LED TV取代CCFL TV 為大勢所趨
來源:中國數字音視網 編輯:數字音視工程 2009-06-26 00:00:00 加入收藏 咨詢
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HDTV為成長最高的消費電子產品市場之一,過去大型平面電視機一直采用冷陰極燈管(CCFL)背光照明。不過,為消除CCFL照明中有毒的水銀蒸氣、同時提高效率和性能的需求,已推動LED背光照明進入新的HDTV設計。此外,由于很多國家的政府已采取新的綠色措施,消除CCFL中常用的水銀等有毒材料,亦助長此一趨勢。
隨著消費者需要更大的HDTV和更高的分辨率,對電視機的需求已迅速從高畫質等離子(PDP)轉移到高畫質液晶電視(LCDTV)。根據市場調查公司研究,高畫質PDP的銷售在2008年達到高峰,收入約為240億美元,而高畫質液晶電視擁有750億美元的市場產值,至2010年將成長到930億美元。不過,高畫質液晶電視仍有諸多缺點,包括從快速運動圖像模糊到彩色再現不準確等問題。就目前的HDTV而言,無法達到真正的黑色,而且所有顏色的動態范圍都有改進余地,如高畫質液晶電視只能提供450~650cd/m2的對比度。這些HDTV的主要問題是它們不能徹底關斷CCFL背光照明或對其進行局部調光。
相反,用高亮度(HB)LED背光照明,一個LED數組(就55寸顯示器而言,有多達二千四百個LED)可以分成二百四十個單獨的調光組。每組通常由八至十個30~50毫安的LED組成,各組可以透過單個接腳獨立調光,從而提供局部調光。
這樣的設計提供幾乎比CCFL設計高一個位數級的對比度(>4,000cd/m2)。此外,透過以寬調光比調節LED組背光照明,可以再現更多中間色調顏色,從而提供更生動的畫面。
能夠局部關閉LED的另一個好處,是能減輕運動模糊現象。透過在訊框之間徹底關斷LED,幾乎完全消除有關快速移動物體的模糊問題。在解決CCFL背光照明高畫質液晶電視遇到的這種快速運動模糊問題時,LED能否快速響應是關鍵。
為了讓局部調光設計可行,須要具有多個通道、能以非常寬的調光比獨立調光的LED驅動器。幸運的是,有些電源IC設計者已預期到這種需求。
LED調光通常透過采用一個直流電(DC)訊號或一個濾波脈沖寬度調變(PWM)調節流經LED的順向電流來完成。雖然降低LED電流可調節LED光輸出強度,不過順向電流的變化也會改變LED的顏色,因為LED的色度隨電流而變。很多應用如高畫質液晶電視及汽車背光照明都不容許LED顏色有任何偏差,在這些應用中,需要寬調光范圍,因為環境中有不同的光線變化,而且人眼對光強的微小變化都很敏感。透過PWM訊號來控制LED的光強,允許對LED調光而不改變其顏色。
True Color PWM調光透過一個PWM訊號對LED調光。 它實質上是以PWM頻率用滿電流導通和切斷LED。人眼有每秒五十至六十個訊框的限制,如透過將PWM頻率提高到100Hz,人眼就會感覺脈沖光源是連續導通的。此外透過調制工作周期(導通時間的長度),可以控制LED的光強。采用此種方法時,LED的顏色保持不變,因為LED電流值或者為零,或為一個恒定值。很多HDTV設計者需要3,000:1以上的調光比,以適應多種環境照明情況。
業界已開發出專門用于HDTV的新型創新性LED驅動器,其降壓模式的LED驅動器有十六個單獨通道,每個可從高達45伏特的輸入驅動一串由多達十個50毫安LED組成的LED串,每個信道都可用來驅動由十個LED組成的LED組,以提供局部調光。依此,每個驅動器皆可驅動多達一百六十個50毫安的白光LED。一個46寸的液晶電視需要約十八個驅動器,其十六個通道中的每一個均可獨立控制,并具有單獨的PWM輸入,此具有高達5,000:1的PWM調光比。
每通道僅需要一個纖巧的片狀電感和一個更加纖巧的陶瓷輸出電容器,唯一所需的其它組件是單個輸入電容與電流設置電阻。所有十六個信道的箝位二極管、電源開關和具補償功能的控制邏輯電路被壓縮在新型LED驅動器較小的五十六接腳、5毫米×9毫米四方扁平無引腳(QFN)封裝之中。
新型LED驅動器在2MHz切換頻率時,具有92%的峰值效率,從而毋需外部散熱器。此外,該2MHz的切換頻率大幅減小印刷電路板(PCB)所需多個電感的尺寸,因此允許使用非常薄的電視機外殼。此為一個關鍵因素,因為大多數消費者想要將HDTV安裝到起居室的墻上,因此出于美感原因,需要重量輕和纖薄的外形設計。
新型LED驅動器的PWM調光能力高達5,000:1。甚至在僅為2微秒的導通時間時,一個20毫安LED的電流與100HzPWM訊號同步地導通和斷開。更高的PWM調光比可用更低的PWM頻率實現,但是100Hz保證不存在可見閃爍。
所有十六個通道的完整LED亮度都透過單個外部電阻器來設定,每通道具有相同編程LED電流(設定在10~50毫安之間),信道至信道的LED電流準確度在8%內。True ColorPWM調光用減小的工作周期提供準確調光,而所發射的光無任何顏色偏移,固定頻率、電流模式控制電路在寬廣輸入和輸出電壓及電流內提供穩定運作。透過內部檢測電阻器對每個通道LED電流進行控制,以及每通道的內部開關和控制電路提供LED驅動出色恒定電流源調節性能。內部100毫安電源開關和五十六接腳QFN封裝外露導熱焊墊提供足夠功率和熱量管理,以在50毫安處理十六個通道的功耗和熱量。
LED顯然已經成為HDTV背光照明主流選擇,不過系統設計者仍須擁有滿足特定設計性能要求的LED驅動器。因此,LED驅動器須能滿足輸入電壓范圍、輸出電壓和電流需求轉換架構,為不同類型LED配置提供充足的電流和電壓。因此,LED驅動器須具備以下特點,如寬廣輸入電壓范圍、寬廣輸出電壓范圍、高效率轉換、嚴格調節LED電流匹配、低噪聲與定頻操作、獨立電流和調光控制、寬調光比及用極少外部組件組成接腳占位精小的解決方案,以滿足設計者的需求。
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