高清电视机背光照明应该用什么类型的LED？

电源产品部

产品市场经理

Tony Armstrong

背景

用来驱动白光 LED 的 LED 驱动器集成电路约占总 LED 驱动器市场的 50%，白光 LED常用来为很多电池供电型手持式便携产品的小型显示屏提供背光照明。不过，这类照明应用已经成熟，未来 5 年不会有很高的年复合增长率。就 LED 照明应用而言，年复合增长率远高于手持式产品背光照明市场的 3 个最大的市场依次是：大型平板显示屏高清电视机、汽车前灯照明和通用照明。

随着消费者要求高清电视机具有更大的平板显示屏和更高的分辨率，对电视机的需求已经迅速从等离子高清电视机转向了 LED 高清电视机。根据 DisplaySearch 公司的数据，等离子高清电视机的销售高峰将出现在 2008 年，销售收入为 240 亿美元；而 2008 年 LCD 高清电视机市场将达到 750 亿美元，到 2010 年则增长到 930 亿美元。显然，LED 电视机市场已经开始“繁荣”了。

从运动模糊到色彩再现，目前的 LCD 高清电视机有各种缺点。目前一代 LCD 高清电视机无法获得真正的黑色，而且所有颜色的动态范围都较小。普通高清电视机用 CCFL 管进行背光照明，只具有 450 至 650cd/m2 的对比度。这些高清电视机的主要问题是，对 CCFL 背光照明不能完全关断或不能进行局部调光。

相反，采用高亮度 LED 背光照明，LED 阵列 (就 46 英寸显示屏而言，可含有多达 1600 个 LED) 可以对背光照明“组”调光或进行局部关断，从而实现比 CCFL 设计几乎高一个数量级的对比度 (> 4000cd/m2)。另外，通过调整背光照明 LED 组的亮度，可以再现更多的中间色调，从而使画面更加生动。另一个好处是能够从局部完全关断 LED，从而减轻了运动模糊问题。通过在帧之间完全关断 LED，几乎彻底消除了快速运动物体引起的模糊问题。在解决这种 CCFL 背光照明 LCD 电视机所面临的快速运动模糊问题时，LED 非常快的响应速度是至关重要的。

设计师的两难处境

冷阴极荧光灯 (CCFL) 常常用来为大型平板显示器提供背光照明，但是它们的色谱有限，而且色彩不够鲜明。RGB LED 实际上扩展了可见光范围。另外，在美国国家电视系统委员会 (NTSC) 定义的颜色中，CCFL 能显示出约 80%，而 RGB 可以显示出的 NTSC 色谱多达 110%，从而在显示屏上更准确地显示出图像的本原风貌。采用 3 个单色光源，如红色、绿色和蓝色 (RGB) 激光，可以获得可能实现的最广色谱。

另一方面，白光 LED 背光照明非常适用于手持式和移动显示屏，因为白光 LED 外形尺寸小、简单易驱动、对机械应力不那么敏感、与 CCFL 比较预期寿命长两倍。不过，白光 LED 在色谱方面与 CCFL 有同样的缺点，因为白光 LED 等同于宽带光源。白光 LED 是蓝光二极管覆盖荧光粉形成的，它把部分蓝光转变成黄光，组合形成的光谱被视作白光。

与单色光源相比，RGB LED 以较低的成本提供接近窄带的色谱。RGB LED 不仅改善了色谱，而且还提高了效率，因为 RGB LED 只按照所需要的红光、绿光和蓝光发射光能。相对而言，宽带光源 (如白光 LED 和 CCFL) 发出了较多不需要颜色的光，降低了色谱的纯度，因此损失了效率。既然不同颜色的 RGB LED 可以单独驱动，那么 RGB LED 的白光点或色温就可以校正，而 CCFL 和白光 LED 的白光点都是固定的。

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LED 的调光考虑

传统上，LED 调光是用 DC 信号或滤波 PWM 信号调节流经 LED 的正向电流来实现的。降低 LED 电流可调节 LED 光输出密度。不过，正向电流的变化会导致 LED 发光颜色的变化，因为 LED 的色度随电流而变。LCD 高清电视机和汽车背光照明等很多应用不容许 LED 的发光颜色有任何偏差。由于周围环境光线变化不同以及人眼能够感知光强的微小变化，因此在这些应用中需要宽调光范围。用 PWM 信号控制 LED 的光强，可以不改变发光颜色而实现 LED 调光。

“True Color PWMTM 调光” 通过 PWM 信号调节 LED 亮度。它实质上是以 PWM 频率用满电流接通和断开 LED。人眼的限制为每秒 60 帧。通过提高 PWM 频率 (例如提高到 80Hz 至 100Hz) ，人眼就感觉脉冲光源是连续接通的。另外，通过调制占空比 (“接通时间”的长度)，可以控制 LED 的光强。采用这种方法时，LED 的发光颜色保持不变，因为 LED 的电流值或者为零，或者为恒定值。很多高清电视机设计师都要求高达 3000:1 的调光比，以适应环境光线的宽范围变化。

结论

很明显，就高清电视机所用的大型 LCD 平板显示屏的背光照明而言，LED 已经成为主流选择。不过，系统设计师仍然需要满足其特定设计性能要求的 LED 驱动器集成电路。因此，LED 驱动器集成电路必须能够以满足输入电压范围和所需输出电压及电流要求的转换拓扑，为很多不同类型的 LED 配置提供充足的电流和电压。所以，LED 驱动器集成电路需要有以下特点，以满足设计师的需求：

(1) 宽输入电压范围

(2) 宽输出电压范围

(3) 高效率转换

(4) 严格调节的 LED 电流匹配

(5) 以低噪声、恒定频率工作

(6) 独立的电流和调光控制

(7) 宽调光比

(8) 用极少的外部组件组成占板面积紧凑的小型解决方案