电视背光LED发力驱动方案能效优先

本报记者冯晓伟
LED作为LCD的背光源并不是什么新生事物，其驱动技术也已非常成熟。但是，从小尺寸的便携式应用拓展到大尺寸的液晶电视，新的应用领域对LED驱动电路也提出了更为苛刻的要求。同时，由于液晶电视背光LED也面临着不同模式的选择，因此对于驱动电路设计也要比较各种方案的优劣。

大尺寸背光提出新要求
●液晶电视对背光LED驱动电路要求更严
●RGB背光驱动研发应注重控制系统

随着LED价格的下降和绿色能源概念的深入人心，以LED为背光源的应用领域已经由手机等便携式产品迅速拓展到笔记本电脑、台式电脑监视器和液晶电视等中、大尺寸显示领域。传统中、大尺寸液晶显示器使用的CCFL（冷阴极灯管）背光面临着LED咄咄逼人的攻势。“LED背光照明与传统CCFL照明源的区别在于，前者具有更好图像质量、更纤薄设计、低功耗以及环保的优点，而这些正是LED照明方案快速获得采纳并取代CCFL照明方案的原因所在。”飞兆半导体PCIA照明部总监李在鹏说。AnalogicTech公司首席执行官RichardWilliams也表示：“使用LED背光将比CCFL背光节能约30%%。采用CCFL不仅能耗较高，而且使用汞元素会对环境造成污染。目前，越来越多的液晶电视采用LED作为背光源。”
然而，大尺寸LCD对背光LED驱动电路的要求更为严格。杭州茂力半导体技术有限公司暨MPS杭州研发中心总经理任远程在接受《中国电子报》记者采访时表示：“随着面板尺寸的增大，LED背光的功率也迅速增大，对LED驱动电路也提出了新的要求。驱动电路要能将12V或24V电压变换成更高的电压以驱动更多串联的LED；对每一串LED之间的电流要能实现高精度的均流以保证背光的均匀；转换效率要更高，从而降低在有限的空间内产生的热量；要实现严格的开路和短路保护。”
“LED背光从便携式应用领域转向液晶电视应用领域，变化非常大。”杭州士兰微电子股份有限公司电源及功率驱动产品线总经理吴建兴告诉记者，“屏幕尺寸的变化导致背光功率的变化，从手机的几百毫瓦提升到液晶电视几十瓦甚至是几百瓦。另外就是供电电源的变化，手机采用锂电池供电，典型值在3.7V～4.2V；而在液晶电视应用中，供电端是由AC-DC产生的12V或24供电系统。所以液晶电视背光与手机背光完全是两个不同的产品平台，在可靠性、效率、电流匹配、调光比等多个方面都对液晶电视背光LED驱动有了全新的要求。”

边缘式方案更具成本优势
●边缘式与点阵式背光LED各有优势
●两级驱动方案更受青睐

液晶电视的LED背光方案也有两种形式，即边缘式和点阵式(直接式)。RichardWilliams告诉记者：“边缘式的LED背光方案，其实就是在LCD的边缘即以前布置CCFL的地方安装若干LED，形成若干LED‘光带’；而点阵式则是将LED以点阵的形式布置在LCD显示屏的下方。”“采用点阵式LED背光方案，LED电流吸收器的智能控制为基于影像内容的个别部分提供了精准的亮度，并可为观看者提供更纯正的黑色，同时改善对比度，从而获得更好、更自然的观看效果。此外，其动态LED背光还能满足大型平板电视日益严格的能耗标准。”RichardWilliams说。“边缘式有结构简单、价格便宜的优势；而点阵式有图像质量好，对比度高的特点，但是驱动线路相对复杂，需要有数字接口和图像解码芯片进行通信。”任远程说，“边缘式背光的三级驱动电路已经成熟，目前业界关注的重点是如何降低成本和提高效率。MPS提出了‘驱动能量部分处理’的设计概念，通过这样的设计，约80%%的能量仅仅处理了两次就接到了LED上，而只有约20%%的能量被处理了3次；驱动器的效率达到了97%%以上，较三级架构提高了5%%～6%%；同时，因为可以采用低压器件，成本也降低了很多。如果边缘式架构中的LED串数由现在的4串减少到1串，那么两级驱动线路在成本和驱动效率上将更有吸引力。”
吴建兴也向记者比较了边缘式与点阵式背光LED方案的优劣。“边缘式背光优点是成本低，耗电少;其缺点是背光的均匀度不够，背光色域与CCFL背光接近。点阵式的优点是背光均匀，色域宽广，可以进行区域性调光。缺点是成本较高，耗电较大，机型不能做成超薄。”吴建兴说，“边缘式背光方案主要由驱动电路独立构成，规格相对简单，在设计中关注的重点是拓扑结构(升压/降压)、单路或多路输出(确定LED串并方式)、调光方式、输出功率等。直接式背光应该是一个系统，由控制部分与驱动部分组成，如控制部分要考虑区域调光边缘处理及智能背光等功能的问题，整个系统会比较复杂；仅对驱动电路而言，除了增加控制部分接口外，在恒流匹配性及调光比上要求会更高。”