系統(tǒng)級方法優(yōu)化LED背光設(shè)計
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2014-10-16
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在LCD電視業(yè)界,，LED正快速成為背光技術(shù)的選擇,，同時它也正在不斷進入更大尺寸屏幕的領(lǐng)域。LED尺寸小,，CE認證，功耗低,，顯示性能也好,，所以在它即將成為所有LCD產(chǎn)品的主流背光源，這點基本上沒有什么疑問,。但是,，系統(tǒng)設(shè)計師們必須知道如何對LED背光設(shè)計進行優(yōu)化,，只有那樣才能在市場中獲勝，這個市場的競爭將是很激烈的,。
在開發(fā)下一代基于LED的平板電視時,，LCD電視系統(tǒng)設(shè)計師們面臨著眾多選擇。他們必須選擇使用直下式還是側(cè)光式LED背光結(jié)構(gòu),，還要從多種調(diào)光技術(shù),、功率管理方法以及熱保LED正在快速成為大型顯示屏的主流背光源，但設(shè)計師們還需要解決熱量管理,、功率管理,、亮度調(diào)節(jié)以及其他問題，這樣才能設(shè)計出性能優(yōu)化的系統(tǒng),。Xiaoping Jin和Arkadiy Peker如是分析,。
在LCD電視業(yè)界，LED正快速成為背光技術(shù)的選擇,，同時它也正在不斷進入更大尺寸屏幕的領(lǐng)域,。LED尺寸小，功耗低,，顯示性能也好,，恒光電器，所以在它即將成為所有LCD產(chǎn)品的主流背光源,，這點基本上沒有什么疑問,。但是，系統(tǒng)設(shè)計師們必須知道如何對LED背光設(shè)計進行優(yōu)化,，照明資質(zhì),，只有那樣才能在市場中獲勝，家用照明,，這個市場的競爭將是很激烈的,。
在開發(fā)下一代基于LED的平板電視時，LCD電視系統(tǒng)設(shè)計師們面臨著眾多選擇,。他們必須選擇使用直下式還是側(cè)光式LED背光結(jié)構(gòu),，LED燈管，還要從多種調(diào)光技術(shù),、功率管理方法以及熱保護技術(shù)中加以甄別,。他們要關(guān)注如何實現(xiàn)精確又穩(wěn)定的色彩管圖l理，以及如何更好地將LED背光控制和視頻處理器進行同步,，廠房照明,，以便實現(xiàn)Dl、D2和D3背光尋址技術(shù)。還有,，設(shè)計師們還必須選出最佳的LED背光設(shè)置圖形用戶接口(GUI),。
隨著TV面板尺寸越來越大，分辨率越來越高,，這些決策也變得越來越重要了,。隨著TV面板全面轉(zhuǎn)向1080p分辨率，并且顯示面積不斷增加,，TV背光單元(BLU)在圖像顯示質(zhì)量中所扮演的角色也更加重要了,。
在為大型LCD TV設(shè)計下一代LED的BLU時，有幾個關(guān)鍵因素必須考慮,。比如,，在每個邊以及從中心到邊角之間的照明度必須一致，還要在實現(xiàn)高動態(tài)范圍對比度和更深的黑度之間取得平衡,。色域也很重要,，必須達到或超過NTSC的要求。視頻品質(zhì)則必須滿足所有動態(tài)影像反應(yīng)時間(MPRT)的必需要求,，同時為了降低能耗,，照明效率也應(yīng)當較高。
為了達到滿意的圖像品質(zhì),，TV面板生產(chǎn)商有一些選項,，包括側(cè)光式(DO)，或者為了提升效率采用掃描調(diào)光(D1)或者本地或區(qū)域調(diào)光(D2),。通過使用RGB LED BLU以實現(xiàn)D3,，也即針對紅、綠,、藍三種LED的亮度進行獨立的本地或區(qū)域調(diào)光,，才能獲得最佳的圖像質(zhì)量。
除了圖像品質(zhì)以外,，尚有很多和前述每種BLU設(shè)計相關(guān)的成本或?qū)崿F(xiàn)的問題,。側(cè)光式和直下式LEDBLU都有不同的要求，這又會影響到系統(tǒng)級能耗效率,，并且對功率系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計產(chǎn)生影響,。
