LED背光源亮度均勻性的研究

摘要： 討論LED 的偏置電阻和發(fā)光亮度對(duì)LED 背光源亮度均勻性的影響。

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。

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

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1 LED 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- 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)

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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。