精心設(shè)計(jì)液晶背光系統(tǒng)　正確組件實(shí)現(xiàn)CCFLLED均勻光源

1、精心設(shè)計(jì)液晶背光系統(tǒng)正確組件實(shí)現(xiàn)CCFL/LED均勻光源【PeterGreen】高亮度LED已逐漸成為液晶面板背光的新興替代方案，但是CCFL仍是主流，且具有成本優(yōu)勢(shì)。不論使用哪一種光源，背光的均勻度是主要考慮。在CCFL燈管應(yīng)用上，須使用電子式安定器來(lái)等化每支燈管的電弧電流，由ASIC驅(qū)動(dòng)并控制的半橋式系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。在LED背光應(yīng)用上，則以遲滯式降壓控制芯片較能提供精確的電流控制，此類芯片能直接感測(cè)LED負(fù)載電流，并透過(guò)內(nèi)部浮動(dòng)高電壓端驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行高電壓端MOSFET開(kāi)關(guān)切換。市場(chǎng)【Peter Green】高亮度LED已逐漸成為液晶面板背光的新興替代方案，但是CCFL仍是主流，且具有成本

2、優(yōu)勢(shì)。不論使用哪一種光源，背光的均勻度是主要考慮。在CCFL燈管應(yīng)用上，須使用電子式安定器來(lái)等化每支燈管的電弧電流，由ASIC驅(qū)動(dòng)并控制的半橋式系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。在LED背光應(yīng)用上，則以遲滯式降壓控制芯片較能提供精確的電流控制，此類芯片能直接感測(cè)LED負(fù)載電流，并透過(guò)內(nèi)部浮動(dòng)高電壓端驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行高電壓端MOSFET開(kāi)關(guān)切換。市場(chǎng)上充斥各式各樣的靜態(tài)與交互式可視化通訊產(chǎn)品，包括電視、計(jì)算機(jī)顯示屏以及數(shù)據(jù)顯示等，都廣泛使用在許多不同的終端應(yīng)用上，例如車內(nèi)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)。許多這類型的應(yīng)用都整合不同尺寸的液晶顯示器(LCD)，其中更有許多使用觸控式屏幕。在過(guò)去幾年，液晶顯示器已經(jīng)快速取代

3、傳統(tǒng)笨重的陰極射線管(CRT)顯示器與電視，這個(gè)趨勢(shì)背后的主要?jiǎng)恿υ谟诔杀九c體積的節(jié)省，以及它所帶來(lái)的大幅環(huán)保優(yōu)勢(shì)。例如液晶顯示器大約只使用相同尺寸CRT顯示器三分之一左右的電力，其它優(yōu)勢(shì)還包括：更高的亮度、不閃爍、完美的平面顯示，以及因?yàn)椴豁毦劢苟沟糜跋窀愉J利，同時(shí)使用壽命也更長(zhǎng)，大約有5萬(wàn)小時(shí)，而CRT只有2萬(wàn)小時(shí)。在各種顯示器產(chǎn)品中，投影機(jī)的顯示器由于需要完全不同的超高亮度光源，采用高壓氣體放電(HighIntensity Discharge, HID)短弧燈，因此應(yīng)該要另加考慮。另一方面，移動(dòng)電話以及其它掌上型設(shè)備，例如MP3播放器等使用的小型液晶顯示器，則采用多顆發(fā)光二極管(LE

4、D)或單顆白光LED來(lái)提供背光，這對(duì)小型屏幕來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，同時(shí)還可以透過(guò)一個(gè)低電壓電源，經(jīng)由簡(jiǎn)單穩(wěn)壓芯片控制亮度的方式來(lái)加以驅(qū)動(dòng)。液晶面板的基本原理可以視為透過(guò)電子控制的光學(xué)閥門，因此需要背光源以便產(chǎn)生可見(jiàn)的影像，液晶屏幕在應(yīng)用上通常使用冷陰極熒光燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp, CCFL)提供背光，目前這仍是最具成本效益的方式，而且此優(yōu)勢(shì)預(yù)計(jì)還會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。CCFL背光仍具成本效益由高亮度LED來(lái)提供面板背光，已經(jīng)逐漸成為液晶顯示的新興替代方案，但是在大部分的液晶顯示器與電視上，背光仍是透過(guò)數(shù)個(gè)水平等距排列的CCFL長(zhǎng)型氣密式小口徑燈管所提供。依屏幕大小的

