LED如何改善移動電話與PDA中的燈光效果和性能

　　由于具備高照明效率、長效性與小體積，LED已成為便攜式設備。

　　如移動電話與PDA等的必然選擇，約0.1W的低功耗白光LED目前正廣泛應用在LCD顯示面板的背光與鍵盤照明上，當然也可通過連接多顆LED帶來較高的亮度作為臨時照明或閃光燈等應用，而可達1W的高功率LED則應用在配備兩百萬像素，甚至更高分辨率的拍照手機中來支持黑暗環境中的拍照功能。除白光LED外，RGB(紅、綠、藍)光LED也經常被用來強化移動電話的質感，通過三種色彩精確適當地混和，RGB LED可創造出豐富多樣的色彩。

　　在指示應用上，當有來電或信息時可以讓彩色LED閃爍，或利用色彩來顯示發話者的身份，例如自行定義的群組，如朋友、家人或業務往來的來電，這項功能不僅為移動電話帶來個性化，同時在非常吵雜的環境中也相當有用。為進一步強化使用者的影音感受，RGB LED也同時用來產生許多吸引人的發光效果，其中一個例子是將RGB的發光動作與響鈴的旋律或MP3音樂加以同步，另外一個RGB發光的有趣應用則是日本松下公司的Feel Talk功能，由于RGB LED被安排在移動電話的機殼下方，因此可以依使用者的心情顯示不同的色彩。

　　LED效能的改善和電氣特性

　　在大量資金投注LED開發后，白光LED的照明效率比起剛發明時有了大幅度的改善，目前市場上最佳的白光LED照明效率可以達到100lm/W，相當接近日光燈管，而一些領先公司也嘗試在藍光LED上使用不同的涂敷物質，并推出更佳發光效率的設計方案，因此提供面板背光所需的LED數目將持續下滑，目前移動電話上標準LCD面板所需的背光LED大約為2~4顆，而PDA或智能型手機上LCD面板的背光則需要6~10顆。在進一步討論LED背光與閃光燈的驅動電路結構與新功能前，先回顧一下移動電話與PDA中廣泛使用的LED以及電池的電氣特性。

　　依不同制造商所采用技術的差異，LED的正向電壓(Vf)大約在2.7~4V之間，通常高功率LED擁有高達4.9V的較高正向電壓，因此LED驅動電路就必須提供足夠的正電壓以便讓LED以正向偏壓的方式發光。當采用多顆LED來提供背光時，在驅動電路設計上應考慮正向電壓間的差距，為了得到相同的照明強度，也就是讓不同的LED發出相同的色彩，設計工程師必須確保流經每顆LED的正向電流能夠相同，低功率LED通常采用20mA的正向電流，最大約為25mA，目前市場上的高功率LED則能以高達1.5A的脈沖電流來驅動。

　　電池的電氣特性

　　目前移動電話與PDA中最常見的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6V~3.7V，工作電壓則為4.2V~3.2V，為確保能夠安全工作，這類型的鋰電池只能夠在1C的范圍內充電或放電，這里C由電池的額定容量所決定，例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A，移動電話通常使用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改善電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開始開發。在使用這類電池組時，設計工程師應該遵守電氣規格限制并據此調整驅動電路。

　　在使用最高正向電壓為3.4V～4V的LED時，由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅動電壓，因此需要一個具有穩定電流功能的升壓式轉換器來推動以串聯或并聯方式連接的LED。

　　電荷泵轉換器目前廣泛使用在LCD的背光驅動上，與采用電感式的升壓式轉換解決方案比較，電荷泵驅動電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設計已經逐漸改善電荷泵驅動電路的效率，目前最高效率可超過93%，而平均效率則約為80%。電荷泵驅動電路通常采1x與2x模式運作，部分設備中則加入了1.33x與1.5x模式來改善效率，在這類解決方案中，LED采用并聯方式連接，同時每個LED的電流由各自獨立的匹配電流源提供，最佳的驅動芯片在相同電路中任兩個LED電流間的匹配誤差約為0.2%。

　　在便攜式設備中，當按鍵盤或觸摸屏時所用的LED電流最高，而在幾秒鐘沒有動作后，為降低功耗LED電流將降低，控制LED電流的一個常見方式是采用PWM脈沖來驅動芯片的使能端，通過啟動與關閉芯片，其輸出電流為PWM信號占空比的平均值。對于新LED驅動芯片，由于采用單根(S-Wire)或兩根線的I2C接口，故只需用一或兩個I/O口，因而設計非常簡單。

　　漸進式亮度變化與情境式照明

　　漸進式亮度變化主要應用在便攜式設備啟動或關機時以創造劇場式的照明效果，在啟動時，背光電流會以預先設定的時間間隔以步進方式逐步放大到20mA，同樣在關機時采用相反的動作逐步降低，通過微處理器的幫助，可將具備不同頻率的PWM信號送到LED驅動電路的使能端來實現這樣的效果，以特定時間間隔將LED電流用多重步進的方式加大或降低，但這個方法的缺點是耗費實時處理器資源，在NCP5602與NCP5612這類的LED驅動芯片產品上就具有此功能，參考圖1。

　　圖1：典型的兩顆LED式電荷泵驅動器應用。(a) 采用I2C控制接口的LED驅動電路;(b) 采用單線式S-Wire控制接口的LED驅動電路。