LED背光源亮度均勻性的研究

時間：2012-09-14 15:15:09

關(guān)鍵字：亮度均勻性 LED背光源 BSP 串聯(lián)

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[導(dǎo)讀] 標(biāo)簽：LED 照明光源1 引言LED正成為背光照明的主流器件。一般背光源設(shè)計中有多個LED，所以要考慮各個LED亮度的一致性。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)向電壓(Vf) 對LED 器件進(jìn)行“ 差異篩選”.LED 的Vf 值是背

標(biāo)簽：LED 照明光源

1 引言

LED正成為背光照明的主流器件。一般背光源設(shè)計中有多個LED，所以要考慮各個LED亮度的一致性。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)向電壓(Vf) 對LED 器件進(jìn)行&ldquo; 差異篩選”.LED 的Vf 值是背光設(shè)計的重要變數(shù)。將多個LED 連接在一起使用時，各管電流均必須匹配，整個組件才能產(chǎn)生一致的亮度。

LED的亮度決定于流過它的電流。實(shí)現(xiàn)恒定電流最簡單的方法，是將多個LED串聯(lián)起來。這樣不用差異篩選，串聯(lián)LED就能確保流過各個LED 的電流相同。但是串聯(lián)時的總體正向電壓為多個LED的Vf 之和，需要使用帶電感的具有升壓功能的LED 驅(qū)動電路，使得成本增加。而且，一個LED發(fā)生故障就會使整個背光源失效。此外，串聯(lián)驅(qū)動方法有較強(qiáng)的電磁干擾，對通訊產(chǎn)品尤其不利。

將多個LED并聯(lián)的設(shè)計方法，無需帶電感的升壓電路，電磁干擾較小，容錯性較強(qiáng)。但為了保證亮度的均勻性，必須對LED進(jìn)行差異篩選。隨著所用LED數(shù)量的增加，成本也會因差異篩選而增加。即使經(jīng)過差異篩選， LED 的Vf 值仍會存在一個變化范圍，影響亮度的均勻性。

本文重點(diǎn)討論在LED并聯(lián)設(shè)計中，如何提高亮度的均勻性。

2 LED背光源電路模型

將三個LED 并聯(lián)構(gòu)成背光源，其總電流由三極管電路控制，如圖1 所示。亮度均勻性的NLED 被定義為：

式中，Imax 和Imin 為各個LED 電流的最大值和最小值;

圖1 LED 背光源的驅(qū)動電路

圖中， D1， D2， D3 為發(fā)光二極管， T1 為NPN 型三極管， R1 ， R2 ， R3 的阻值可根據(jù)總電流I 的設(shè)計要求進(jìn)行調(diào)節(jié)， I/O 或DAC 為控制端口。

理想發(fā)光二極管的正向電壓為：

實(shí)際上，寄生電阻對Vf 影響很大：

式中： I 為正向電流;n 為理想因子;k 為玻爾茲曼常數(shù)(1.38x10- 23 J /K) ; T 為溫度( 298K 或25℃) ;q 為電子電量( 1.602x10- 19 C) ;Is 為飽和電流; R 為寄生電阻;本文以西鐵成公司的發(fā)光二極管為例，其特性參數(shù)如表1 所示。

表1 發(fā)光二極管特性參數(shù)

依據(jù)式( 2) ，使用對分法[2]計算出在不同正向電壓下，三種LED 的正向電流，如圖2 所示。

圖2 不同LED的正向電壓與電流的關(guān)系

由圖2 可以看出，在相同的電壓下，不同LED 的電流不同，即亮度不同。LED 都有其額定電流，西鐵城LED 的額定電流為20mA，所以本文給出了20mA以內(nèi)的數(shù)據(jù)。

3 偏置電阻對LED 背光源亮度均勻性的影響

在實(shí)際設(shè)計中，利用外加偏置電阻，即在每個LED 處串聯(lián)一個電阻來改善LED 背光源的亮度均勻性。本文討論兩個LED 并聯(lián)，加偏置電阻R4=R5的情況，如圖3 所示。

圖3 加偏置電阻的電路圖

計算機(jī)利用對分法算出了在總電流為15mA，外加偏置電阻(R)為R4=R5=0 ， 22 ， 47 ， 68 ， 100 ， 150， 200 (Ω) 時， D1 和D2 的電流( I1 和I2) 、亮度均勻性( Uni)、正向電壓(V5) 、以及偏置電阻帶來的功耗(P)。

計算結(jié)果如表2 及圖4、圖5 所示。

表2 不同偏置電阻的計算結(jié)果

圖4 偏置電阻對亮度均勻性的影響

圖5 偏置電阻對功耗及供電電壓的影響