5、不同，大約會(huì)使用832支，甚至更多相同長(zhǎng)度的CCFL燈管，同時(shí)還有各種不同長(zhǎng)度的燈管，可以滿足不同的屏幕寬度需求。在使用上，將高電壓加在CCFL燈管兩端的電極上，使內(nèi)部氣體離子化產(chǎn)生紫外線并激發(fā)燈管內(nèi)部涂布的磷光劑來(lái)發(fā)出白光，這些燈管必須以相同的亮度運(yùn)作。雖然在CCFL燈管與液晶面板之間安排了導(dǎo)光板來(lái)協(xié)助平均分配背光，但各個(gè)燈管間不同的發(fā)光強(qiáng)度還是無(wú)法完全被忽略，因此驅(qū)動(dòng)CCFL燈管的電子式安定器(Ballast)就必須包含能夠等化每支燈管電弧電流的電路。不管是使用哪種特定光源，平均分配背光是這類應(yīng)用的主要考慮，這個(gè)觀念也同樣適用于采用LED的系統(tǒng)。CCFL安定器可以透過(guò)幾種不同的拓樸結(jié)構(gòu)來(lái)加

6、以實(shí)現(xiàn)，包括Royer自振式、全橋式、推挽式與半橋式。在大部分的應(yīng)用上，都需要一個(gè)固定的安定頻率，來(lái)避免當(dāng)安定頻率接近影像顯示掃描頻率時(shí)所出現(xiàn)的干擾問(wèn)題，因此Royer結(jié)構(gòu)幾乎不會(huì)使用在這類應(yīng)用上。全橋式拓樸結(jié)構(gòu)則在如筆記型計(jì)算機(jī)等電池提供的較低直流電壓，并在721伏特寬廣變動(dòng)范圍下的應(yīng)用上運(yùn)作良好。推挽式結(jié)構(gòu)雖然有時(shí)會(huì)被采用，但由于需要一個(gè)一次端具備中間抽頭(Center Tapped)的大型變壓器，因此在效率上要比全橋式或半橋式系統(tǒng)更低。半橋式CCFL安定器適用于較高直流電壓半橋式架構(gòu)由于只需兩個(gè)金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(MOSFET)切換開(kāi)關(guān)，同時(shí)變壓器的設(shè)計(jì)也相對(duì)較簡(jiǎn)單，因而成為整體的

7、最佳選擇。半橋式結(jié)構(gòu)同時(shí)也較適合較高的直流電源電壓，例如輸入端功率因子校正級(jí)電路前端的數(shù)百伏特電壓，這也為液晶電視與顯示器等較為注重成本的應(yīng)用帶來(lái)一個(gè)更具成本效益的系統(tǒng)。半橋式CCFL安定器由兩個(gè)以低電壓端/高電壓端驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)的MOSFET所組成，可以接受由微控制器或其它低電壓控制電路所提供的邏輯位準(zhǔn)訊號(hào)做為通用型驅(qū)動(dòng)電路，也能夠整合到同時(shí)包含系統(tǒng)所需所有控制與保護(hù)電路的特殊應(yīng)用集成電路(ASIC)產(chǎn)品中。背光應(yīng)用中CCFL燈管的亮度必須能夠控制降到低位準(zhǔn)，而不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定或閃爍情況，這可以透過(guò)間歇模式(Burst Mode)亮度控制來(lái)達(dá)成。在這個(gè)模式下，輸出到燈管的高頻率電流會(huì)間歇地以低上

8、許多的頻率來(lái)加以中斷，但卻快到足以避開(kāi)對(duì)人眼的影響。透過(guò)這樣的方式，燈管的平均電流可以藉由改變導(dǎo)通與關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)度由0100%來(lái)加以調(diào)整，同時(shí)還能維持固定的波寬調(diào)變頻率。在每個(gè)間歇?jiǎng)幼鞯拈_(kāi)始，必須要對(duì)燈管實(shí)施和緩啟動(dòng)動(dòng)作，以便將壓力降到最低，并帶來(lái)最長(zhǎng)的燈管壽命。達(dá)成的方式是不改變安定頻率，但提升半橋式上方開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，從較低一直到50%的有效周期率，同時(shí)降低下方開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，以維持固定停滯時(shí)間，讓和緩切換能夠在和緩啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)維持。這代表對(duì)于輸出電流的控制也可以用來(lái)控制最高燈管電流，以提供短路與過(guò)載保護(hù)。因此，由ASIC驅(qū)動(dòng)、控制所有安定功能，并提供低電壓與高電壓端輸出的半橋式系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)就

