RGB與白光LED,如何取舍?

兩難的選擇

當(dāng)需要為 LCD 平面顯示器選擇背光照明時，設(shè)計者往往面臨應(yīng)采用白光LED或是具備較純白光的 RGB 光源之兩難處境。白光 led 驅(qū)動器和 RGB 驅(qū)動器是不同的，舉例而言，用于在可攜式電子設(shè)備中的顯示器、或通用背光照明應(yīng)用中驅(qū)動低高度 RGB LED 的無電感低噪聲 LED 驅(qū)動器IC，以及標(biāo)準(zhǔn)白光 LED 驅(qū)動器IC具備不同的效能標(biāo)準(zhǔn)，這是因為 RGB LED 與白光 LED 的順向電壓不同，因此需要不同的IC架構(gòu)。通常RGB LED 驅(qū)動器會有一個單線 ON/OFF 接口和 3 個單獨的電阻可編程 LED 電流源以控制調(diào)光和亮度，此外，其會采用“白光”模式來優(yōu)化紅光、綠光和藍(lán)光 LED 的電流比，如此，在所有 3 個 RGB LED 編程為 ON 時將可獲得最佳的白色光。

不同背光照明源的取舍

用來為顯示器提供背光照明的冷陰極熒光燈(CCFL)具有有限的色譜，而且色彩不夠鮮明。RGB LED 實際上擴(kuò)展了可見光范圍。另外，在美國國家電視系統(tǒng)委員會(NTSC)定義的顏色中，CCFL 能顯示出約 80%，而 RGB 則可顯示出的 NTSC 色譜多達(dá) 110%，因此在顯示屏上能更準(zhǔn)確顯示圖像的原貌。采用 3 個單色光源，如紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)激光，將獲得可能實現(xiàn)的最廣色譜。

另一方面，白光 LED 背光照明非常適用于掌上型和行動顯示器，因為白光 LED 外形尺寸小、簡單易驅(qū)動、對機械應(yīng)力不那么敏感、且與 CCFL 比較時，預(yù)期壽命長兩倍。不過，白光 LED 在色譜方面與 CCFL 有同樣的缺點，因為白光 LED 等于寬帶光源。白光 LED 是藍(lán)光二極管覆蓋熒光粉形成的，它把部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成黃光，組合形成的光譜被視作白光。

與單色光源相比，RGB LED 以較低的成本提供了接近窄頻的色譜。RGB LED 不僅改善了色譜，而且還提高了效率，因為 RGB LED 只按照所需要的紅光、綠光和藍(lán)光發(fā)射光能。相對而言，寬帶光源 (如白光 LED 和 CCFL) 發(fā)出了較多不需要顏色的光，其降低了色譜的純度，因此降低了效率。既然不同顏色的 RGB LED 可以單獨驅(qū)動，那么 RGB LED 的白光點或色溫就可以校正，而 CCFL 和白光 LED 的白光點都是固定的。

RGB 與白光 LED 的成本比較

選擇 RGB 或白光 LED 作為背光照明源，可能都滿足特定的最終產(chǎn)品需求。但是由于 RGB LED 較寬的色譜能使畫質(zhì)提升至最高，因此使用 RGB LED 而舍白光 LED 是有道理的，因為消費者在決定購買哪種型號的 LCD TV 時，可能會因為色彩鮮明而愿意多付錢。不過，使用 RGB LED 時，方案尺寸更大、更復(fù)雜且更加昂貴。然而，如果在采用較寬色譜卻不允許產(chǎn)品提高價格的應(yīng)用中，透過白光 LED 解決方案作為背光照明源則是一種可接受的選擇。

調(diào)光考慮

傳統(tǒng)上，LED 調(diào)光是以 DC 信號或濾波 PWM 信號調(diào)節(jié)流經(jīng) LED 的順向電流來達(dá)成的。降低 LED 電流可調(diào)節(jié) LED 光輸出密度。不過，順向電流的變化會導(dǎo)致 LED 發(fā)光顏色的變化，因為 LED 的色度隨電流而變。汽車和 LCD TV 背光照明等多種應(yīng)用不容許 LED 的發(fā)光顏色有任何偏差。由于周圍環(huán)境光線變化不同以及人類肉眼能夠感知光強的微小變化，因此在這些應(yīng)用中需要寬調(diào)光范圍。用 PWM 信號控制 LED 的光強，可以不改變發(fā)光顏色而實現(xiàn) LED 調(diào)光。

