在开发下一代基于LED的平板电视时，LCD电视系统设计师们面临着众多选择。他们必须选择使用直下式还是侧光式LED背光结构，还要从多种调光技术、功率管理方法以及热保LED正在快速成为大型显示屏的主流背光源，但设计师们还需要解决热量管理、功率管理、亮度调节以及其他问题，这样才能设计出性能优化的系统。Xiaoping Jin和Arkadiy Peker如是分析。
在LCD电视业界，LED正快速成为背光技术的选择，同时它也正在不断进入更大尺寸屏幕的领域。LED尺寸小，功耗低，显示性能也好，所以在它即将成为所有LCD产品的主流背光源，这点基本上没有什么疑问。但是，系统设计师们必须知道如何对LED背光设计进行优化，只有那样才能在市场中获胜，这个市场的竞争将是很激烈的。
在开发下一代基于LED的平板电视时，LCD电视系统设计师们面临着众多选择。他们必须选择使用直下式还是侧光式LED背光结构，还要从多种调光技术、功率管理方法以及热保护技术中加以甄别。他们要关注如何实现精确又稳定的色彩管图l理，以及如何更好地将LED背光控制和视频处理器进行同步，以便实现Dl、D2和D3背光寻址技术。还有，设计师们还必须选出最佳的LED背光设置图形用户接口(GUI)。
随着TV面板尺寸越来越大，分辨率越来越高，这些决策也变得越来越重要了。随着TV面板全面转向1080p分辨率，并且显示面积不断增加，TV背光单元(BLU)在图像显示质量中所扮演的角色也更加重要了。
在为大型LCD TV设计下一代LED的BLU时，有几个关键因素必须考虑。比如，在每个边以及从中心到边角之间的照明度必须一致，还要在实现高动态范围对比度和更深的黑度之间取得平衡。色域也很重要，必须达到或超过NTSC的要求。视频品质则必须满足所有动态影像反应时间(MPRT)的必需要求，同时为了降低能耗，照明效率也应当较高。
为了达到满意的图像品质，TV面板生产商有一些选项，包括侧光式(DO)，或者为了提升效率采用扫描调光(D1)或者本地或区域调光(D2)。通过使用RGB LED BLU以实现D3，也即针对红、绿、蓝三种LED的亮度进行独立的本地或区域调光，才能获得最佳的图像质量。
除了图像品质以外，尚有很多和前述每种BLU设计相关的成本或实现的问题。侧光式和直下式LEDBLU都有不同的要求，这又会影响到系统级能耗效率，并且对功率系统结构的设计产生影响。
设计师必须选用最佳的LED串驱动模块，当然，照明控制系统的选择也很重要，它可以在很宽的输入电压和工作温度范围内对LED电流进行精确地控制，同时还能提供足够的热保护。同样，在RGB-LED的BLU实现过程中，还应具备精确的色彩管理;BLU与系统视频处理器的同步是为了实现BLU寻址机制(包括DO、Dl、D2以及D3亮度调节方案)。
通常，基于LED的BLU总是含有多个白光或红、绿、蓝光的LED串。BLU还会集成照明控制，以及一个带有视频处理接口的控制器，利于亮度调节。另外，BLU还会带有周边环境光感应器(用于W-LED BLU)或者RGB光感应器(用于RGB-LED BLU)，并外带诊断功能。
BLU上集成的功率模块，带有一个或多个功率供应单元(PSU)，外加热量管理功能和通向BLU照明控制以及管理模块的接口。最后的元件是LED驱动器和相应的保护机制。对于BLU功率系统来说，设计的基本需求是成本低、尺寸小、效率高，所有这些都会受到亮度调节功能实现方案的影响。举例来说，一个使用DO亮度调节的侧光式BLU会要求有数量多但尺寸很小的PSU，而直下式则用D2本地或区域调光的BLU就能接受数量较少且尺寸较大、较高的PSU。
