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、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。