“True Color PWMTM 調(diào)光” 通過 PWM 信號調(diào)節(jié) LED 亮度。它實質(zhì)上是以 PWM 頻率用滿電流接通和斷開 LED。請參見圖 1。人類肉眼的限制為每秒 60 個信框。通過提高 PWM 頻率 (例如提高到 80Hz ～ 100Hz) ，人眼就感覺脈沖光源是連續(xù)接通的。另外，通過調(diào)變工作周期(“接通時間”的長度)，可以控制 LED 的光強。采用這種方法時，LED 的發(fā)光顏色保持不變，因為 LED 的電流值或者為零，或者為恒定值。很多 LCD TV 設(shè)計者都要求高達(dá)3,000:1的調(diào)光比，以適應(yīng)環(huán)境光線的寬范圍變化。

實用的驅(qū)動器解決方案

RGB LED 驅(qū)動器的一個實例，是凌力爾特的 LT3476 四組 LED 驅(qū)動器。LT3476 的每個信道都可以驅(qū)動多達(dá) 8 顆 1A 并聯(lián)的 LED (紅、綠、藍(lán)或白)，LT3476 可實現(xiàn)驅(qū)動多達(dá) 32 顆的 1A LED，而效率可高達(dá) 96%。4 個通道的每一個都可以各自的 True Color PWM 信號獨立工作，實現(xiàn)了高達(dá) 1,000:1 的獨立調(diào)光比。定頻、電流模式架構(gòu)在寬廣電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)了穩(wěn)定操作。使用者將能夠用頻率調(diào)節(jié)針腳在 200kHz ～ 2MHz 的頻率范圍內(nèi)設(shè)定頻率以最佳化效率，同時最大限度地減小外部組件尺寸。其散熱強化型 5mm x 7mm QFN 封裝可為 100W LED 應(yīng)用形成接腳占位非常精小的解決方案，這類應(yīng)用在大型 LCD TV 中是常見的。

LT3476 在 LED 的高壓端感測輸出電流，實現(xiàn)降壓、升降壓或升壓配置。使用者透過一外部感測電阻，便可設(shè)定每個通道的輸出電流范圍。4 個獨立驅(qū)動器信道的每一個都有內(nèi)部 1.5A、36V NPN 開關(guān)。其它特點包括 LED 開路保護(hù)和熱限制。

另一個實例為凌力爾特的 LTC3212，這是一個無電感低噪聲 LED 驅(qū)動器IC，在可攜式電子設(shè)備顯示器和照明應(yīng)用中可驅(qū)動低高度 RGB LED。RGB LED 的順向電壓與白光 LED 不同，因此需要不同的IC架構(gòu)。LTC3212 具有 2.7V ～ 5.5V 的寬廣輸入電壓范圍，能夠以每個 LED 高達(dá) 25mA 的電流驅(qū)動 3 顆 LED，為單顆鋰離子/聚合物電池應(yīng)用而最佳化。LTC3212 采用單線 ON/OFF 接口和 3 個獨立的電阻可編程 LED 電流源控制調(diào)光和亮度，實現(xiàn)了簡單性和彈性。白光模式可將紅光、綠光和藍(lán)光 LED 的電流比達(dá)到最佳化，在所有 3 個 RGB LED 都設(shè)定為 ON 時，提供了最佳白色光。備用模式的靜態(tài)電流僅為 400uA，更將電池續(xù)航力達(dá)到最高。

LTC3212 的多模充電幫浦具有低噪聲、定頻操作模式，能將漣波減至最低，同時該組件的自動模式切換更使頻率達(dá)到最佳化。LTC3212 在 1x 模式供電，在任一 LED 上感測到壓降時，該組件以倍壓器(2x)模式啟動充電幫浦。內(nèi)部軟啟動電路可防止浪涌電流，再加上關(guān)機斷開、短路保護(hù)和熱關(guān)機等功能，為該IC和 LED 提供了額外的操作安全保障。典型應(yīng)用包括蜂巢式電話和媒體播放器顯示器、按鍵照明、RGB 和白光 LED 背光照明等。

LTC3212 采用低高度 12 接腳 DFN(2mm x 3mm x 0.75mm)封裝。該組件僅需 3 個小型電容和 1 至 3 個設(shè)定電阻，便能形成一精小的 RGB 或白光 LED 電流控制器和電源解決方案。

結(jié)論

相較于白光 LED，以 RGB LED 為顯示器提供背光照明時，即使需要更多的 RGB LED (并因此需要更多的 RGB LED 驅(qū)動器)，但若以較寬色譜和顏色更準(zhǔn)確的圖像為考慮點，則增加設(shè)計復(fù)雜性仍是值得的。因此，設(shè)計者在決定采用 RGB、或是白光 LED 滿足背光照明需求時，所面臨的，實際上是成本與效能取舍問題。