直下式LED背光源驅動(dòng)應用探討

LED應用于電視背光模塊，因有著(zhù)低耗電、薄型化與高色彩飽和度、高對比度的特性，LED背光機種儼然成為中高階電視的同義詞。而LED TV在背光源則又分為直下式與側光式。

　　側光式LED背光將LED燈條放置在TV模塊側邊再搭配導光板，讓LED背光模塊達到均勻的亮度，而放置在側邊的LED背光可減少整體電視厚度、打造出更輕薄的機身。而直下式LED 背光分為二種，傳統直下式LED是把LED 晶粒均勻地配置在液晶面板后方當作發(fā)光源，使背光可以均勻傳達到整個(gè)屏幕，而傳統大尺寸直下式LED TV背光常常須要用到上千顆LED晶粒，成本相對較高，但直下式的好處是能夠分別設置不同的背光模塊權責區域使后畫(huà)面細節更細膩逼真，屬于高階直下式（High-End Direct）機種，然而LED晶粒過(guò)多且線(xiàn)路設計復雜成本較高的問(wèn)題下，未能成為市場(chǎng)主流。然而近期在LED晶粒發(fā)光效率不斷拉升成本不斷下降及導光板價(jià)格卻居高不下的情況下，南韓TV業(yè)者如三星電子（Samsung Electronics）及樂(lè )金電子（LG Electronics）為吸引消費者需求，開(kāi)發(fā)出消耗電力較低、價(jià)格亦較低的直下式LED TV機種，價(jià)差與CCFL 型LCD TV拉近至10%以?xún)?，因無(wú)分區及時(shí)序同步控制一般稱(chēng)為低階直下式（Low Cost Direct）LED TV.

　　低價(jià)直下式LED背光就整體背光模塊而言使用更大的LED芯片，但仍然是以數組式，并且將LED封裝上增加了一個(gè)特殊的透鏡，進(jìn)一步提高發(fā)光效率，因此可以使用較少的LED.背光模塊較厚，因為L(cháng)ED的光線(xiàn)需要足夠的反折射空間，因此它與一個(gè)傳統的CCFL背光模塊的厚度差不多。直下式的LED最大的好處是可以減少導光板（LGP），因而成本降低。通過(guò)移除增亮膜（DBEF），成本可更進(jìn)一步降低。因為沒(méi)有導光板，就需要高效率擴散板來(lái)保持的亮度均勻性。另一個(gè)方面是降低了面板的亮度。綜上所述，此方法創(chuàng )造一個(gè)直下式的LED背光模塊其厚度與CCFL機型相同，但是成本卻低于側光式的LED背光模塊。

　　就使用LED晶粒而言，低價(jià)直下式采用的系1瓦以上的高功率LED,相比之下，側光式LED TV使用的是1瓦以下的中低功率LED,由于高功率LED的面積較大，低價(jià)直下式背光源模塊廠(chǎng)能以較少的LED使用顆數，即可達成系統客戶(hù)對于亮度的要求。 以40家韻碌LED TV估算，側光式約采用七十至八十顆LED,低價(jià)直下式則僅達二十至三十顆；盡管高功率LED面積為中低功率的兩倍，然在使用顆數顯著(zhù)減少之下，低價(jià)直下式LED TV的LED總成本將較側光式LED TV明顯降低。

　　許多電視面板制造商在設計這個(gè)新概念時(shí)，都朝向與CCFL背光模塊相同的成本來(lái)努力。挾著(zhù)與冷陰極管（CCFL）相近成本的優(yōu)勢，低價(jià)直下式LED背光正快速在入門(mén)級和主流液晶電視市場(chǎng)攻城略地。NPD Display Search指出，在低價(jià)直下式LED背光的助陣下，LED背光正加速取代CCFL,并可望在2015年達到100%的市場(chǎng)滲透率（圖一）。反觀(guān)CCFL背光的液晶電視機種，則將面臨停產(chǎn)的命運。

圖一： 2009年至2015年NPD Display Search對各種LCD TVBacklight技術(shù)滲透率分析。

　　Edge LED Backlight

　　一般應用于側光式LED backlight driver以4通道電流源的升壓控制驅動(dòng)器為主流，以L(fǎng)eadtrend LD7889為例，其拓樸架構如圖二所示。LD7889的升壓控制器采電流模式控制，電流模式控制優(yōu)點(diǎn)有：（1）具電壓前饋的特性，控制電路可立即修正輸入電壓的變動(dòng)，且誤差放大器能夠專(zhuān)門(mén)對負載變動(dòng)做校正，當電源或負載發(fā)生變化時(shí)能迅速反應。（2）逐個(gè)脈沖檢測和調節電流，能夠準確且靈敏地控制激磁和半導體組件的正確電流，并限制最大輸出電流，因此電源的過(guò)流及短路保護也很靈敏與迅速，轉換器運作的可靠度大大提高。（3）單極點(diǎn)的頻率響應，誤差放大器的補償可使用較大的增益帶寬，對負載變動(dòng)有較佳的動(dòng)態(tài)響應。而4信道LED驅動(dòng)器采線(xiàn)性電流平衡機制，其優(yōu)點(diǎn)為（1）使LED電流精確度高且電流漣波較?。?）當進(jìn)行調光時(shí)，反應速度快（3）提升整體系統穩定度（4）降低EMI.

　　綜合上述優(yōu)點(diǎn)，LD7889又要求（1）線(xiàn)路精簡(jiǎn)化，將驅動(dòng)LED的功率組件整合至控制IC內，（2）效率優(yōu)化，LED通道有較低的調節電壓，（3）高壓制成（約60V耐壓） ,滿(mǎn)足現階段側光式LED電壓需求。所以此類(lèi)電路架構廣受LED backlight電源設計者喜好。

圖二： LED Backlight拓撲架構：Boost Converter +Internal MOSFET Current Balance.