RGB與白光LED,如何取舍?

兩難的選擇

當(dāng)需要為 LCD 平面顯示器選擇背光照明時(shí)，設(shè)計(jì)者往往面臨應(yīng)采用白光LED或是具備較純白光的 RGB 光源之兩難處境。白光 led 驅(qū)動(dòng)器和 RGB 驅(qū)動(dòng)器是不同的，舉例而言，用于在可攜式電子設(shè)備中的顯示器、或通用背光照明應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)低高度 RGB LED 的無(wú)電感低噪聲 LED 驅(qū)動(dòng)器IC，以及標(biāo)準(zhǔn)白光 LED 驅(qū)動(dòng)器IC具備不同的效能標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)?RGB LED 與白光 LED 的順向電壓不同，因此需要不同的IC架構(gòu)。通常RGB LED 驅(qū)動(dòng)器會(huì)有一個(gè)單線 ON/OFF 接口和 3 個(gè)單獨(dú)的電阻可編程 LED 電流源以控制調(diào)光和亮度，此外，其會(huì)采用“白光”模式來(lái)優(yōu)化紅光、綠光和藍(lán)光 LED 的電流比，如此，在所有 3 個(gè) RGB LED 編程為 ON 時(shí)將可獲得最佳的白色光。

不同背光照明源的取舍

用來(lái)為顯示器提供背光照明的冷陰極熒光燈(CCFL)具有有限的色譜，而且色彩不夠鮮明。RGB LED 實(shí)際上擴(kuò)展了可見(jiàn)光范圍。另外，在美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)(NTSC)定義的顏色中，CCFL 能顯示出約 80%，而 RGB 則可顯示出的 NTSC 色譜多達(dá) 110%，因此在顯示屏上能更準(zhǔn)確顯示圖像的原貌。采用 3 個(gè)單色光源，如紅色、綠色和藍(lán)色(RGB)激光，將獲得可能實(shí)現(xiàn)的最廣色譜。

另一方面，白光 LED 背光照明非常適用于掌上型和行動(dòng)顯示器，因?yàn)榘坠?LED 外形尺寸小、簡(jiǎn)單易驅(qū)動(dòng)、對(duì)機(jī)械應(yīng)力不那么敏感、且與 CCFL 比較時(shí)，預(yù)期壽命長(zhǎng)兩倍。不過(guò)，白光 LED 在色譜方面與 CCFL 有同樣的缺點(diǎn)，因?yàn)榘坠?LED 等于寬帶光源。白光 LED 是藍(lán)光二極管覆蓋熒光粉形成的，它把部分藍(lán)光轉(zhuǎn)變成黃光，組合形成的光譜被視作白光。

與單色光源相比，RGB LED 以較低的成本提供了接近窄頻的色譜。RGB LED 不僅改善了色譜，而且還提高了效率，因?yàn)?RGB LED 只按照所需要的紅光、綠光和藍(lán)光發(fā)射光能。相對(duì)而言，寬帶光源 (如白光 LED 和 CCFL) 發(fā)出了較多不需要顏色的光，其降低了色譜的純度，因此降低了效率。既然不同顏色的 RGB LED 可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，那么 RGB LED 的白光點(diǎn)或色溫就可以校正，而 CCFL 和白光 LED 的白光點(diǎn)都是固定的。

RGB 與白光 LED 的成本比較

選擇 RGB 或白光 LED 作為背光照明源，可能都滿足特定的最終產(chǎn)品需求。但是由于 RGB LED 較寬的色譜能使畫(huà)質(zhì)提升至最高，因此使用 RGB LED 而舍白光 LED 是有道理的，因?yàn)橄M(fèi)者在決定購(gòu)買(mǎi)哪種型號(hào)的 LCD TV 時(shí)，可能會(huì)因?yàn)樯术r明而愿意多付錢(qián)。不過(guò)，使用 RGB LED 時(shí)，方案尺寸更大、更復(fù)雜且更加昂貴。然而，如果在采用較寬色譜卻不允許產(chǎn)品提高價(jià)格的應(yīng)用中，透過(guò)白光 LED 解決方案作為背光照明源則是一種可接受的選擇。

調(diào)光考慮

傳統(tǒng)上，LED 調(diào)光是以 DC 信號(hào)或?yàn)V波 PWM 信號(hào)調(diào)節(jié)流經(jīng) LED 的順向電流來(lái)達(dá)成的。降低 LED 電流可調(diào)節(jié) LED 光輸出密度。不過(guò)，順向電流的變化會(huì)導(dǎo)致 LED 發(fā)光顏色的變化，因?yàn)?LED 的色度隨電流而變。汽車(chē)和 LCD TV 背光照明等多種應(yīng)用不容許 LED 的發(fā)光顏色有任何偏差。由于周?chē)h(huán)境光線變化不同以及人類肉眼能夠感知光強(qiáng)的微小變化，因此在這些應(yīng)用中需要寬調(diào)光范圍。用 PWM 信號(hào)控制 LED 的光強(qiáng)，可以不改變發(fā)光顏色而實(shí)現(xiàn) LED 調(diào)光。

