中心議題：

• LED亮度控製
• 白光LED和電池技術
• 背光照明驅動器的拓撲
• RGB-LED背光照明
• 鍵盤背光照明和其他裝飾燈光

如(ru)今(jin)，大(da)部(bu)分(fen)便(bian)攜(xie)式(shi)設(she)備(bei)尤(you)其(qi)是(shi)移(yi)動(dong)電(dian)話(hua)中(zhong)的(de)鍵(jian)盤(pan)背(bei)光(guang)照(zhao)明(ming)以(yi)及(ji)其(qi)他(ta)裝(zhuang)飾(shi)燈(deng)都(dou)傾(qing)向(xiang)於(yu)采(cai)用(yong)個(ge)性(xing)的(de)設(she)計(ji)方(fang)式(shi)。然(ran)而(er)，顯(xian)示(shi)屏(ping)的(de)背(bei)光(guang)和(he)鍵(jian)盤(pan)的(de)背(bei)光(guang)在(zai)要(yao)求(qiu)上(shang)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)
，而(er)且(qie)這(zhe)分(fen)別(bie)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)相(xiang)關(guan)LED的驅動方法。

現在大部分的便攜式電子產品，如移動電話、個人電子手帳、導航係統等
，都擁有一個需要背光照明的小型LCD顯示屏作為用戶界麵。人們用這些設備來觀看高分辨率的相片
、影片和上網瀏覽的時間亦越來越長。這樣，人們對具備媒體存儲能力的高質亮顯示屏的需求變得越來越強烈，對背光LED和驅動器技術的挑戰也就越大。現今，雖然白光照明LED主導了市場
，但新湧現的紅綠藍(RGB)背光可改良顯示屏上的色彩飽和度，因此前景無限。

LED和鋰離子電池的改變將會影響背光驅動電路的設計。並且
，在便攜式設備上增加LED的數目會造成LED驅動設計上的挑戰。最常見的挑戰包括電源效率、控製界麵/可編程能力、方案的大小尺寸、電磁幹擾(EMI)和係統成本等。

亮度控製

背光照明LED的亮度控製可經由脈衝寬度調變(PWM)或恒流控製來實現。PWM亮度控製需動用一個恒流驅動器來驅動LED，但需要調節開/關時間才能達到所需的光度。因此PWM控製比直接的恒流控製更加複雜。

恒流控製的好處是沒有了連續的開關動作，因此進行亮度調校時，由LED色譜位移而引致的EMI較低。LED製造商將LED按照“群集電流”來分組，並確保LED的表現不會降低。當群集電流改變時，LED的亮度變化會多於設定的規格，因此肉眼能分辨出背光照明LED之間的不同亮度。當使用很低的電流時，上述情況尤其明顯。

如果使用PWM來控製亮度，那亮度調節便會在整個範圍內呈線性，而且被調節時不會產生顏色上的變化。不過，PWM的變換會產生電磁幹擾和可聽得到的噪聲。該噪聲是由陶瓷電容器的壓電效應所產生。為了免除這可聽噪聲，PWM的頻率必須高至人耳收聽不到的水平，如20kHz。另外一個方法便是使用很低的頻率
，令應用中的電容器和電路板不會產生共鳴，並保證不會產生出可聽到的“啪啪”聲(如250Hz)。通過減慢PWM控製的上升/下降沿可有助削減電磁幹擾的強度。

背光照明驅動器的拓撲

驅動器拓撲可以分為並聯和串聯兩種。當每一個LED均需要做個別控製時，會使用並聯驅動。在背光照明的應用中，所有LED的亮度應該是一致的。但如果使用並聯驅動器
，LED電流之間可能會出現輕微的失配。幸而，配合最新的驅動器後
，這種電流失配就變得微不足道了。因為這些LED的典型亮度容差一般比輸出電流中的失配大很多。

當背光照明LED串聯在一起時，相同的電流會流通所有LED
，使得LED電流間出現百分百的匹配。此外，采用串聯驅動後無須為每個LED進行個別的驅動器布線，所以PCB布線變得更容易。由於驅動器輸出的正向電壓已考慮到了數個LED，因此串聯驅動法比並聯驅動法稍勝一籌。串聯驅動需要高壓的升壓轉換器(如20V)來從鋰離子電池中提取足夠的電壓以驅動數個串聯LED。

