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)計中有多個LED, 所以要考慮各個LED 亮度的一致性。在實際應(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。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)

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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。