白光型发光二极管(WLED)之背光设计兵法

前言：白光型发光二极管（White Light-Emitting Diode；WLED，也经常写成：White LED）的出现，使LED摆脱过去只能用在指示灯号、霓虹灯饰等场合，开始往电子照明领域迈进，包括汽车的方向辅助灯、初阶数字相机的闪光灯等都已能用WLED代替，更有甚者，已有业者将WLED的裸晶面积加大制造，从2×2mm扩增至5×5mm，增强其发光，使WLED也能用在汽车的主照灯上，只待审议核可便可上市。

除此之外，WLED还有一项热门的应用，即是充当LCD的背光源，以取代过往的冷阴极灯管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）。不过，现阶段将WLED用于背光有其益也有其害，如何取益避害，将是电子工程设计者所关切的，本文以下就来说明几种WLED背光设计的情境，并藉此了解个中应有的注意及要领。

■手机、数位相机


▲NS针对手持装置所提出的LP3954芯片，该芯片具有WLED背光驱控、WLED闪光灯驱控等能力，此外也具有RGB LED控制、ADC模拟数字转换等功能。

一般而言，手机、数字相机（预览窗）等装置所配属的LCD显示器皆属小尺寸，如2.2"、2.5"等，而有的掀盖式手机还配有副显示屏，副显示屏较主幕来得小，约多在1.2"左右，以上这些小?际??CD若用WLED作为其背光源，只要简单地将3?6颗WLED（使用颗数端视画面大小而定）加以串并联即可实现。

WLED除了做手机、数字相机的LCD背光外也能有其它的用处，例如今日的手机在按钮时也会发光，以方便使用者在暗处拨号（按键背光），或者来电时天线部位会发光提示，这些也都可用WLED，另外初阶数字相机或带有照相功能的手机，也开始用WLED充当闪光灯（约1?4颗），如此在单一装置内使用更多颗的WLED，组件用量增加且一致化，在设计及制造的供应调度上都有益处。

虽然小?际?CD的背光只要简单串并、排列3?6颗WLED即可，但进一步有两个疑问：1.若同一装置内有WLED型闪光灯，闪光灯需要比背光更高的驱动电流，甚至需要有预闪功能（防红眼）。2.背光的亮度并非一成不变，有时会有节能模式的体贴设计，在省电模态下自动将背光亮度降低，或者允许使用者自行调整亮度。所以WLED背光的驱动电路不能只是简单的On/Off设计，还必须有调节驱动电流（进而改变WLED亮度）的能力，且照相手机愈来愈多，数字相机使用WLED型闪光灯的机会也愈来愈高，因此对设计者而言必须设计2组WLED驱动电路，1组供WLED背光，1组供WLED闪光，同时2组都要有调整亮度的能力。

由于这类型的设计需求愈来愈多，因此许多模拟IC、电源管理IC的业者纷纷提出解决方案，即WLED驱动IC（英文称为：White LED Driver），驱动IC可同时掌控WLED背光与WLED闪光，包括On/Off的亮灭控制、多段式亮度控制等，其中亮度控制只要改变流经WLED的电流量即可，流量大则亮度高，流量小则亮度低，改变方式可采电压调整法或脉宽调变（Pulse Wide Modulation；PWM）法。

所谓电压调整法，在于改变WLED的驱动电压，电压高则流经WLED的电流量也会增加，进而增亮，反之亦然，然电压调整法对电流量的操控不够细腻，些微的电压改变就会使电流量大幅变动，除非使用极细腻的电压调整电路，但因此也会使成本与电路复杂度（体积）大增。相对的PWM法是改变WLED明灭的工作周期（Duty Cycle），以WLED的导通（点亮驱动）周期百分比、频率来控制亮度，不仅可以细腻调整且成本、复杂度都较低，今日WLED驱动IC普遍采行此法来调整亮度。

至于有哪些业者提供WLED驱动IC？答案是：现有模拟IC、电源管理IC业者几乎都有提供，如Linear、MAXIM、Micrel、NEC、NS、以及TI等。国内业者也有ARQUES（雅捷科技）、AIC（沛亨半导体）、AME（安茂微电子）、以及Richtek（立?科技）等。

另外也回到更前头的疑问：用WLED取代CCFL有何优点？有何缺点？关于此先说明优点，WLED只要正向电压即可驱动，且可以直接用锂电池的3.6V来驱动，相对的CCFL需要交流电压才能驱动，且要较高的驱动电压（多在正负10V以上），所以电源不仅要反相还要升压，供电设计的复杂性高过WLED。至于缺点，目前WLED的用电效率仍不如CCFL，因此手持装置在相同的电池电容量下，WLED作法将较CCFL耗电，使装置待机时间缩短，不过今日手持装置的应用愈来愈多，其它环节的用电也在成长（如手机照相闪光灯、手机数字电视、手机3D电玩、手机MP3随身听等），背光部份的成长有时反成为次要问题。

当然！WLED还有其它优点，例如没有使用有害物质，容易通过欧盟订立的RoHS法规，相对的CCFL是运用汞气体（水银蒸气）发光，铅、汞等有害物将逐步受各国市场限制。另外WLED对冲撞较具抗受性，反之以光管方式发光的CCFL一旦受冲撞破裂，就无法再行发光。也因此今日有许多矿工的配属头灯已改用WLED，此在严苛、多撞击的工作环境、场合中格外受用。

附注：欧盟于2003年2月13日发布WEEE（Waste Electronics and Electrical Equipment）与RoHS（Restriction of Hazardous Substances Directive）两项规定，其中RoHS规定：自2006年7月1日起销往欧洲的商品不得用有害物质，包括铅、汞、六价铬、PBB（多溴联苯）、及PBDE（多溴二苯醚）等，这也是今日芯片封装积极去铅化（Lead-Free）的原因之一。