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白光型发光二极管(WLED)之背光设计兵法

作者:时间:2012-10-23来源:网络收藏

前言

(White Light-Emitting Diode;,也经常写成:White LED)的出现,使LED摆脱过去只能用在指示灯号、霓虹灯饰等场合,开始往电子照明领域迈进,包括汽车的方向辅助灯、初阶数字相机的闪光灯等都已能用代替,更有甚者,已有业者将的裸晶面积加大制造,从2×2mm扩增至5×5mm,增强其发光,使WLED也能用在汽车的主照灯上,只待审议核可便可上市。

除此之外,WLED还有一项热门的应用,即是充当LCD的源,以取代过往的冷阴极灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp;CCFL)。不过,现阶段将WLED用于有其益也有其害,如何取益避害,将是电子工程设计者所关切的,本文以下就来说明几种WLED设计的情境,并藉此了解个中应有的注意及要领。

■手机、数位相机


▲NS针对手持装置所提出的LP3954芯片,该芯片具有WLED背光驱控、WLED闪光灯驱控等能力,此外也具有RGB LED控制、ADC模拟数字转换等功能。

一般而言,手机、数字相机(预览窗)等装置所配属的LCD显示器皆属小尺寸,如2.2"、2.5"等,而有的掀盖式手机还配有副显示屏,副显示屏较主幕来得小,约多在1.2"左右,以上这些小?际??CD若用WLED作为其背光源,只要简单地将3?6颗WLED(使用颗数端视画面大小而定)加以串并联即可实现。

WLED除了做手机、数字相机的LCD背光外也能有其它的用处,例如今日的手机在按钮时也会发光,以方便使用者在暗处拨号(按键背光),或者来电时天线部位会发光提示,这些也都可用WLED,另外初阶数字相机或带有照相功能的手机,也开始用WLED充当闪光灯(约1?4颗),如此在单一装置内使用更多颗的WLED,组件用量增加且一致化,在设计及制造的供应调度上都有益处。

虽然小?际?CD的背光只要简单串并、排列3?6颗WLED即可,但进一步有两个疑问:1.若同一装置内有WLED型闪光灯,闪光灯需要比背光更高的驱动电流,甚至需要有预闪功能(防红眼)。2.背光的亮度并非一成不变,有时会有节能模式的体贴设计,在省电模态下自动将背光亮度降低,或者允许使用者自行调整亮度。所以WLED背光的驱动电路不能只是简单的On/Off设计,还必须有调节驱动电流(进而改变WLED亮度)的能力,且照相手机愈来愈多,数字相机使用WLED型闪光灯的机会也愈来愈高,因此对设计者而言必须设计2组WLED驱动电路,1组供WLED背光,1组供WLED闪光,同时2组都要有调整亮度的能力。

由于这类型的设计需求愈来愈多,因此许多模拟IC、电源管理IC的业者纷纷提出解决方案,即WLED驱动IC(英文称为:White LED Driver),驱动IC可同时掌控WLED背光与WLED闪光,包括On/Off的亮灭控制、多段式亮度控制等,其中亮度控制只要改变流经WLED的电流量即可,流量大则亮度高,流量小则亮度低,改变方式可采电压调整法或脉宽调变(Pulse Wide Modulation;PWM)法。

所谓电压调整法,在于改变WLED的驱动电压,电压高则流经WLED的电流量也会增加,进而增亮,反之亦然,然电压调整法对电流量的操控不够细腻,些微的电压改变就会使电流量大幅变动,除非使用极细腻的电压调整电路,但因此也会使成本与电路复杂度(体积)大增。相对的PWM法是改变WLED明灭的工作周期(Duty Cycle),以WLED的导通(点亮驱动)周期百分比、频率来控制亮度,不仅可以细腻调整且成本、复杂度都较低,今日WLED驱动IC普遍采行此法来调整亮度。

至于有哪些业者提供WLED驱动IC?答案是:现有模拟IC、电源管理IC业者几乎都有提供,如Linear、MAXIM、Micrel、NEC、NS、以及TI等。国内业者也有ARQUES(雅捷科技)、AIC(沛亨半导体)、AME(安茂微电子)、以及Richtek(立?科技)等。

另外也回到更前头的疑问:用WLED取代CCFL有何优点?有何缺点?关于此先说明优点,WLED只要正向电压即可驱动,且可以直接用锂电池的3.6V来驱动,相对的CCFL需要交流电压才能驱动,且要较高的驱动电压(多在正负10V以上),所以电源不仅要反相还要升压,供电设计的复杂性高过WLED。至于缺点,目前WLED的用电效率仍不如CCFL,因此手持装置在相同的电池电容量下,WLED作法将较CCFL耗电,使装置待机时间缩短,不过今日手持装置的应用愈来愈多,其它环节的用电也在成长(如手机照相闪光灯、手机数字电视、手机3D电玩、手机MP3随身听等),背光部份的成长有时反成为次要问题。

当然!WLED还有其它优点,例如没有使用有害物质,容易通过欧盟订立的RoHS法规,相对的CCFL是运用汞气体(水银蒸气)发光,铅、汞等有害物将逐步受各国市场限制。另外WLED对冲撞较具抗受性,反之以光管方式发光的CCFL一旦受冲撞破裂,就无法再行发光。也因此今日有许多矿工的配属头灯已改用WLED,此在严苛、多撞击的工作环境、场合中格外受用。


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