直下式LED背光源驅(qū)動應(yīng)用探討

LED應(yīng)用于電視背光模塊，因有著低耗電、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(cè)光式。

　　側(cè)光式LED背光將LED燈條放置在TV模塊側(cè)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(cè)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(tǒng)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屏幕，而傳統(tǒng)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(shè)置不同的背光模塊權(quán)責區(qū)域使后畫面細節(jié)更細膩逼真，屬于高階直下式（High-End Direct）機種，然而LED晶粒過多且線路設(shè)計復雜成本較高的問題下，未能成為市場主流。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）及樂金電子（LG Electronics）為吸引消費者需求，開發(fā)出消耗電力較低、價格亦較低的直下式LED TV機種，價差與CCFL 型LCD TV拉近至10%以內(nèi)，因無分區(qū)及時序同步控制一般稱為低階直下式（Low Cost Direct）LED TV.

　　低價直下式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(shù)組式，并且將LED封裝上增加了一個特殊的透鏡，進一步提高發(fā)光效率，因此可以使用較少的LED.背光模塊較厚，因為LED的光線需要足夠的反折射空間，因此它與一個傳統(tǒng)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。通過移除增亮膜（DBEF），成本可更進一步降低。因為沒有導光板，就需要高效率擴散板來保持的亮度均勻性。另一個方面是降低了面板的亮度。綜上所述，此方法創(chuàng)造一個直下式的LED背光模塊其厚度與CCFL機型相同，但是成本卻低于側(cè)光式的LED背光模塊。

　　就使用LED晶粒而言，低價直下式采用的系1瓦以上的高功率LED,相比之下，側(cè)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，低價直下式背光源模塊廠能以較少的LED使用顆數(shù)，即可達成系統(tǒng)客戶對于亮度的要求。 以40家韻碌LED TV估算，側(cè)光式約采用七十至八十顆LED,低價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(shù)顯著減少之下，低價直下式LED TV的LED總成本將較側(cè)光式LED TV明顯降低。

　　許多電視面板制造商在設(shè)計這個新概念時，都朝向與CCFL背光模塊相同的成本來努力。挾著與冷陰極管（CCFL）相近成本的優(yōu)勢，低價直下式LED背光正快速在入門級和主流液晶電視市場攻城略地。NPD Display Search指出，在低價直下式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%的市場滲透率（圖一）。反觀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(yīng)用于側(cè)光式LED backlight driver以4通道電流源的升壓控制驅(qū)動器為主流，以Leadtrend LD7889為例，其拓樸架構(gòu)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，且誤差放大器能夠?qū)ｉT對負載變動做校正，當電源或負載發(fā)生變化時能迅速反應(yīng)。（2）逐個脈沖檢測和調(diào)節(jié)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，因此電源的過流及短路保護也很靈敏與迅速，轉(zhuǎn)換器運作的可靠度大大提高。（3）單極點的頻率響應(yīng)，誤差放大器的補償可使用較大的增益帶寬，對負載變動有較佳的動態(tài)響應(yīng)。而4信道LED驅(qū)動器采線性電流平衡機制，其優(yōu)點為（1）使LED電流精確度高且電流漣波較小（2）當進行調(diào)光時，反應(yīng)速度快（3）提升整體系統(tǒng)穩(wěn)定度（4）降低EMI.

　　綜合上述優(yōu)點，LD7889又要求（1）線路精簡化，將驅(qū)動LED的功率組件整合至控制IC內(nèi)，（2）效率優(yōu)化，LED通道有較低的調(diào)節(jié)電壓，（3）高壓制成（約60V耐壓） ,滿足現(xiàn)階段側(cè)光式LED電壓需求。所以此類電路架構(gòu)廣受LED backlight電源設(shè)計者喜好。

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