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EL背光技術的應用和發展

上網時間: 2001年09月15日  打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:EL  背光技術  el driver  驅動器  場效發光 

隨著高科技產品的民用化普及,從前僅在飛行器的駕駛座艙內使用的場效發光技術現已廣泛運用於消費性手持設備上,如手機、傳呼機、無線電話、個人數位助理、遙控器等產品,由於EL背光方式具有體積小、重量輕、溫度低、耗電少、無閃爍、發光均勻等特性,現已逐漸取代傳統的LED背光方式。

EL背光系統是由EL燈片和EL驅動器組成。EL燈片的厚度一般小於0.2mm,是由絕緣基底上噴塗了場效發光材料並夾在兩層電極之間組成。EL場效發光燈的供應商可以藉由使用不同的發光材料,比如硫化鋅、硫化鈣或硫化鍶,再摻雜其他成份如鎂、釤、銪或添加螢光染色劑等,來調整光的亮度和顏色。改變激勵頻率同樣能引起光的顏色變化,當頻率增加時顏色向偏藍的方向變化,而當頻率減小時顏色會向偏綠的方向變化,EL燈片的原始顏色是指激勵電壓為200V/400Hz時EL燈片的發光顏色。

EL燈片具有很強的柔韌性,在不折損電極的前提下,可任意裁剪或彎曲而不影響發光性能;而且,EL燈片是一種‘平面’發射器,相對於LED點光源,無須導光板等擴散器即可實現全表面均勻光;另外,LED是一個‘發光點’光源,局部‘發光點’往往會為精密的電子系統帶來意想不到的干擾,而EL燈片則是一個冷光源。

相對於LED背光系統,EL背光系統的另一個優勢在於降低了功耗。EL燈片所需要的僅僅是高電壓,負載所需的電流卻非常小,大概範圍是0.03到1mA/cm2,一般來說,在EL燈的面積小於10cm2時,工作電流在幾個mA左右。然而,僅驅動一個LED就需要5到10mA的電流。低功耗對於使用電池供電的設備而言,具有相當大的意義。

從電氣特性上看,EL燈片具有阻容特性,等效電路如圖,電容容量通常是2到6nF/in2(EL燈的品質越好電容特性越小)。電阻阻值通常是50到15000KOhm/in2。同一個EL驅動電路的最大驅動面積和驅動亮度會因不同的EL燈片而有較大差別。

EL燈片的發光亮度是幾項電氣參數綜合效果。一般來說,驅動電壓的峰峰值增加,亮度增加;驅動電壓的頻率增加,亮度增加(但當頻率上升到幾千赫茲時,亮度的增加會逐漸減少);另一方面,驅動電壓的頻率增加,EL燈片的發光效率會降低;當然,EL燈片的材料、品質和構造對發光亮度和效率也有很大的影響,例如,不同顏色的EL燈片效率不同,綠色的效率最高。此外,EL燈片的亮度標測單位是反映主動光源的fL(英尺朗伯)或nits(cd/m2,燭光/平方米),1fL=0.2919nits,而不是測量物體反射光強度的Lux(勒克斯)。

EL場效發光燈的壽命是以半衰期來衡量的,即EL燈片的亮度降低到初始時的一半時EL燈片的連續工作時間。典型的EL發光燈的半衰期是5,000到10,000小時,這取決於所使用的發光物質、激勵電壓和工作頻率。較高的驅動電壓和較高的驅動頻率會降低EL燈片的使用壽命,高濕和高溫的環境同樣會降低發光燈的使用壽命。需要指出的是,驅動電壓所引入的直流分量會大幅減少EL燈片的壽命,某些EL驅動器採用一端接EL燈片一端接地的驅動作法是極不可取的,因為這不僅向EL燈片引入了直流分量,而且對系統的地線也引進了更多的干擾信號。

在電氣特性上,EL燈片壽命的降低意味著等效電容值的降低和等效電阻值的增加。EL場效發光燈的應用場合在絕大多數情況下是直流低壓系統,比如電池供電。但EL場效發光燈必須用高壓來驅動,通常要求驅動電路應高效率地把直流電壓轉換為頻率為200Hz到1KHz、幅值為50到200Vpp的交流電壓,且不使用過多的電子元件。

在場效發光燈電路設計中,噪音和電磁干擾(EMI)是一個不可回避的問題,在無線手持設備中表現得尤其突出,因為過大的EMI甚至會影響無線電收發的靈敏度。

產生噪音的物理原因有兩點:1.脈衝電流流過驅動器電路時可能有相當大的強度,會引起電感或其它電器元件振動或感應其它元件振動,可藉由調整振盪頻率或更換好的電感解決問題;2.驅動電路中的振盪電容和物理結構類似,電容EL燈片在高壓交流電的驅動下表現出壓電效應,從而產生振動產生噪音。可藉由更換燈片和改善EL燈片的裝配製程來解決。

產生EMI的主要原因是逆變過程中,脈衝電流流過驅動器電路時所涉及的零組件產生電磁泄漏。藉由零組件的選擇和PCB板的屏蔽設計可基本解決此問題。

需要強調的是,不同的EL驅動晶片因其內部電路的工作原理不同,相應的驅動電路所產生的噪音和EMI的強度也有極大的區別。例如:導致EL燈片噪音的直接原因是驅動電壓的波形合成方式。EL燈規定使用正弦電壓驅動,但是實際上燈的驅動波不是一個純粹的正弦波,而是一個由脈衝組成的包絡類似正弦波的鋸齒波,SIPEX公司的EL驅動晶片的輸出波每半個正弦波是由16-64個脈衝組成,每個脈衝步進的電壓不多,所以驅動電壓的直流分量和EMI較小,並且基本上在各種EL燈片上避免了噪音問題。而某些EL驅動晶片的輸出波每半個正弦波僅由8個或更少的脈衝組成,故EL燈片的壽命會降低,噪音會增加。

在場效發光燈電路設計中,請注意:EL場效發光燈的諸參數之間是相互聯繫的,包括工作電壓、頻率、設計的輸出亮度、燈的壽命、顏色和價格。為了使設計的電路工作穩定可靠,在選擇零組件時還應注意參考EL場效發光燈供應商和驅動晶片供應商推薦的參數或他們推薦的零組件供應商。




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