驅動LED的最普遍方法是用低邊驅動器輸出，LED輸出腳可作為一個恒流下沉(constantcurrentsink)。在這情況下，LED輸出和電源電壓需要獨立的布線。如采用高邊驅動器輸出，那LED的輸出腳便成為電流源
，同時隻有LED接腳要布線，LED陰極則直接接地。通常，在PCB處都有一個接地麵，因此無須進行獨立的布線。圖1所示為不同驅動方法。


圖1並聯高壓側和串聯低壓側驅動[page]

白光LED和電池技術

便攜式設備一般都用一枚鋰離子電池來工作，其電壓視所需的電荷介乎2.8～4.3V之間。白光LED正向電壓一般為3.5V
，這是單一的鋰離子電池通常不能驅動的，因此需要采用升壓式DC/DC轉換器。轉換器可以是電容式(電荷泵)或電感式(磁力升壓)。由於電荷泵的體積較小，一般都會用在並聯LED驅qu動dong器qi上shang。至zhi於yu磁ci力li升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi，一yi般ban都dou會hui用yong於yu高gao壓ya的de串chuan聯lian驅qu動dong器qi內nei，原yuan因yin是shi電dian荷he泵beng技ji術shu所suo能neng達da到dao的de輸shu出chu電dian壓ya還hai不bu夠gou高gao。轉zhuan換huan器qi輸shu出chu電dian壓ya的de調tiao節jie可ke以yi通tong過guoLED正向電壓的感應來自動(適配性)履行，或者用戶可根據LED正向電壓的規格來設定一個恒壓。

未來

，新型鋰離子電池和LED技術將會為LED驅動帶來新的挑戰。配合最新的化學成果，電池電壓的範圍將擴大到2.3～4.7V，而典型的白光LED正向電壓將會下降至2.9V。與此同時，輸出驅動器的飽和電壓都會隨著下降。當采用並聯驅動時，要高效地驅動一個2.9V的LED，就需要動用一個升降壓轉換器。圖2所示為由電池
、驅動器和LED技術的進步所帶來的效果。


圖2電池和白光LED正向電壓的技術進展

RGBLED背光照明

一般而言，小型LCD顯示屏背光照明都是用一組白光LED來實現的。可是
，使用白光LED的問題是其光譜對光複製並不是很理想。原因是白光LED其實就是在藍光LED麵上加上一層黃色磷光劑。這樣便造成光譜有兩個波峰

，一個在藍色而另一個在黃色。圖3給出一個典型的白光LED與RGBLED光譜比較。

圖3典型白光LED與RGBLED光譜的比較

LCD顯示屏會劃分為三個主色區格：紅

、lvhelan，secaishiyouzhesanzhongzhusehunhelaidingyi。yaobashihedeyanseguolvdaomeiyigesege，nabianxuyaoshiyongyanseguolvqi。yanseguolvqihuilangfeidabufendeguangxuenengliang，jishizaiguolvhouyeyiyang，yincichuanguoLCD後的色譜並不理想。如此一來，采用白光LED背光照明可以在LCD屏麵上產生出最多75%的NTSC(美國國家電視標準委員會)色彩(傳統LCD顯示屏上的紅色端邊處的限製尤甚)。然而，當使用RGBLED來做LCD顯示屏的背光照明時，色彩複製可以覆蓋100%的NTSC色彩
，從而令到顏色更光亮
、畫質更高。假如配合優化的顏色過濾器，那所浪費的能耗可比白光LED背光照明來得更少。圖4所示為一個LCD顯示屏的結構。



圖4LCD顯示屏的構造[page]

使用RGB背光時，當LED溫度改變時，驅動器必須更正紅、lvhelansanzhusejiandeliangdupingheng，yifangchuxianbaidianweiyi。ciwai，haixubaozhengqudongqizairenhecaozuowenduxiaweichiguangdezhengqueqiangdu。erzaibuchangfangmian，keyiyongbihuanhuokaihuanxingshi。ruoshiyongbihuanbuchang，bianxucaiyongganguangqilaiceliangbaidianheqiqiangdu。xiangfandi，rushiyongkaihuanbuchang，nawendubianxushixianliangduchulai，bingtongguoyuxiandingyihaodebuchangquxianlaitiaojieliangdudepingheng。

美國國家半導體的LP5520就是RGB背光照明驅動器的一個例子
，它是一個開環補償式LED驅動器。圖5所示為開環顏色補償的原理。其中，溫度補償曲線是用現實應用中的RGBLED來量度的，這些曲線被編程在芯片內部的EEPROM存儲器中。該芯片被集成到LCD顯示模塊上，而模塊的製造商會在生產時為補償曲線編程。此外
，RGBLED背光亦可用作優化顏色過濾器。