設(shè)計師必須選用最佳的LED串驅(qū)動模塊，當然,，照明控制系統(tǒng)的選擇也很重要,，它可以在很寬的輸入電壓和工作溫度范圍內(nèi)對LED電流進行精確地控制，同時還能提供足夠的熱保護,。同樣,，節(jié)能與環(huán)保,，在RGB-LED的BLU實現(xiàn)過程中， led商業(yè)照明,，CCC認證，還應(yīng)具備精確的色彩管理;BLU與系統(tǒng)視頻處理器的同步是為了實現(xiàn)BLU尋址機制(包括DO,、Dl,、D2以及D3亮度調(diào)節(jié)方案)。
通常,，基于LED的BLU總是含有多個白光或紅,、綠、藍光的LED串,。BLU還會集成照明控制,，以及一個帶有視頻處理接口的控制器，LED天花燈,，利于亮度調(diào)節(jié),。另外，BLU還會帶有周邊環(huán)境光感應(yīng)器(用于W-LED BLU)或者RGB光感應(yīng)器(用于RGB-LED BLU),，并外帶診斷功能,。
BLU上集成的功率模塊，帶有一個或多個功率供應(yīng)單元(PSU),，外加熱量管理功能和通向BLU照明控制以及管理模塊的接口,。最后的元件是LED驅(qū)動器和相應(yīng)的保護機制。對于BLU功率系統(tǒng)來說,，設(shè)計的基本需求是成本低,、尺寸小、效率高,，所有這些都會受到亮度調(diào)節(jié)功能實現(xiàn)方案的影響,。舉例來說，一個使用DO亮度調(diào)節(jié)的側(cè)光式BLU會要求有數(shù)量多但尺寸很小的PSU,，而直下式則用D2本地或區(qū)域調(diào)光的BLU就能接受數(shù)量較少且尺寸較大,、較高的PSU。
要想理解亮度調(diào)節(jié)功能對PSU設(shè)計的影響,，搞清楚LED的工作原理是首要的,。LED是一種電流驅(qū)動型器件，道路照明,，它的輸出亮度與輸入電流直接成正比,，電流又是通過恒定直流電源輸出，以保持穩(wěn)定的發(fā)光亮度,。恒流源同LED正向電壓(VF)保持獨立,，恒光電器,照亮您的生活，即使溫度變化也是如此。
圖1是一個RGB-LED BLU,， led質(zhì)量,，其中RGB-LED陣列是由一個恒壓源(PS)驅(qū)動的，該恒壓源采用一個獨立的電流源進行控制,。對于W-LED串來說,，把每個彩色的LED換成白色LED就可以了。
圖1所示的RGB-LED BLU在實現(xiàn)起來功率效率上會出現(xiàn)折衷,。PSU的必須能夠支持LED陣列或LED串(最大的VF總值),。因為不同色彩的LED之間甚至相同色彩的LED之間VF會存在差異，這將引起過度的能量消耗,。這些差異通常是由LED制造工藝的變化而引起的,。就拿飛利浦Lumileds的紅光Luxeon LED舉個例子，它的典型VF壓降是2.95V,而綠光LED的典型VF壓降是3.99V,。
因此,，PSU的最大電壓就應(yīng)該是39.9V，這對紅光LED陣列來說會引起過量的能量消耗,，其消耗量Pd=(39.9V-29.5V)×0.35A= 3.64W.
為了提升能量效率,，系統(tǒng)設(shè)計師可以為每個R/G/B陣列設(shè)計一個單獨的DC/DC轉(zhuǎn)換器，并且可以通過調(diào)節(jié)流經(jīng)LED串的電流感應(yīng)電阻上的電壓值,，把它轉(zhuǎn)變成為一個恒流源,。這個方法相對比較昂貴，但它具有更高的能源效率,，同時還可以用于W-LED方案,，只需把其中的彩色LED替換成白光LED即可。
熱量管理是設(shè)計中要考慮的重要問題,。LED BLU必須能夠?qū)ED產(chǎn)生的熱量參數(shù)進行管理,。隨著溫度的上升，這個參數(shù)的存在會減少發(fā)光量,。如果PWM的做功周期的增長速度要比LED的VF下降得更快,，就會讓LED背光系統(tǒng)進入發(fā)熱失控的狀態(tài)。發(fā)光控制和管理模塊必須對LED的溫度進行測量,，如果這個溫度超過某個預(yù)設(shè)值,，應(yīng)減少所有RGB PWM信號的做功周期，以此避免LED熱量失控,，從而避免LED BLU和顯示器的毀壞,。
色彩管理也很重要。對W-LEDBLU來說,，只需要一個顯示亮度感應(yīng)器來維持整體的亮度,，但RGB-LEDBLU系統(tǒng)就需要更復(fù)雜的RGB感應(yīng)器以及閉合的色彩環(huán)來管理預(yù)設(shè)值或者是用戶設(shè)定的白點,。通過應(yīng)用先進的亮度調(diào)節(jié)技術(shù)，比如Dl掃描調(diào)光,、D2本地或區(qū)域調(diào)光以及D3基于RGB的區(qū)域或本地調(diào)光,，就可以得到最佳的圖像品質(zhì)（圖2）。