LED背光照明系统的设计方案选项

LED正成为中小型彩色显示器背光照照明应用的主流器件。LED的选择是决定显示子系统设计最佳性价比的关键因素。此外，LED驱动IC能与较低成本的LED协同工作，通过多种方法提升现有LED的性能。除亮度控制外，这些驱动IC还能实现精确的亮度匹配。或允许使用一系列具备不同VF特性的LED。本文介绍各种基于LED的背光照明设计方案选项，以及在考虑成本因素和各种设计方法利弊的前提下，如何优化系统性能。
1.LED驱动电路
设计人员为便携应用选择LED驱动电路时，一般考虑成本和性能因素。系统设计的一个约束条件是可用电池功率和电压，其它约束条件还包括功能特性，例如针对环境光线作出调整及建立LED的架构。
LED可根据不问参数进行筛分，包括正向电压及特定正向电流时的色度和亮度。举例说，白光LED的正向电压范围通常为3.5~4V，典型工作电流为15~20mA。当多个LED在一个背光照明设备应用时，这些LED通常都会进行匹配，以产生均匀的亮度。因此，LED制造商所提供经“差异筛选”或匹配的LED，在某个特定电压范围内其VF或其它参数都是匹配的。这些VF差异通常为3.5~3.65V、3.65~3.8V，以及3.8~4.0V，飞兆半异体最新产品的指定电压为3V。低VF LED小型显示器设备应用，至于较大的彩色显示器通常需要较高的亮度，一般采用中等至高VF值的LED。
一般来说，LED的VF值是系统设计的重要变数。因为由普通电池供电的便携产品如蜂窝电话所使用单一的锂离子电池，其电压范围为2.7~4.2V。如果将系统对电池工作电压的要求设计为不低于3V，设计人员就可以直接使用低至3V且未经稳压的电池电压来驱动LED。
其它经区配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，筛选工艺可测量在给定正向操作电流下的发光强度。
2.使用LED驱动IC优化设计
目前，市场上已有能够驱动多个LED的驱动IC，其功能包括电压提升以至驱动多个串联LED，以便与每列包含一人或多个LED的多例LED进行电流匹配。特定驱动IC可提供独立于LED VF的精确电流匹配，使用这类IC可省去VF差异筛选取的有关费用。另一项常用功能是亮度控制，有助于提供更多功能和改善电源管理。
3.多个LED的亮度匹配
小功率发光管制做大功率半导体灯使用的元器件多，结构复杂，装配麻烦。但由于小功率发光管价格低，灯的生产成本低。
大功率半导体灯的热设计
灯体的热结构设计是制作半导体灯的另一个不容忽视的问题。虽然发光管是冷光源，工作时自身不是灼热体，但电流流过发光二极管时产生的电阻热还是会使灯体升温，半导体材料制作的发光二极管在高温下会迅速老化，光效下降。要减缓发光二极管的光衰，使半导体灯有长的使用寿命，必须降低发光管管芯的温度，要降低管芯的温度，就要降低灯体温度，并且要减小发光管和灯体之间的热阻，这就要求解决好半导体灯的散热问题。
解决散热问题主要靠合理的灯体结构。一种解决方案是使用2--3mm的铝扳做基扳，大功率管直接安装在铝板上，管子之间用引线相连。小功率管可以按照使用的发光管的数目在铝扳上打好孔径和发光管外径相同的孔，再将发光管紧配合镶嵌到铝扳上，发光管引脚在铝扳后面相连。灯的外壳也用金属材料制作，装好发光管的铝扳和金属外壳紧密装配，这样，灯工作时产生的热量可以通过铝扳传导到金属外壳上，金属外壳暴露在空气中，热量就可以通过辐射和对流散去。暴露在空气中的金属外壳的表面积要按照约每瓦50平方厘米考虑。为了既减小灯的体积又保证较大的散热面积，灯体外壳应该是带肋条的散热片结构。