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用白色LED做背光照明需考虑的事项

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 光电器件用白色LED做背光照明需考虑的事项安森美半导体BernieWeir笮在过去几年中,小型彩屏从稀有物品变成了便携式消费电子产品(如手机、PDA和数字照相机)的主流特性。把彩屏集成进小型便携式设备的挑战之一是需要白光作为背光。对于如手提电脑的大型显示屏,通常使用的冷阴极荧光灯(CCFL),但因在其尺寸方面的限制和设计复杂性,很难用于更小型的应用。而白色LED具有优异的光学特性,因此成为小型显示屏背光显示的**解决方案。此外,白色LED也可以用作键盘的背光。将白色LED与光导相配合,可提供均匀的白色背光。 白色LED方案面临的挑战设计师在集成白色LED时所面临的挑战在于有如下几方面。 LED具有独特的电气特性,且现在大多数便携式产品均由单节锂离子电池供电。白色LED的正向电压(Vf)是通过该器件的电流及其本身材料特性的函数。但总的来说,Vf在3.23.8V之间(),而锂离子电池的输出电压在3.0 4.2V之间,因此能够满足LED的电气特性。因此,采用由直接与电池相连的LDO驱动彩色LED,用一个串联电阻来调节驱动电流,这种用于彩色LED的简单的解决方案并不适用于白色LED.的挑战是,在大多数情况下,需要数个白色LED.手机的小型显示屏可能需要3个或者4个白色LED,而PDA的较大型显示屏可以使用6到8个白色LED*LED数量的增多增加了设计的复杂性。 背光显示的另一个问题是LED需要提供均匀的照明,不能在显示屏上出现亮斑和暗斑。这在由传统的彩色LED驱动的单色LCD显示屏中比较常见,而且因为显示屏主要用于显示字母、数字字符,是一种可以接受的解决方案。但对于浏览数字图像、玩复杂游戏和浏览网页来说,这己不再是一种可用的多是一个二极管,当二极管导通时,有光发出,而且,发光强度与通过二极管的电流成正比。有两种方法可以使多个LED的发光强度达到近似的匹配。一种是将每条支路上的二极管与稳压源并联配置,另一种是将所有的二极管串联配置(见),使通过每个二级管的电流都相同。并联配置偏向于采用一个稳流源而不是一个电阻,因为即使对于相同的偏置条件,二极管的正向电压Vf的变化可达20%,这对于光强度有直接的影响,使用户可以察觉的到。串联配置则消除了这个问题,但需要一个高压升压变换器(如NCP5007),因为串联4到5个二极管,串联白色LED的额定Vf可以很容易达到1520V.给出了这种实现方法的具体电路图。 在中,所有5个二极管采用串联配置,因此通过每个器件的电流是相同的,通过检测电阻R1两端所产生的压降,可调节开关调整器中的电流。此外,通过对启用的输入施加一个脉冲宽度调制(PWM)信号,流过二极管串的平均电流可以在软件控制下变化,提供明暗可调节的背光。 在采用并联配置方法时,可以使用表1可热插拔式LD的主要特性影响,使其波谱和光输出特性变得不稳定。因此,应当对反射光采取一定的抑制措施,特别是从LD附近的光纤端面发出的反射光,通常是将LD侧的光纤端头磨成斜端头(FiberStub)。 完全将LD插入SFF/SFP收发器内,需要的长度一般为14咖。若除去LD的接插连接部位和LD头、光纤端头等其他部分,从LD端面到光纤端头磨斜表面上聚光点的距离在2.9mm以下。该长度仅是带有光纤绕接同轴LD模块的1/2.通常焦距短越短,透镜直径越小。透镜*好采用高折射率材料。为一方面,透镜直径愈小,其所用的高折射率玻璃材料的价格就愈高。所以选用时要综合考虑其性能和成本因素。NEC推出的新品中,所用透镜直径为1.8mm,透镜材料的折射率n=1.78的材料。 插入型LD性能由于在器件选用、光路设计和封装制造方面的精心考虑,使LD模块具备了优良的性能(见表1)。 温度特性LD模块的典型I-L(驱动电流与光输出)特性如所示。即使是在85C的高温下,用42mA的驱动电流也能获得很好的温度特性。而且,在-40C85C范围内的跟踪误差,能控制在*1.0dB以内。 插拔重复性高该LD模块能够直接同LC连接器连接,在反复插拔100次后,其特性变动保持在0.3dB以内,说明其可重复性能非常良好。 可靠性高作为MAN/LAN光通信器件,LD模块适用于SONET/SDH和GbpsEthernet等多种应用领域,并对其可靠性进行了以TelcordisGR-468CORE为标准测试。通过大量的试验表明:LD在使用3000小时之久后,仍能正常工作对其在-40C85C范围内进行1000次温度循环测试,光纤输出变动保持在土10%以内。这些测试均证明LD的光学连接性能是非常稳定可靠的。 小结体积小型、性能可靠的可热插拔LD,很好地适应了MAN、LAN等多种网络光通信系统的应用需求。 (王耘编译)豳(上接第20页)低压电感提升或电荷泵。并联配置的主要优点在于其可以使用低压工艺,但缺点是每个二极管需要独立的电流源管脚,增加了封装的管脚数量和相应的PCB焊盘。此外,这些信号需要通过连接器引到显示模块。在设计集成电路时也需要小心,实现每个电流源的紧密匹配。 小结许多**代手机设计使用基于电容电荷泵方案的并联二极管配置,或者分数(1.5X)、倍数(2X)或混合(1.5/2X)架构。这对设计师具有吸引力,因为外接电容需要的空间比电感需要的空间少。但是,这个方法的总体系统效率较低,仅在47%80%之间(取决于锂离子电池的电压)。作为点,基于电感的解决方案可以在相同的工作电压范围内轻易实现75%85%的效率。效率差异的影响是产品显示屏使用方式的函数。比如,与只在拨打和接听电话时显示屏才亮的标准数字手机相比,PDA显示屏的使用率相对较高。当然,特性丰富的更新型手机中还包含摄像头和游戏功能,这也增加了显示屏的使用率,因此也提升了高效背光的解决方案的重要性。 正如所有的工程决策一样,设计师面临着一系列必须进行分析和建模的替代解决方案。必须对以下诸多因素进行综合的考虑,如PCB空间、系统效率、电池容量、元件数量、机械考虑、客户接受度和采用*佳解决方案的成本等。先进的数字式消费类产品包含的新特性,将进一步增加彩色LCD显示屏的采用度和显示屏使

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