新的汽车显示屏需要能提供30,000:1调光比的背光照明LED驱动器

作者：凌力尔特公司产品市场工程师 Jeff Gruetter

引言

根据 Strategies Unlimited 公司的研究，2010 年，高亮度 LED 的市场规模预计将达到 82 亿美元，而且到 2015 年，预计将增长到 202 亿美元，年复合增长率 (CAGR) 为 30.6%。目前用来给显示屏进行背光照明的 LED 是这种增长的主要驱动因素。应用包括高清电视机、汽车显示屏、大量手持式设备等。要保持这种叹为观止的增长率，LED 不仅必须提供更高的可靠性、更低的功耗和更小/更平的外形尺寸，而且还必须明显改进对比度、画质清晰度和色彩准确度。此外，汽车、航空电子和船舶显示屏还必须在最大限度地改进所有这些性能的同时，适合多种环境照明条件，如明亮的日光、昏暗的夜晚等环境。这些晶体管液晶显示屏 (TFT-LCD) 的应用非常广泛，从信息娱乐系统、计量表到多种仪表都有。用 LED 对这些显示屏进行背光照明时，为了在种类如此繁多的环境照明条件下优化显示屏的易读性，会引起一些独特的 LED IC 驱动器设计挑战。这要求 LED 驱动器能够提供非常宽的调光范围和高效率，并承受相对苛刻和严酷的汽车电气及物理环境的考验。最后，这些解决方案必须是非常扁平和占板面积紧凑，同时必须提高成本效益。

在汽车照明市场，靠什么支撑这么令人叹为观止的增长潜力呢？首先，LED 的发光效率比白炽灯高 10 倍多，几乎是荧光灯效率的两倍，其中包括冷阴极荧光灯 (CCFL），因此减少了提供一定量光输出 (以流明为单位) 所需的电功率以及所产生的热量。随着 LED 的进一步开发，其用电功率产生流明的效率只会持续提高。其次， LED 照明不需要处理、接触和清除 CCFL/荧光灯中常见的有毒水银蒸气，这在一个非常有环保意识的世界上是非常重要的。第三，大约每用 1,000 个小时，白炽灯就需要更换，荧光灯的持续使用时间达到 1 万小时，相比之下，LED 的寿命超过 10 万小时。在大多数应用中，这允许 LED 永久性地嵌入到最终应用中，而无需附属装置。对于嵌入到汽车内部的仪表/导航/信息娱乐系统显示屏的背光照明而言，这尤其重要，因为在汽车的寿命期内，它们永远都不需要更换。此外，LED 比其它照明灯小和扁平数个量级，因此 LCD 显示屏可以非常薄，因此在汽车内部所需空间最小。此外，通过采用红、绿和蓝光 LED 配置，可以提供无限多种色彩。LED 还能够以比人眼能检测到的速度快得多的速度调光和接通/断开，从而显著改进了 LCD 显示屏的背光照明，同时实现了极高的对比度和分辨率。

汽车照明系统设计师面临的最大挑战之一是，如何优化最新一代 LED 的所有优势。由于 LED 一般需要一个准确和高效率的 DC 电流源和一种调光方法，因此 LED 驱动器 IC 的设计必须在各种各样的条件下满足这些要求。电源解决方案必须是高效率、功能可靠、非常紧凑和经济实惠的。可以说，对于 LED 驱动来说，将会在航空电子、船舶和汽车信息娱乐系统 TFT-LCD 背光照明应用中发现要求最苛刻的应用，因为这些应用必须面对严酷的汽车电气环境，必须补偿变化范围很大的环境照明条件，必须放在非常受限的空间中，在必须做到所有这一切的同时，还要保持有吸引力的成本结构。

汽车 LED 背光照明

诸如小尺寸、极长的寿命、低功耗和增强的调光能力等优势已经引发了 LED TFT-LCD 背光照明在今天的汽车、飞机和船舶中的广泛普及和采用。信息娱乐系统通常有一个安装在仪表板中央某处的 LCD 显示屏，以便驾驶员和乘客都能非常容易地查看地点、进行音频调谐和完成其它各种任务。此外，很多汽车在后座上还有为乘客提供娱乐的 LCD 显示屏，提供电影、视频游戏等等。历史上，这些显示屏使用 CCFL 背光照明，但是用非常扁平的白光 LED 阵列取代这些相对较大的 CCFL 灯的做法正在变得越来越常见，白光 LED 提供更准确和可调的背光照明，以及很容易超过汽车寿命的使用寿命。

在这种环境中使用 LED 的好处是，可以产生几种正面影响。首先，它们永远不需要更换，因为它们的可靠寿命长达 10 万多小时 (使用年限为 11.5 年)，超过了汽车本身的寿命。这允许汽车制造商永久性地将它们嵌入到车内的背光照明系统中，而无需考虑便于更换的问题。款式可能也是一个显著变化之处，因为 LED 照明系统不需要像 CCFL 灯那样占用那么深的空间或那么大的面积。在从输入电源提供光输 (以流明为单位) 方面，LED 一般也比荧光灯的效率高。这有两种积极的影响。第一，这对汽车总线提供的电功率消耗得较少，另外同样重要的是，这减少了需要在显示屏中消散的热量，从而无需任何笨重和昂贵的散热装置。