在以
LED作為背光光源的小尺寸LCD產品中，側面發光再加上光導板的發光模式已成為主要的背光光源系統，不過其光的利用率僅為50%，但因背光光源在面板側面，所以背光
模塊的厚度可控制得與CCFL不相上下，整體系統的重量也相對高出許多。而在大尺寸的
LCD背光光源中，為了增加光的利用率，采用直下型的背光模式，將使光的利用率提升至70%，但相對厚度也由29nm增加到50nm。原文位置
在直下型背光光源中，LED的排列方式對其混色效果與散熱性的影響必須折中考慮，如圖1所示。LED的配置越緊密，RGB混色的效果也越佳，但LED的散熱性能將下降；若LED排列得較為稀疏，就會降低RGB的混色效果，而LED的散熱性能提高。因此，如何設計出混色效果良好的LED排列與容易實現的散熱設計，是LED排列設計中需折中考慮的問題。
圖1 直下型背光光源中LED的排列方式
1、 LED背光照明系統
LED正成為中小型彩色顯示器背光照明應用的主流器件。LED的選擇是決定顯示子系統設計最佳性價比的關鍵因素。設計便攜式LED驅動電路時，一般考慮成本和性能因素。系統設計的一個約束條件是可用電池功率和電壓，其他約束條件還包括功能特性，例如針對環境光線作出調整及建立LED的架構。
LED可根據不同參數（包括正向電壓及特定正向電流時的色度和亮度）進行篩分。如白光LED的正向電壓通常為3.5~4V，典型工作電流為 15~20mA。當多只LED應用在一個背光照明設備中時，這些LED通常都會進行匹配，以產生均勻的亮度。因此，LED制造商所提供的經“差異篩選”或匹配的LED，在某個特定電壓范圍內其VF或其他參數都是匹配的。這些VF的差異通常為3.5V~3.65V、3.65~3.8V，以及3.8~4.0V，最新的LED產品的正向電壓為3V。低VF值的LED適用于小型顯示器，至于較大的彩色顯示器通常需要較高的亮度，一般采用中或高VF值的LED。
一般來說，LED的VF值是系統設計的重要參數。因為由普通電池供電的便攜式產品（如移動電話）使用單一的鋰離子電池，其電壓范圍為2.7~4.2V。如果將系統對電池工作電壓的要求設計為不低于3V，設計中就可以直接使用低至3V且未經穩壓的電池電壓來驅動LED。
將多只LED連接在一起使用時，正向電壓和電流均必須匹配，整個組件才能產生一致的亮度。實現恒定電流最簡單的方法是將經過正向電壓篩選的LED串聯起來。LED經匹配的差異級別包括發光強度和色度，其中色度決定顯示的顏色，大多與計所使用的半導體工藝有關。電氣工作條件對色度的影響很小。對于發光強度而言，篩選工藝可測量在給定正向工作電流下的發光強度。
目前，市場上已有能夠驅動多只LED的驅動集成電路，其功能包括電壓提升以至驅動多只串聯的LED，以便與每列包含一只或多只LED的陣列進行電流匹配。特定驅動集成電路可提供獨立于LED正向電壓VF的精確電流匹配，采用LED亮度控制功能，有助于提供更多功能和改善電源管理。
2、 白光LED背光電源解決方案
近來，隨著無線通信產品的方案，彩我LCD顯示屏逐步引入移動電話和PDA等產品中，白光LED為這種應用提供了完美的背光方案。然而，由于單節鋰離子電池的典型電壓為 3.6V，最高電壓為4.2V，而白光LED在20mA電流時，其正向電壓典型值為3.5V，最大值為4V,因此單節鋰離子電池不能直接驅動白光LED。因此，許多移動電話和PDA廠家一直在尋找經濟、高效的白光LED升壓背光電源解決方案。
圖2描述了用DC/DC升壓轉換器MAX1848為三只白光LED供電的方案。MAX1848采用恒流方式驅動2~3只白光LED，適合于移動電話、PDA等便攜式產品。該升壓轉換器包括一個高電壓、低導通電阻的N溝道MOSFET開關，可以取得較高的轉換效率，最大限度地延長電池的使用壽命。模擬電壓雙模式輸入端為亮度調節及開關控制提供了簡便的途徑，該輸入端也可以通過輸入PWM波形、外加一個RC濾波器實現控制。1.2MHz的電流模式PWM控制技術使得控制器外部可以采用很小的輸入、輸出電容器和小型電感器，并將輸入電壓紋波降至最小。可編程軟啟動功能消除了啟動期間的輸入浪涌電流。MAX1848采用了節省體積的SOT-23封裝或超小型UCSP封裝。
