(fā)光管緊配合鑲嵌到鋁扳上，發(fā)光管引腳在鋁扳后面相連。燈的外殼也用金屬材料制作，裝好發(fā)光管的鋁扳和金屬外殼緊密裝配，這樣，燈工作時(shí)產(chǎn)生的熱量可以通過鋁扳傳導(dǎo)到金屬外殼上，金屬外殼暴露在空氣中，熱量就可以通過輻射和對(duì)流散去。暴露在空氣中的金屬外殼的表面積要按照約每瓦50平方厘米考慮。為了既減小燈的體積又保證較大的散熱面積，燈體外殼應(yīng)該是帶肋條的散熱片結(jié)構(gòu)。