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　　1 
、引言

　　LED 正成为背光照明的主流器件。一般背光源设计中有多个LED, 所以要考虑各个LED 亮度的一致性
。在实际应用中
， 可根据向电压(Vf) 对LED 器件进行” 差异筛选”.LED 的Vf 值是背光设计的重要变数

。将多个LED 连接在一起使用时， 各管电流均必须匹配， 整个组件才能产生一致的亮度。

　　LED 的亮度决定于流过它的电流。实现恒定电流最简单的方法， 是将多个LED 串联起来。这样不用差异筛选
， 串联LED 就能确保流过各个LED 的电流相同

。但是串联时的总体正向电压为多个LED 的Vf 之和
， 需要使用带电感的具有升压功能的LED 驱动电路， 使得成本增加
。而且
， 一个LED 发生故障就会使整个背光源失效

。此外
， 串联驱动方法有较强的电磁干扰， 对通讯产品尤其不利
。

　　将多个LED 并联的设计方法， 无需带电感的升压电路， 电磁干扰较小， 容错性较强。但为了保证亮度的均匀性， 必须对LED 进行差异筛选。随着所用LED 数量的增加
， 成本也会因差异筛选而增加。即使经过差异筛选， LED 的Vf 值仍会存在一个变化范围
， 影响亮度的均匀性。

　　本文重点讨论在LED 并联设计中， 如何提高亮度的均匀性。

　　2 、LED 背光源电路模型

　　将三个LED 并联构成背光源， 其总电流由三极管电路控制， 如图1 所示
。亮度均匀性的NLED 被定义为：

　　式中，Imax 和Imin 为各个LED 电流的最大值和最小值;

　　图1 LED 背光源的驱动电路

　　图中
， D1, D2, D3 为发光二极管， T1 为NPN 型三极管， R1 , R2 , R3 的阻值可根据总电流I 的设计要求进行调节
， I/O 或DAC 为控制端口。

　　理想发光二极管的正向电压为：

　　实际上， 寄生电阻对Vf 影响很大
：

　　式中： I 为正向电流; n 为理想因子; k 为玻尔兹曼常数(1.38×10- 23 J /K) ; T 为温度( 298K 或25℃) ;q 为电子电量( 1.602×10- 19 C) ;Is 为饱和电流; R 为寄生电阻;本文以西铁成公司的发光二极管为例， 其特性参数如表1 所示。

　　表1 发光二极管特性参数

　　依据式( 2) , 使用对分法[2]计算出在不同正向电压下，三种LED 的正向电流， 如图2 所示。

　　图2 不同LED的正向电压与电流的关系
。

　　由图2 可以看出， 在相同的电压下， 不同LED 的电流不同
， 即亮度不同。LED 都有其额定电流

， 西铁城LED 的额定电流为20mA, 所以本文给出了20mA以内的数据。

　　3 、偏置电阻对LED 背光源亮度均匀性的影响

　　在实际设计中， 利用外加偏置电阻， 即在每个LED 处串联一个电阻来改善LED 背光源的亮度均匀性。本文讨论两个LED 并联， 加偏置电阻R4=R5的情况， 如图3 所示。

　　图3 加偏置电阻的电路图

　　计算机利用对分法算出了在总电流为15mA,外加偏置电阻(R)为R4=R5=0 , 22 , 47 , 68 , 100 , 150, 200 (Ω) 时， D1 和D2 的电流( I1 和I2) 、亮度均匀性( Uni)、正向电压(V5) 、以及偏置电阻带来的功耗(P)。

　　计算结果如表2 及图4、图5 所示
。

　　表2 不同偏置电阻的计算结果

　　图4 偏置电阻对亮度均匀性的影响
。

　　图5 偏置电阻对功耗及供电电压的影响

。

　　由表2 和图4、5 可以看出， 外加偏置电阻可以显着提高亮度的均匀性， 但电路的功耗会相应增加，对LED 正向电压的要求会增大。例如
， 外加150Ω偏置电阻时， 其耗散功率为17mW, V5 为3.104V。

　　对于锂电池而言， 一般工作电压范围为3.0~4.2V,再考虑三极管的偏置电压
， 因此

， 外加150Ω 偏置电阻是不能接受的。设计中要根据具体的供电电压来确定偏置电阻的值。

　　4 、LED 的发光亮度对亮度均匀性的影响

　　根据式(2) , 也可以通过改变LED 的发光亮度来改善LED 背光源的亮度均匀性
， 即通过改变系统的总电流来改善亮度的均匀性

。本文讨论两个LED并联
， 且外加68Ω偏置电阻的情况， 结果如表3 及图6 所示。

　　图6 由外加偏置电阻改变系统总电流对亮度均匀性的影响

　　由表3 和图6 可以看出， 外加68Ω 偏置电阻使亮度降低， 可以适当提高亮度的均匀性。在实际设计中， 可利用本文所述方法进行模拟计算。

　　5 
、结论

　　本文讨论了偏置电阻、和发光亮度对LED 亮度均匀性的影响。随着偏置电阻值的增加、亮度的减小，LED 背光源的亮度均匀性会提高。实际设计中要兼顾偏置电阻的功耗、发光亮度和供电电压等的要求。

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