LED背光源亮度均匀性的研究-技术方案

精品文档-下载后可编辑LED背光源亮度均匀性的研究-技术方案摘要：讨论LED的偏置电阻和发光亮度对LED背光源亮度均匀性的影响。

1引言

LED正成为背光照明的主流器件。一般背光源设计中有多个LED,所以要考虑各个LED亮度的一致性。在实际应用中，可根据向电压（Vf）对LED器件进行"差异筛选".LED的Vf值是背光设计的重要变数。将多个LED连接在一起使用时，各管电流均必须匹配，整个组件才能产生一致的亮度。

LED的亮度决定于流过它的电流。实现恒定电流简单的方法，是将多个LED串联起来。这样不用差异筛选，串联LED就能确保流过各个LED的电流相同。但是串联时的总体正向电压为多个LED的Vf之和，需要使用带电感的具有升压功能的LED驱动电路，使得成本增加。而且，一个LED发生故障就会使整个背光源失效。此外，串联驱动方法有较强的电磁干扰，对通讯产品尤其不利。

将多个LED并联的设计方法，无需带电感的升压电路，电磁干扰较小，容错性较强。但为了保证亮度的均匀性，必须对LED进行差异筛选。随着所用LED数量的增加，成本也会因差异筛选而增加。即使经过差异筛选，LED的Vf值仍会存在一个变化范围，影响亮度的均匀性。

本文重点讨论在LED并联设计中，如何提高亮度的均匀性。

2LED背光源电路模型

将三个LED并联构成背光源，其总电流由三极管电路控制，如图1所示。亮度均匀性的NLED被定义为：

式中，Imax和Imin为各个LED电流的值和值；

图1LED背光源的驱动电路

图中，D1,D2,D3为发光二极管，T1为NPN型三极管，R1,R2,R3的阻值可根据总电流I的设计要求进行调节，I/O或DAC为控制端口。

理想发光二极管的正向电压为：

实际上，寄生电阻对Vf影响很大：

式中：I为正向电流；n为理想因子；k为玻尔兹曼常数（1.38x10-23J/K）;T为温度（298K或25℃）;q为电子电量（1.602x10-19C）;Is为饱和电流；R为寄生电阻；本文以西铁成公司的发光二极管为例，其特性参数如表1所示。

表1发光二极管特性参数

依据式（2）,使用对分法[2]计算出在不同正向电压下，三种LED的正向电流，如图2所示。

图2不同LED的正向电压与电流的关系。

由图2可以看出，在相同的电压下，不同LED的电流不同，即亮度不同。LED都有其额定电流，西铁城LED的额定电流为20mA,所以本文给出了20mA以内的数据。

3偏置电阻对LED背光源亮度均匀性的影响

在实际设计中，利用外加偏置电阻，即在每个LED处串联一个电阻来改善LED背光源的亮度均匀性。本文讨论两个LED并联，加偏置电阻R4=R5的情况，如图3所示。

图3加偏置电阻的电路图

计算机利用对分法算出了在总电流为15mA,外加偏置电阻（R）为R4=R5=0,22,47,68,100,150,200（Ω）时，D1和D2的电流（I1和I2）、亮度均匀性（Uni）、正向电压（V5）、以及偏置电阻带来的功耗（P）。

计算结果如表2及图4、图5所示。

表2不同偏置电阻的计算结果

图4偏置电阻对亮度均匀性的影响。

图5偏置电阻对功耗及供电电压的影响。

由表2和图4、5可以看出，外加偏置电阻可以显着提高亮度的均匀性，但电路的功耗会相应增加，对LED正向电压的要求会增大。例如，外加150Ω偏置电阻时，其耗散功率为17mW,V5为3.104V。

对于锂电池而言，一般工作电压范围为3.0~4.2V,再考虑三极管的偏置电压，因此，外加150Ω偏置电阻是不能接受的。设计中要根据具体的供电电压来确定偏置电阻的值。

4LED的发光亮度对亮度均匀性的影响

根据式（2）,也可以通过改变LED的发光亮度来改善LED背光源的亮度均匀性，即通过改变系统的总电流来改善亮度的均匀性。本文讨论两个LED并联，且外加68Ω偏置电阻的情况，结果如表3及图6所示。

图6由外加偏置电阻改变系统总电流对亮度均匀性的影响

由表3和图6可以看出，外加68Ω偏置电阻使亮度降低，可以适当提高亮度的均匀性。在实际设计中，可利用本文所述方法进行模拟计算。