白光型發(fā)光二極管(WLED)之背光設(shè)計兵法

前言：

白光型發(fā)光二極管（White Light-Emitting Diode；WLED，也經(jīng)常寫成：White LED）的出現(xiàn)，使LED擺脫過去只能用在指示燈號、霓虹燈飾等場合，開始往電子照明領(lǐng)域邁進，包括汽車的方向輔助燈、初階數(shù)字相機的閃光燈等都已能用WLED代替，更有甚者，已有業(yè)者將WLED的裸晶面積加大制造，從2×2mm擴增至5×5mm，增強其發(fā)光，使WLED也能用在汽車的主照燈上，只待審議核可便可上市。

除此之外，WLED還有一項熱門的應(yīng)用，即是充當(dāng)LCD的背光源，以取代過往的冷陰極燈管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）。不過，現(xiàn)階段將WLED用于背光有其益也有其害，如何取益避害，將是電子工程設(shè)計者所關(guān)切的，本文以下就來說明幾種WLED背光設(shè)計的情境，并藉此了解個中應(yīng)有的注意及要領(lǐng)。

■手機、數(shù)位相機

▲NS針對手持裝置所提出的LP3954芯片，該芯片具有WLED背光驅(qū)控、WLED閃光燈驅(qū)控等能力，此外也具有RGB LED控制、ADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等功能。

一般而言，手機、數(shù)字相機（預(yù)覽窗）等裝置所配屬的LCD顯示器皆屬小尺寸，如2.2"、2.5"等，而有的掀蓋式手機還配有副顯示屏，副顯示屏較主幕來得小，約多在1.2"左右，以上這些小?際??CD若用WLED作為其背光源，只要簡單地將3?6顆WLED（使用顆數(shù)端視畫面大小而定）加以串并聯(lián)即可實現(xiàn)。

WLED除了做手機、數(shù)字相機的LCD背光外也能有其它的用處，例如今日的手機在按鈕時也會發(fā)光，以方便使用者在暗處撥號（按鍵背光），或者來電時天線部位會發(fā)光提示，這些也都可用WLED，另外初階數(shù)字相機或帶有照相功能的手機，也開始用WLED充當(dāng)閃光燈（約1?4顆），如此在單一裝置內(nèi)使用更多顆的WLED，組件用量增加且一致化，在設(shè)計及制造的供應(yīng)調(diào)度上都有益處。

雖然小?際?CD的背光只要簡單串并、排列3?6顆WLED即可，但進一步有兩個疑問：1.若同一裝置內(nèi)有WLED型閃光燈，閃光燈需要比背光更高的驅(qū)動電流，甚至需要有預(yù)閃功能（防紅眼）。2.背光的亮度并非一成不變，有時會有節(jié)能模式的體貼設(shè)計，在省電模態(tài)下自動將背光亮度降低，或者允許使用者自行調(diào)整亮度。所以WLED背光的驅(qū)動電路不能只是簡單的On/Off設(shè)計，還必須有調(diào)節(jié)驅(qū)動電流（進而改變WLED亮度）的能力，且照相手機愈來愈多，數(shù)字相機使用WLED型閃光燈的機會也愈來愈高，因此對設(shè)計者而言必須設(shè)計2組WLED驅(qū)動電路，1組供WLED背光，1組供WLED閃光，同時2組都要有調(diào)整亮度的能力。

由于這類型的設(shè)計需求愈來愈多，因此許多模擬IC、電源管理IC的業(yè)者紛紛提出解決方案，即WLED驅(qū)動IC（英文稱為：White LED Driver），驅(qū)動IC可同時掌控WLED背光與WLED閃光，包括On/Off的亮滅控制、多段式亮度控制等，其中亮度控制只要改變流經(jīng)WLED的電流量即可，流量大則亮度高，流量小則亮度低，改變方式可采電壓調(diào)整法或脈寬調(diào)變（Pulse Wide Modulation；PWM）法。

所謂電壓調(diào)整法，在于改變WLED的驅(qū)動電壓，電壓高則流經(jīng)WLED的電流量也會增加，進而增亮，反之亦然，然電壓調(diào)整法對電流量的操控不夠細膩，些微的電壓改變就會使電流量大幅變動，除非使用極細膩的電壓調(diào)整電路，但因此也會使成本與電路復(fù)雜度（體積）大增。相對的PWM法是改變WLED明滅的工作周期（Duty Cycle），以WLED的導(dǎo)通（點亮驅(qū)動）周期百分比、頻率來控制亮度，不僅可以細膩調(diào)整且成本、復(fù)雜度都較低，今日WLED驅(qū)動IC普遍采行此法來調(diào)整亮度。

至于有哪些業(yè)者提供WLED驅(qū)動IC？答案是：現(xiàn)有模擬IC、電源管理IC業(yè)者幾乎都有提供，如Linear、MAXIM、Micrel、NEC、NS、以及TI等。國內(nèi)業(yè)者也有ARQUES（雅捷科技）、AIC（沛亨半導(dǎo)體）、AME（安茂微電子）、以及Richtek（立?科技）等。

另外也回到更前頭的疑問：用WLED取代CCFL有何優(yōu)點？有何缺點？關(guān)于此先說明優(yōu)點，WLED只要正向電壓即可驅(qū)動，且可以直接用鋰電池的3.6V來驅(qū)動，相對的CCFL需要交流電壓才能驅(qū)動，且要較高的驅(qū)動電壓（多在正負10V以上），所以電源不僅要反相還要升壓，供電設(shè)計的復(fù)雜性高過WLED。至于缺點，目前WLED的用電效率仍不如CCFL，因此手持裝置在相同的電池電容量下，WLED作法將較CCFL耗電，使裝置待機時間縮短，不過今日手持裝置的應(yīng)用愈來愈多，其它環(huán)節(jié)的用電也在成長（如手機照相閃光燈、手機數(shù)字電視、手機3D電玩、手機MP3隨身聽等），背光部份的成長有時反成為次要問題。

當(dāng)然！WLED還有其它優(yōu)點，例如沒有使用有害物質(zhì)，容易通過歐盟訂立的RoHS法規(guī)，相對的CCFL是運用汞氣體（水銀蒸氣）發(fā)光，鉛、汞等有害物將逐步受各國市場限制。另外WLED對沖撞較具抗受性，反之以光管方式發(fā)光的CCFL一旦受沖撞破裂，就無法再行發(fā)光。也因此今日有許多礦工的配屬頭燈已改用WLED，此在嚴苛、多撞擊的工作環(huán)境、場合中格外受用。