圖2 用MAX1848為三只白光LED供電的方案
在圖2所示電路中，MAX1848外部需要一個小型電感、一個二極管、一個檢流電阻和三個電容。該方案的總成本比MAX684電荷泵方案稍高，但它的轉換效率卻高得多。當驅動三只串聯的白光LED時，需要的輸出功率為
POUT=3.1×3×15=139.5mW
MAX1848的轉換效率為
η=POUT/（POUT+PMAX1848+PVD1） (1)
式中：PMAX1848是MAX1848消耗的功率：POUT為輸出功率；PVD1是在肖特基二極管VD1上消耗的功率。
表1所列數據是利用MAX1848評估板測量得到的實際數據。從表1中可以看出，采用MAX1848的方案的效率比MAX684高出15%~25%，具體數據與輸入電壓有關。
因此，當輸入電壓為3.6V時，采用MAX1848的方案需要的輸入功率為
PIN=9.32×15/0.8529≈164（mW）
當輸入電壓為4.2V時，采用MAX1848的方案需要的輸入功率為
PIN=9.32×15/0.8539≈163.7（mW）
MAX684電荷泵供電方案所需外部元件少，成本也較低；而MAX1848電感升壓方案需要的輸入功率低得多，最大限度地延長了電池的使用壽命。在圖2所示電路中，允許LED采用串聯結構，保證所有LED的電流相同、亮度相同，同時還消除了并聯結構中的限流電阻。MAX1848還有一個重要特性，即輸出過壓保護，避免了由于偶然因素而在LED未被連接時輸出電壓過高導致LED損壞。MAX1848方案同樣適合于其他采用小型彩色LCD顯示屏的便攜式產品。原文位置
3、 控制LED亮度的方法
把紅光和綠光LED放在一起作為一個像素制作的顯示屏叫雙色屏或彩色屏；把紅光、綠光、藍光三種LED放在一起作為一個像素的顯示屏叫三色屏或全彩屏。制作室內LED屏的像素尺寸一般是2~10mm，常常把幾種能產生不同基色的LED管芯封裝成一體；室外LED屏的像素尺寸多為12~26mm，每個像素由若干個各種單色LED組成，常見的成品稱像素筒。雙色像素筒一般由三紅二綠組成，三色像素筒用二紅一綠一藍組成。
無論用LED制作單色、雙色或三色屏，若欲顯示圖像，需要構成像素的每只LED的發光亮度都必須能調節，其調節的精細程度就是顯示屏的亮度等級。亮度等級越高，顯示的圖像就越細膩，色彩也越豐富，相應的顯示控制系統也越復雜。一般256級亮度的圖像，顏色過渡已十分柔和，而16級亮度的彩色圖像，顏色過渡界線十分明顯。所以，彩色LED屏當前都要求做成256級亮度的。LED亮度的控制方法有以下兩種：
① 改變流過LED的電流。一般LED允許連續工作的電流在20mA左右，除了紅光LED有飽和現象外，其他LED的亮度基本上與流過的電流成比例。
② 利用人眼的視覺惰性，用脈寬調制方法來實現亮度控制，也就是周期性地改變脈沖寬度（即占空比），只要這個重復點亮的周期足夠短（即刷新頻率足夠高），人眼就感覺不到發光像素在抖動。由于脈寬調制更適合于數字控制，所以采用微機來提供LED顯示內容的顯示屏都采用脈寬調制方式來控制亮度等級的。
LED的控制系統通常由主控箱、掃描板和顯控裝置三大部分組成。主控箱從計算機的顯示卡中獲取一屏像素的各色亮度數據，然后重新分配給若干塊掃描板，每塊掃描板負責控制LED屏上的若干行（列），而每一行（列）上LED的顯示控制信號則用串行的方式傳送。目前有兩種串行傳送顯示控制信號的方式，其中一種方法是在掃描板上集中控制各像素點的亮度，掃描板將來自控制箱的各行像素的亮度值進行分解（即脈寬調制），然后將各行LED的開通信號以脈沖形式（點亮為 1，不亮為0）按行用串行方式傳輸到相應的LED上，控制其是否點亮。這種方式所用器件較少，但串行傳輸的數據量較大，因為一個重復點亮的周期內，每個像素在16級亮度下需要16個脈沖，在256級亮度下需要256個脈沖。由于器件工作頻率的限制，一般只能使LED屏做到16級亮度。
