白光型發(fā)光二極管(WLED)之背光設(shè)計(jì)兵法

前言：

白光型發(fā)光二極管（White Light-Emitting Diode；WLED，也經(jīng)常寫成：White LED）的出現(xiàn)，使LED擺脫過(guò)去只能用在指示燈號(hào)、霓虹燈飾等場(chǎng)合，開(kāi)始往電子照明領(lǐng)域邁進(jìn)，包括汽車的方向輔助燈、初階數(shù)字相機(jī)的閃光燈等都已能用WLED代替，更有甚者，已有業(yè)者將WLED的裸晶面積加大制造，從2×2mm擴(kuò)增至5×5mm，增強(qiáng)其發(fā)光，使WLED也能用在汽車的主照燈上，只待審議核可便可上市。

除此之外，WLED還有一項(xiàng)熱門的應(yīng)用，即是充當(dāng)LCD的背光源，以取代過(guò)往的冷陰極燈管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）。不過(guò)，現(xiàn)階段將WLED用于背光有其益也有其害，如何取益避害，將是電子工程設(shè)計(jì)者所關(guān)切的，本文以下就來(lái)說(shuō)明幾種WLED背光設(shè)計(jì)的情境，并藉此了解個(gè)中應(yīng)有的注意及要領(lǐng)。

■手機(jī)、數(shù)位相機(jī)

▲NS針對(duì)手持裝置所提出的LP3954芯片，該芯片具有WLED背光驅(qū)控、WLED閃光燈驅(qū)控等能力，此外也具有RGB LED控制、ADC模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等功能。

一般而言，手機(jī)、數(shù)字相機(jī)（預(yù)覽窗）等裝置所配屬的LCD顯示器皆屬小尺寸，如2.2"、2.5"等，而有的掀蓋式手機(jī)還配有副顯示屏，副顯示屏較主幕來(lái)得小，約多在1.2"左右，以上這些小?際??CD若用WLED作為其背光源，只要簡(jiǎn)單地將3?6顆WLED（使用顆數(shù)端視畫面大小而定）加以串并聯(lián)即可實(shí)現(xiàn)。

WLED除了做手機(jī)、數(shù)字相機(jī)的LCD背光外也能有其它的用處，例如今日的手機(jī)在按鈕時(shí)也會(huì)發(fā)光，以方便使用者在暗處撥號(hào)（按鍵背光），或者來(lái)電時(shí)天線部位會(huì)發(fā)光提示，這些也都可用WLED，另外初階數(shù)字相機(jī)或帶有照相功能的手機(jī)，也開(kāi)始用WLED充當(dāng)閃光燈（約1?4顆），如此在單一裝置內(nèi)使用更多顆的WLED，組件用量增加且一致化，在設(shè)計(jì)及制造的供應(yīng)調(diào)度上都有益處。

雖然小?際?CD的背光只要簡(jiǎn)單串并、排列3?6顆WLED即可，但進(jìn)一步有兩個(gè)疑問(wèn)：1.若同一裝置內(nèi)有WLED型閃光燈，閃光燈需要比背光更高的驅(qū)動(dòng)電流，甚至需要有預(yù)閃功能（防紅眼）。2.背光的亮度并非一成不變，有時(shí)會(huì)有節(jié)能模式的體貼設(shè)計(jì)，在省電模態(tài)下自動(dòng)將背光亮度降低，或者允許使用者自行調(diào)整亮度。所以WLED背光的驅(qū)動(dòng)電路不能只是簡(jiǎn)單的On/Off設(shè)計(jì)，還必須有調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電流（進(jìn)而改變WLED亮度）的能力，且照相手機(jī)愈來(lái)愈多，數(shù)字相機(jī)使用WLED型閃光燈的機(jī)會(huì)也愈來(lái)愈高，因此對(duì)設(shè)計(jì)者而言必須設(shè)計(jì)2組WLED驅(qū)動(dòng)電路，1組供WLED背光，1組供WLED閃光，同時(shí)2組都要有調(diào)整亮度的能力。

