驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)匹配LED背光方案以優(yōu)化節(jié)能

標(biāo)簽：LED 照明 光源 驅(qū)動(dòng)器

能源之星認(rèn)證6.0方案獲得通過(guò)，它將要求所有2012年秋季前大于50英寸的電視的能耗必須不高于85W。兩年前，此類電視耗能還接近200W。上述嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)旨在全球范圍減少能源消耗，已經(jīng)在液晶電視領(lǐng)域引發(fā)了顯著了創(chuàng)新，特別是電視中的主要耗能部件一一背光照明單元(Backlight Unit，BLU)。基于LED的背光單元能顯著降低能耗，但驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)必須針對(duì)直下式( direct-backlit)和側(cè)光式(edge-backlit)背光方案進(jìn)行優(yōu)化。

液晶電視的液晶電視的主動(dòng)能耗有兩個(gè)組成部分：顯示功耗及基準(zhǔn)功耗。基準(zhǔn)功耗包括電視圖像的處理及主電源等，

約為總功耗的三分之一。各種器件和不同的使用設(shè)置會(huì)影響基準(zhǔn)功耗、如幀率和電源效率等。對(duì)3D電視而言，額外的圖像處理工作、更高的刷新率以及更高的亮度使其功耗相比標(biāo)準(zhǔn)電視高50-100%。類似地，智能網(wǎng)絡(luò)電視要求更高性能的處理器、更多的內(nèi)存及其他器件也會(huì)增加功耗。然而，基準(zhǔn)功耗的增加也只占電視總功耗的一小部分。

顯示功耗指的是液晶屏幕、背光單元以及相關(guān)電路所消耗的功率，占到電視總功耗的約三分之二。因此業(yè)界很自然地會(huì)關(guān)注于降低該部分的能耗。

顯示功耗較高的原因主要在于液晶電視的光效率太差。液晶面板的透光率極低，只有約4-6%，從背光單元發(fā)出的光需要穿過(guò)光導(dǎo)、漫射器、光學(xué)薄膜以及色彩過(guò)濾器等。例如，假如背光單元產(chǎn)生光的亮度為8000-10000 cd/m’，最終人眼可見的光輸出通常只有約380-450 cd/m2。

因此背光單元必須產(chǎn)生相當(dāng)高亮度的光以滿足要求，于是消耗了液晶電視中最大部分的功率。背光單元效能方面的任何改進(jìn)都能使液晶電視的能耗大幅降低。

圖l、不同LED背光單元的特性。

幾年前冷陰極熒光燈(CCFL)背光還是液晶電視中最大的能耗部件。CCFL背光所消耗的大部分功率都被浪費(fèi)了，因?yàn)楫?dāng)電視圖案較暗時(shí)CCFL燈管也很難將亮度合適地調(diào)暗。故而液晶電視很快過(guò)渡到采用LED背光。LED本身的特性就包括更小的功耗、快的開夫切換速度。上述特性使LED成為CCFL理想的替代，良好的亮度調(diào)節(jié)既能改善電視畫質(zhì)又可降低能耗。

LED背光照明方式

怎樣使LED背光以達(dá)到成本、效率和畫質(zhì)組合的最優(yōu)化，業(yè)界還有不同意見。不同的背光方式對(duì)電流和電壓特性要求大不相同，因此不同的背光方式對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也有不同要求。三種常見LED背光方式的相對(duì)電流和電壓特性如圖l所示。

在側(cè)光式(Edge-lit)設(shè)計(jì)中，條狀LED燈組被置于屏幕的兩側(cè)或四周邊緣處。側(cè)光式背光是筆記本電腦屏幕和液晶電視最早的背光設(shè)計(jì)方案。過(guò)去幾年在大屏幕的側(cè)光式背光中使用LED的畫質(zhì)被認(rèn)為還不如傳統(tǒng)CCFL背光。

表1、不同LED背光類型的特性。

為了改進(jìn)畫質(zhì)及充分發(fā)揮LED快速切換的能力，出現(xiàn)了另外兩種背光方案，著重強(qiáng)調(diào)針對(duì)屏幕局部區(qū)域的背光亮度調(diào)節(jié)。直下式背光設(shè)計(jì)將LED直接置于液晶面板背后。該設(shè)計(jì)能對(duì)小區(qū)域內(nèi)的LED進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，具有較小的粒度。混合側(cè)光式(Hybrid Edge-lit)，也被稱為分段側(cè)光式設(shè)計(jì)是將LED置于屏幕的側(cè)邊，但仍然支持對(duì)橫向排列的各段LED單獨(dú)進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。直下式和混合式利用對(duì)背光亮度進(jìn)行局部調(diào)節(jié)，能顯著增強(qiáng)黑色的深度、畫質(zhì)均勻性和可視角，并減少運(yùn)動(dòng)模糊。表l總結(jié)了各種背光照明方式及其特性。