圖5開環顏色補償的操作原理

鍵盤背光照明和其他裝飾燈光

yuxianshipingbeiguangzhaomingbijiao，jianpanbeiguangzhaomingyongyouyixietebiedeyaoqiu。jianpanbeiguangzhaomingsuoyaoqiudeyansebuyidingxuyaobaise
，keyishiqitarenheyanse。shixia，bianxieshishebeizhongdejianpanzhaomingheqitazhuangshidengdeshejiquxiangshichanshenggengduodedengguangxiaoguo。xianshipingdebeiguangkongzhitongchangdoushicaiyongdanru/淡出的開/關方式
，但裝飾燈的控製則比較複雜。通過采用RGBLED作鍵盤的背光照明，隻要簡單地改變紅、綠和藍LEDjiandeliangdupingheng，biankegaibianyanseheshebeidezhenggewaiguan。zheyang，shejirenyuanbiankepingjieruanjiankongzhilaiweibianxieshidianhuahuoqitabianxieshishebeijiatiandutedegexing。

對dui於yu一yi些xie複fu雜za的de照zhao明ming次ci序xu
，諸zhu如ru不bu同tong顏yan色se間jian的de漸jian變bian
，除chu了le需xu有you一yi個ge簡jian單dan的de生sheng效xiao控kong製zhi接jie腳jiao外wai，還hai需xu用yong到dao一yi個ge比bi較jiao精jing密mi的de控kong製zhi方fang法fa。在zai這zhe方fang麵mian，I2C控製總線便被廣泛應用到各式便攜式設備上
，原因是它隻需通過兩條電線便可為控製LED驅動器提供很大的靈活性。再者，LED控製不會應用I2C的所有頻寬

，因為實時控製LED的亮度會產生出一定程度的I2C傳輸量。

新LED驅動器，例如美國國家半導體的LP5521
，可ke以yi通tong過guo加jia入ru內nei部bu存cun儲chu器qi和he執zhi行xing核he心xin來lai為wei有you次ci序xu的de照zhao明ming提ti供gong最zui低di限xian度du的de實shi時shi控kong製zhi。照zhao明ming次ci序xu在zai通tong電dian後hou會hui寫xie入ru一yi個ge內nei部bu的de存cun儲chu器qi，之zhi後hou外wai部bu的de觸chu發fa器qi接jie腳jiao或huoI2Cxieruhuiyonglaiqidongzhegezhaomingcixu。dangzhaomingcixuzaiyunxingshi，wuxujinxingchuliqidekongzhi。lirudangdianhuachuyubeiyongzhuangtaishi，yingyongchuliqikeyijinruxiumianmoshi
，danLED仍可履行複雜的照明次序。這些次序可包括時延、上下走動、閃爍、回轉和觸發信號的收/發。

為了進一步減低功耗，最新的LED驅動器均擁有一個自動節能操作模式。其中的DC/DC轉換器隻有鋰離子電池的電壓不足以提供給LED時才會被啟動。此外，當照明次序於內部運行時，驅動器還可在LED不活躍時關閉所有不需要的功能
，此舉可顯著減低電流的平均消耗量。

配合微小的LED驅動器，可創製出分區化照明方案，也就是說將LED驅動器放到LED的附近。這樣，進行PCBbuxianjiugengrongyi
，erqiehaikejianqingdianciganraodewenti。zhenduifenqufangandequdongqihuisheyouwaibudekongzhijiejiao，yiyonglaitongbuhuaduogequdongqi，congerzaochuyouqudedengguangxiaoguo。

對於驅動背光照明LED而言，這裏有幾種驅動器拓撲，具體選擇要視應用而定。毫無疑問

，即將出現的全新鋰離子電池技術和更低正向電壓的白光LED必會為驅動器的設計帶來新的挑戰。

用做LCD顯示屏背光照明的RGBLED一般都會應用在高檔的便攜式電話或其他設備上
，這些應用均要求高素質的畫麵和顏色複製。此外
，配合適當的驅動器、LED和顏色過濾器，采用RGB背光照明比白光LED更省電。

可編程性是時下最先進的鍵盤背光照明驅動器的一個主要功能
，除了較易控製外，還能節省係統能耗。此外，可編程LED驅動器還可為個人化的便攜式電話創造出更多有趣的燈光效果。