驅動設計匹配LED背光方案以優化節能

標簽：LED 照明 光源 驅動器

能源之星認證6.0方案獲得通過，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。上述嚴格的標準旨在全球范圍減少能源消耗，已經在液晶電視領域引發了顯著了創新，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，但驅動器設計必須針對直下式( direct-backlit)和側光式(edge-backlit)背光方案進行優化。

液晶電視的液晶電視的主動能耗有兩個組成部分：顯示功耗及基準功耗。基準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置會影響基準功耗、如幀率和電源效率等。對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準電視高50-100%。類似地，智能網絡電視要求更高性能的處理器、更多的內存及其他器件也會增加功耗。然而，基準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、背光單元以及相關電路所消耗的功率，占到電視總功耗的約三分之二。因此業界很自然地會關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%，從背光單元發出的光需要穿過光導、漫射器、光學薄膜以及色彩過濾器等。例如，假如背光單元產生光的亮度為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生相當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了，因為當電視圖案較暗時CCFL燈管也很難將亮度合適地調暗。故而液晶電視很快過渡到采用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，良好的亮度調節既能改善電視畫質又可降低能耗。

LED背光照明方式

怎樣使LED背光以達到成本、效率和畫質組合的最優化，業界還有不同意見。不同的背光方式對電流和電壓特性要求大不相同，因此不同的背光方式對驅動系統也有不同要求。三種常見LED背光方式的相對電流和電壓特性如圖l所示。

在側光式(Edge-lit)設計中，條狀LED燈組被置于屏幕的兩側或四周邊緣處。側光式背光是筆記本電腦屏幕和液晶電視最早的背光設計方案。過去幾年在大屏幕的側光式背光中使用LED的畫質被認為還不如傳統CCFL背光。

表1、不同LED背光類型的特性。

為了改進畫質及充分發揮LED快速切換的能力，出現了另外兩種背光方案，著重強調針對屏幕局部區域的背光亮度調節。直下式背光設計將LED直接置于液晶面板背后。該設計能對小區域內的LED進行亮度調節，具有較小的粒度。混合側光式(Hybrid Edge-lit)，也被稱為分段側光式設計是將LED置于屏幕的側邊，但仍然支持對橫向排列的各段LED單獨進行亮度調節。直下式和混合式利用對背光亮度進行局部調節，能顯著增強黑色的深度、畫質均勻性和可視角，并減少運動模糊。表l總結了各種背光照明方式及其特性。