9、變得相當(dāng)明顯。LED背光控制性較佳液晶顯示的影像畫(huà)質(zhì)與視覺(jué)效能受到背光特性的影響，使用一系列LED做為光源的背光系統(tǒng)擁有比CCFL更高的可控制度，以及達(dá)成最佳化的更好能力。LED數(shù)組由三個(gè)分別為紅、綠、藍(lán)的主要顏色組合，以提供整體的白光輸出，這讓背光的色溫可以透過(guò)調(diào)整各個(gè)顏色的強(qiáng)度，滿足不同顯示環(huán)境的需求來(lái)達(dá)成，例如在電視應(yīng)用上需要偏黃的溫暖背光，而計(jì)算機(jī)屏幕比較偏好純白光線。采用LED數(shù)組的背光系統(tǒng)同樣也須要細(xì)心設(shè)計(jì)，以便提供色彩以及強(qiáng)度的平均分配，由于LED的色彩會(huì)隨著電流改變，因此須要提供精確控制的穩(wěn)定電流，這對(duì)LED壽命的最佳化也是必要的條件，光源輸出可以透過(guò)使用與CCFL應(yīng)用中相同的

10、間歇模式亮度控制方式來(lái)加以改變，同時(shí)在這類應(yīng)用下也最好在每個(gè)脈寬調(diào)變(PWM)周期提供和緩啟動(dòng)來(lái)延長(zhǎng)使用壽命。須為串聯(lián)LED提供穩(wěn)定電流但是就算是相同色彩與型態(tài)的LED，在前向壓降上都會(huì)有顯著的不同，同時(shí)也會(huì)受到溫度以及不同LED色彩的影響，因此顯然必須為每個(gè)組成個(gè)別色彩的串聯(lián)LED提供穩(wěn)定控制的定電流電源，這包含切換式轉(zhuǎn)換器，因?yàn)榫€性穩(wěn)壓器在以350毫安或更高電流運(yùn)作的高亮度LED下，會(huì)帶來(lái)無(wú)法接受的功率耗損。在這類情況下，拓樸結(jié)構(gòu)的選擇就被局限在降壓式或返馳式拓樸結(jié)構(gòu)。降壓式較為簡(jiǎn)單，同時(shí)也足夠滿足不須隔離同時(shí)提供給轉(zhuǎn)換器的總線電壓高于串聯(lián)LED總體最高串聯(lián)壓降的場(chǎng)合，而這通常是最常見(jiàn)的情

11、況。遲滯式降壓控制芯片實(shí)現(xiàn)更精確電流控制目前市場(chǎng)上有各種不同的專用控制芯片，可用于采取不同運(yùn)作方式的應(yīng)用上，較簡(jiǎn)單的做法，是在降壓式穩(wěn)壓器MOSFET切換開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)感測(cè)電感器的電流，并對(duì)最大值進(jìn)行穩(wěn)壓。這個(gè)方法只需一個(gè)低電壓端切換開(kāi)關(guān)，但是卻有所限制。首先，它的有效周期率不能超過(guò)50%，這代表輸入電壓必須是LED輸出電壓的兩倍以上，才能讓控制回路穩(wěn)定運(yùn)作；再者，由于這個(gè)方法并不直接對(duì)LED電流進(jìn)行控制，因此無(wú)可避免地會(huì)造成LED電流在線路與負(fù)載上的部分變化，雖然這些變化不大，但可能還是會(huì)受到溫度所造成LED電流變化的影響，而這正是希望避免的。透過(guò)直接感測(cè)LED負(fù)載電流，并透過(guò)內(nèi)部浮動(dòng)高電壓端驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行高電壓端MOSFET開(kāi)關(guān)切換的遲滯式降壓控制芯片，可以帶來(lái)較為