另一種方法是掃描板串行傳輸的內容不是每只LED的開關信號而是一個8位二進制的亮度值。每只LED都有一個自己的脈寬調制器來控制點亮時間。這樣，在一個重復點亮的周期內，每個像素點在16級亮度下只需要4個脈沖，在256級亮度下只需8個脈沖，大大降低了串行傳輸頻率。用這種分散控制LED亮度的方法可以很方便地實現256級亮度控制。
在任何計算裝置中，對顯示器的要求都比較嚴格，小型（2~4英寸）彩色TFT顯示屏在手持設備中較為通用，顯示器電源可能消耗電池的絕大部分能量。采用 TFT顯示器需要將很大一部分能量用于背光。與CCFL和EL背光光源相比，白光LED由于其出色的效率和簡單的驅動電路，在小型TFT顯示器背光照明中得到廣泛應用。白光LED具有較高的正向電壓（3.0~4.0V），常常需要一個升壓電路。該升壓電路采用電荷泵結構或基于電感的設計，背光效率由顯示器工作的頻繁程度決定。圖3給出了兩種選擇方案，基于電感的設計可提供最佳的轉換效率，并在電池將要耗盡時仍可保持恒定的LED亮度；電荷泵器件的成本較低，但效率也較低。
圖3 兩種通用的白光LED驅動方案
4、 降低列驅動器功耗及提高性能的解決方案
平板顯示器的清晰度及刷新率不斷提高，使掃描線的刷新率也越來越高，而這方面的要求又與系統設計盡量節省系統用電的要求有直接的矛盾。美國國家半導體公司專有的智能型電荷共用技術不但可以降低功耗，而且又提高列驅動器的輸出性能。只要按照正確的方法使用，智能型電荷共用技術可將列驅動器的功耗減少達 40%，而且又可縮短輸出的穩定時間。
（1） 智能型電荷共用技術的工作原理
智能型電荷共用技術的工作原理是它將儲存在薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器（LCD）各行掃描線內的能量重新分配，并且無需耗用電力便可驅動各行掃描線至其最終數值的一半。這種技術之所以能夠發揮這樣的成效，完全是因為每一相間有一半掃描線的電壓比VCOM高，而另一半掃描線的電壓比VCOM低。
圖4和圖5顯示了智能型電荷共用技術的基本工作過程。在這個示例之中，平板顯示器的每行掃描線可視為大約等于列驅動器的輸出放大器上的RC電路負載的總和。為方便進行量化分析，各行掃描線應作為分散負載處理，由于現在只用作解釋電荷共用的工作原理，因此可當作相加負載處理。
圖4 在共用電荷之前瞬間的掃描線電壓
圖5 共用電荷時掃描線的電壓
圖4顯示了開始共用電荷之前瞬間的情況。每一相間掃描線的電壓分別處于VCOM之上及之下。列驅動器內設有一系列的開關，可將所有掃描線連成短路。在共用電荷之前，所有開關都已開啟。
圖5顯示了共用電荷時的情況。輸出放大器已置于待機狀態（hi-Z模式），而此時開關器已全部關閉。電流按照箭頭所示的方向由電壓比VCOM高的掃描線流向電壓比VCOM低的掃描線。在共用電荷時，輸出放大器不會耗用電源。雖然開關再次開啟，但各行掃描線的電壓與VCOM相同。輸出放大器就在這一刻進入傳統驅動狀態。要注意的一點是，輸出只需將掃描線由VCOM驅動到最后階段的電壓，而非在整個電壓范圍內從頭至尾驅動。
智能型電荷共用技術也設有監控POL信號的監控電路。各行掃描線只在POL信號進行切換時才以短路形式連在一起，顯示掃描線電壓正在改變其極性，并確保其極性與VCOM相反。以n線反相電路來說，并非每行掃描線都切換電壓。采用智能型電荷共用技術有助于提高電荷共用功能的效率。
（2） 智能型電荷共用技術與傳統驅動器之間的分別