“True Color PWMTM 調(diào)光” 通過(guò) PWM 信號(hào)調(diào)節(jié) LED 亮度。它實(shí)質(zhì)上是以 PWM 頻率用滿電流接通和斷開(kāi) LED。請(qǐng)參見(jiàn)圖 1。人類肉眼的限制為每秒 60 個(gè)信框。通過(guò)提高 PWM 頻率 (例如提高到 80Hz ～ 100Hz) ，人眼就感覺(jué)脈沖光源是連續(xù)接通的。另外，通過(guò)調(diào)變工作周期(“接通時(shí)間”的長(zhǎng)度)，可以控制 LED 的光強(qiáng)。采用這種方法時(shí)，LED 的發(fā)光顏色保持不變，因?yàn)?LED 的電流值或者為零，或者為恒定值。很多 LCD TV 設(shè)計(jì)者都要求高達(dá)3,000:1的調(diào)光比，以適應(yīng)環(huán)境光線的寬范圍變化。

實(shí)用的驅(qū)動(dòng)器解決方案

RGB LED 驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)實(shí)例，是凌力爾特的 LT3476 四組 LED 驅(qū)動(dòng)器。LT3476 的每個(gè)信道都可以驅(qū)動(dòng)多達(dá) 8 顆 1A 并聯(lián)的 LED (紅、綠、藍(lán)或白)，LT3476 可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)多達(dá) 32 顆的 1A LED，而效率可高達(dá) 96%。4 個(gè)通道的每一個(gè)都可以各自的 True Color PWM 信號(hào)獨(dú)立工作，實(shí)現(xiàn)了高達(dá) 1,000:1 的獨(dú)立調(diào)光比。定頻、電流模式架構(gòu)在寬廣電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定操作。使用者將能夠用頻率調(diào)節(jié)針腳在 200kHz ～ 2MHz 的頻率范圍內(nèi)設(shè)定頻率以最佳化效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件尺寸。其散熱強(qiáng)化型 5mm x 7mm QFN 封裝可為 100W LED 應(yīng)用形成接腳占位非常精小的解決方案，這類應(yīng)用在大型 LCD TV 中是常見(jiàn)的。

LT3476 在 LED 的高壓端感測(cè)輸出電流，實(shí)現(xiàn)降壓、升降壓或升壓配置。使用者透過(guò)一外部感測(cè)電阻，便可設(shè)定每個(gè)通道的輸出電流范圍。4 個(gè)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)器信道的每一個(gè)都有內(nèi)部 1.5A、36V NPN 開(kāi)關(guān)。其它特點(diǎn)包括 LED 開(kāi)路保護(hù)和熱限制。

另一個(gè)實(shí)例為凌力爾特的 LTC3212，這是一個(gè)無(wú)電感低噪聲 LED 驅(qū)動(dòng)器IC，在可攜式電子設(shè)備顯示器和照明應(yīng)用中可驅(qū)動(dòng)低高度 RGB LED。RGB LED 的順向電壓與白光 LED 不同，因此需要不同的IC架構(gòu)。LTC3212 具有 2.7V ～ 5.5V 的寬廣輸入電壓范圍，能夠以每個(gè) LED 高達(dá) 25mA 的電流驅(qū)動(dòng) 3 顆 LED，為單顆鋰離子/聚合物電池應(yīng)用而最佳化。LTC3212 采用單線 ON/OFF 接口和 3 個(gè)獨(dú)立的電阻可編程 LED 電流源控制調(diào)光和亮度，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)單性和彈性。白光模式可將紅光、綠光和藍(lán)光 LED 的電流比達(dá)到最佳化，在所有 3 個(gè) RGB LED 都設(shè)定為 ON 時(shí)，提供了最佳白色光。備用模式的靜態(tài)電流僅為 400uA，更將電池續(xù)航力達(dá)到最高。

LTC3212 的多模充電幫浦具有低噪聲、定頻操作模式，能將漣波減至最低，同時(shí)該組件的自動(dòng)模式切換更使頻率達(dá)到最佳化。LTC3212 在 1x 模式供電，在任一 LED 上感測(cè)到壓降時(shí)，該組件以倍壓器(2x)模式啟動(dòng)充電幫浦。內(nèi)部軟啟動(dòng)電路可防止浪涌電流，再加上關(guān)機(jī)斷開(kāi)、短路保護(hù)和熱關(guān)機(jī)等功能，為該IC和 LED 提供了額外的操作安全保障。典型應(yīng)用包括蜂巢式電話和媒體播放器顯示器、按鍵照明、RGB 和白光 LED 背光照明等。

LTC3212 采用低高度 12 接腳 DFN(2mm x 3mm x 0.75mm)封裝。該組件僅需 3 個(gè)小型電容和 1 至 3 個(gè)設(shè)定電阻，便能形成一精小的 RGB 或白光 LED 電流控制器和電源解決方案。

結(jié)論

相較于白光 LED，以 RGB LED 為顯示器提供背光照明時(shí)，即使需要更多的 RGB LED (并因此需要更多的 RGB LED 驅(qū)動(dòng)器)，但若以較寬色譜和顏色更準(zhǔn)確的圖像為考慮點(diǎn)，則增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性仍是值得的。因此，設(shè)計(jì)者在決定采用 RGB、或是白光 LED 滿足背光照明需求時(shí)，所面臨的，實(shí)際上是成本與效能取舍問(wèn)題。