1、引言

 

　　led正成為背光照明的主流器件。一般背光源設(shè)計(jì)中有多個(gè)led，所以要考慮各個(gè)LED亮度的一致性。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)向電壓（Vf）對(duì)LED器件進(jìn)行“差異篩選”。LED的Vf值是背光設(shè)計(jì)的重要變數(shù)。將多個(gè)LED連接在一起使用時(shí)，各管電流均必須匹配，整個(gè)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(jiǎn)單的方法，是將多個(gè)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(gè)LED的電流相同。但是串聯(lián)時(shí)的總體正向電壓為多個(gè)LED的Vf之和，需要使用帶電感的具有升壓功能的led驅(qū)動(dòng)電路，使得成本增加。而且，一個(gè)LED發(fā)生故障就會(huì)使整個(gè)背光源失效。此外，串聯(lián)驅(qū)動(dòng)方法有較強(qiáng)的電磁干擾，對(duì)通訊產(chǎn)品尤其不利。

 

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

 

　　2、LED背光源電路模型

 

　　將三個(gè)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(gè)LED電流的最大值和最小值；

圖1LED背光源的驅(qū)動(dòng)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(jì)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(duì)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)（1.38x10-23J/K）；T為溫度（298K或25℃）；q為電子電量（1.602x10-19C）；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(duì)分法[2]計(jì)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(duì)LED背光源亮度均勻性的影響

 

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，利用外加偏置電阻，即在每個(gè)LED處串聯(lián)一個(gè)電阻來改善LED背光源的亮度均勻性。本文討論兩個(gè)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(jì)算機(jī)利用對(duì)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(shí)，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(jì)算結(jié)果如表2及圖4、圖5所示。

表2不同偏置電阻的計(jì)算結(jié)果

圖4偏置電阻對(duì)亮度均勻性的影響。

圖5偏置電阻對(duì)功耗及供電電壓的影響。

 

　　由表2和圖4、5可以看出，外加偏置電阻可以顯著提高亮度的均勻性，但電路的功耗會(huì)相應(yīng)增加，對(duì)LED正向電壓的要求會(huì)增大。例如，外加150Ω偏置電阻時(shí)，其耗散功率為17mW，V5為3.104V。

 

　　對(duì)于鋰電池而言，一般工作電壓范圍為3.0~4.2V，再考慮三極管的偏置電壓，因此，外加150Ω偏置電阻是不能接受的。設(shè)計(jì)中要根據(jù)具體的供電電壓來確定偏置電阻的值。

 

　　4、LED的發(fā)光亮度對(duì)亮度均勻性的影響

 

　　根據(jù)式（2），也可以通過改變LED的發(fā)光亮度來改善led背光源的亮度均勻性，即通過改變系統(tǒng)的總電流來改善亮度的均勻性。本文討論兩個(gè)LED并聯(lián)，且外加68Ω偏置電阻的情況，結(jié)果如表3及圖6所示。

圖6由外加偏置電阻改變系統(tǒng)總電流對(duì)亮度均勻性的影響

 

　　由表3和圖6可以看出，外加68Ω偏置電阻使亮度降低，可以適當(dāng)提高亮度的均勻性。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可利用本文所述方法進(jìn)行模擬計(jì)算。

 

　　5、結(jié)論

 

　　本文討論了偏置電阻、和發(fā)光亮度對(duì)LED亮度均勻性的影響。隨著偏置電阻值的增加、亮度的減小，led背光源的亮度均勻性會(huì)提高。實(shí)際設(shè)計(jì)中要兼顧偏置電阻的功耗、發(fā)光亮度和供電電壓等的要求。