由于這類型的設(shè)計(jì)需求愈來(lái)愈多，因此許多模擬IC、電源管理IC的業(yè)者紛紛提出解決方案，即WLED驅(qū)動(dòng)IC（英文稱為：White LED Driver），驅(qū)動(dòng)IC可同時(shí)掌控WLED背光與WLED閃光，包括On/Off的亮滅控制、多段式亮度控制等，其中亮度控制只要改變流經(jīng)WLED的電流量即可，流量大則亮度高，流量小則亮度低，改變方式可采電壓調(diào)整法或脈寬調(diào)變（Pulse Wide Modulation；PWM）法。

所謂電壓調(diào)整法，在于改變WLED的驅(qū)動(dòng)電壓，電壓高則流經(jīng)WLED的電流量也會(huì)增加，進(jìn)而增亮，反之亦然，然電壓調(diào)整法對(duì)電流量的操控不夠細(xì)膩，些微的電壓改變就會(huì)使電流量大幅變動(dòng)，除非使用極細(xì)膩的電壓調(diào)整電路，但因此也會(huì)使成本與電路復(fù)雜度（體積）大增。相對(duì)的PWM法是改變WLED明滅的工作周期（Duty Cycle），以WLED的導(dǎo)通（點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)）周期百分比、頻率來(lái)控制亮度，不僅可以細(xì)膩調(diào)整且成本、復(fù)雜度都較低，今日WLED驅(qū)動(dòng)IC普遍采行此法來(lái)調(diào)整亮度。

至于有哪些業(yè)者提供WLED驅(qū)動(dòng)IC？答案是：現(xiàn)有模擬IC、電源管理IC業(yè)者幾乎都有提供，如Linear、MAXIM、Micrel、NEC、NS、以及TI等。國(guó)內(nèi)業(yè)者也有ARQUES（雅捷科技）、AIC（沛亨半導(dǎo)體）、AME（安茂微電子）、以及Richtek（立?科技）等。

另外也回到更前頭的疑問(wèn)：用WLED取代CCFL有何優(yōu)點(diǎn)？有何缺點(diǎn)？關(guān)于此先說(shuō)明優(yōu)點(diǎn)，WLED只要正向電壓即可驅(qū)動(dòng)，且可以直接用鋰電池的3.6V來(lái)驅(qū)動(dòng)，相對(duì)的CCFL需要交流電壓才能驅(qū)動(dòng)，且要較高的驅(qū)動(dòng)電壓（多在正負(fù)10V以上），所以電源不僅要反相還要升壓，供電設(shè)計(jì)的復(fù)雜性高過(guò)WLED。至于缺點(diǎn)，目前WLED的用電效率仍不如CCFL，因此手持裝置在相同的電池電容量下，WLED作法將較CCFL耗電，使裝置待機(jī)時(shí)間縮短，不過(guò)今日手持裝置的應(yīng)用愈來(lái)愈多，其它環(huán)節(jié)的用電也在成長(zhǎng)（如手機(jī)照相閃光燈、手機(jī)數(shù)字電視、手機(jī)3D電玩、手機(jī)MP3隨身聽(tīng)等），背光部份的成長(zhǎng)有時(shí)反成為次要問(wèn)題。

當(dāng)然！WLED還有其它優(yōu)點(diǎn)，例如沒(méi)有使用有害物質(zhì)，容易通過(guò)歐盟訂立的RoHS法規(guī)，相對(duì)的CCFL是運(yùn)用汞氣體（水銀蒸氣）發(fā)光，鉛、汞等有害物將逐步受各國(guó)市場(chǎng)限制。另外WLED對(duì)沖撞較具抗受性，反之以光管方式發(fā)光的CCFL一旦受沖撞破裂，就無(wú)法再行發(fā)光。也因此今日有許多礦工的配屬頭燈已改用WLED，此在嚴(yán)苛、多撞擊的工作環(huán)境、場(chǎng)合中格外受用。