采用智能型電荷共用技術的列驅動器的輸出波形從外形看與傳統列驅動器的輸出波形不同，圖6顯示了這兩種不同的輸出波形。以這兩種輸出波形來說，VHXX是上半部分（電壓比VCOM高)的輸出電壓，而VLXX是下半部分（電壓比VCOM低）的輸出電壓。圖6(a)所示波形是傳統驅動器的輸出波形。無論在電壓范圍內的哪一位置，轉換率仍可保持相對穩定。圖6(b)所示波形是采用智能型電荷共用技術的列驅動器的輸出波形。智能型電荷共用技術的波形可分為兩個部分，第一部分是電荷共用時的部分。這部分的轉換率一直很快，然后才穩定下來，與VCOM電壓看齊。共用電荷完畢之后，輸出放大器進入傳統的驅動模式，（第二部分波形）其輸出波形與傳統驅動器的波形極為相似。
圖6 驅動器的輸出波形
智能型電荷共用技術與目前市場上的列驅動器所普遍采用的節能技術基本上完全不同。目前市場上很多列驅動器都有低功率模式可供選擇。以大部分應用方案來說，這個模式可減低流入輸出放大器的偏壓電流，以便節省能源。但這樣始終會降低輸出的平均轉換率。對于負載較小及清晰度較低的小型平板顯示器來說，這個解決方案已相當不錯了。但轉換率一旦減慢，性能也會隨著降低，對于高清晰度、高負載的新一代平板顯示器來說，這樣便遠遠不能滿足要求。
智能型電荷共用技術不但可以節省能源，而且又可同時提高平板顯示器的平均轉換率，因為儲存在各行掃描線之內的能量可以即時提供較大的電流，這是傳統放大器所無法做到的。由于美國國家半導體公司的列驅動器擁有這個優點，因此它一方面可以支持更高的實際轉換率，另一方面又可降低功率。
（3） FPD33584及FPD33620的智能型電荷共用技術的應用
為了充分發揮電荷共用技術的優點，電荷共用時間的長短應根據平板顯示器的負載大小而設定。RC電路負載較小的平板顯示器即使需要較少的共用電荷，可比RC 電路負載較大的平板顯示器節省更多的能源。美國國家半導體公司在設計FPD33584及FPD33620這兩款列驅動器時已充分考慮到電荷共用時間的長短，確保無需加設外置電路或添加輸入管腳也可控制時間長短。
對于大部分平板顯示器的負載來說，美國國家半導體公司一般會建議將電荷共用時間確定為500ns~1ms。以采用相當于50kΩ及150pF負載的平板顯示器為例來說，由于負載較大，因此可能需要較長的電荷共用時間才可節省更多電力及發揮更卓越的性能。
采用FPD33584及FPD33620時，可以利用兩種方法控制其電荷共用時間的長短。可以通過CLK-SEL、TIME0及TIME1三個管腳確定選用哪一種控制方法，全部管腳都可在TCP或COF封裝之內切斷聯系。
第一種方法是通過改變CLK1的脈沖寬度來控制電荷共用時間。對于那些需要能夠準確控制電荷共用時間的應用來說，這是一個最理想的方法。以這個配置來說，電荷在CLK1的上升邊緣便開始共用，并在CLK1的下降邊緣終止共用。采用這個配置時，必須利用TCP或COF的連線將CLK1-SEL管腳的電位拉高。采用這個配置時，應使TIME0及TIME1兩個管腳處于懸浮狀態。圖7顯示了以CLK1脈沖控制電荷共用時間時所出現的典型輸出波形。
圖7 利用CLK1脈沖控制電荷共用時間
第二種方法是利用某一指定數目的RSDSTM時鐘脈沖控制電荷共用時間。只要將CLK1-SEL管腳置于懸浮狀態或連接在較低電位上，便可啟動控制功能，控制電荷共用時間。TIME0及TIME1兩個管腳提供4個不同長度的電荷共用時間以供選擇。據表2所示，不同數值的TIME0及TIME1有各自不同的電荷共用時間。對于大部分應用方案來說，美國國家半導體公司建議負載較小的平板顯示器或RSDSTM時鐘頻率較低的應用方案也可采用[TIME1，TIME0]=[1，0]這個數值。128個RSDSTM時鐘周期只可用于負載極大的平板顯示器。以這個配置來說，電荷在CLK1的下降邊緣便開始共用，并在表2所列的RSDSTM時鐘周期內繼續共用。圖8顯示了典型的輸出波形，其中tCS為表2中所列的時鐘周期數與PWRSDS值的乘積。
圖8 利用時鐘周期控制電荷共用時間
利用智能型電荷共用技術共用電荷時，轉換率一般會遠比所顯示的速率快。美國國家半導體公司專有的智能型電荷共用技術不但可以改善列驅動器的性能，而且也有助于減少系統的整體功耗。這種技術除了可以發揮更高性能之外，也可與市場上許多RSDS列驅動器的管腳兼容。