要想理解亮度调节功能对PSU设计的影响，搞清楚LED的工作原理是首要的。LED是一种电流驱动型器件，它的输出亮度与输入电流直接成正比，电流又是通过恒定直流电源输出，以保持稳定的发光亮度。恒流源同LED正向电压(VF)保持独立，即使温度变化也是如此。
图1是一个RGB-LED BLU，其中RGB-LED阵列是由一个恒压源(PS)驱动的，该恒压源采用一个独立的电流源进行控制。对于W-LED串来说，把每个彩色的LED换成白色LED就可以了。
图1所示的RGB-LED BLU在实现起来功率效率上会出现折衷。PSU的必须能够支持LED阵列或LED串(最大的VF总值)。因为不同色彩的LED之间甚至相同色彩的LED之间VF会存在差异，这将引起过度的能量消耗。这些差异通常是由LED制造工艺的变化而引起的。就拿飞利浦Lumileds的红光Luxeon LED举个例子，它的典型VF压降是2.95V,而绿光LED的典型VF压降是3.99V。
因此，PSU的最大电压就应该是39.9V，这对红光LED阵列来说会引起过量的能量消耗，其消耗量Pd=(39.9V-29.5V)×0.35A= 3.64W.
为了提升能量效率，系统设计师可以为每个R/G/B阵列设计一个单独的DC/DC转换器，并且可以通过调节流经LED串的电流感应电阻上的电压值，把它转变成为一个恒流源。这个方法相对比较昂贵，但它具有更高的能源效率，同时还可以用于W-LED方案，只需把其中的彩色LED替换成白光LED即可。
热量管理是设计中要考虑的重要问题。LED BLU必须能够对LED产生的热量参数进行管理。随着温度的上升，这个参数的存在会减少发光量。如果PWM的做功周期的增长速度要比LED的VF下降得更快，就会让LED背光系统进入发热失控的状态。发光控制和管理模块必须对LED的温度进行测量，如果这个温度超过某个预设值，应减少所有RGB PWM信号的做功周期，以此避免LED热量失控，从而避免LED BLU和显示器的毁坏。
色彩管理也很重要。对W-LEDBLU来说，只需要一个显示亮度感应器来维持整体的亮度，但RGB-LEDBLU系统就需要更复杂的RGB感应器以及闭合的色彩环来管理预设值或者是用户设定的白点。通过应用先进的亮度调节技术，比如Dl扫描调光、D2本地或区域调光以及D3基于RGB的区域或本地调光，就可以得到最佳的图像品质（图2）。
为了让LED BLU能在每一帧的基础上和视频处理器同步，必须在面板上显示出每个数据之时同步地更新每个LED BLU照明区域的信息。如果这些区域和面板上显示的数据之间没有精确地达成同步，图像质量就会下降。最理想的同步同时要具备高速的连接，比如使用SPI总线。更进一步，在D2本地或区域亮度调节，以及对D3基于RGB的本地或区域亮度调节中的每一个RGB串来说，还可能需要使用特殊的通讯协议。
另外，要用高速的接口来同步时钟信号和面板数据同步期间的VSYNC数据。SPI总线能够接通或关闭，以便在Dl扫描亮度调节模式下对每个区域进行控制。
Microsemi也提出了一种亮度调节方法，称为适应性本地亮度调节，它可以让背光电路只在需要照明时才点亮它负责的图像区，同时让黑暗区域变暗。这种新方案可以让黑区更黑，同时显著地提升色彩、对比度、运动清晰度以及灰阶，同时由于它能避免不必要的背光，更能节省电力。
这种背光控制方案在Microsemi的LX23204背光控制器中已经得到体现，在侧光式背光条件下，它能支持长而高电压的LED串(最大为300V)。该公司的LX24132（32口）LED背光控制器以及LX23108L（8口）LED驱动器中也含有此项技术，它们可以采用直下式或侧光式背光应用提供灵活的集成式解决方案，既可用于平板LCD电视中的白光LED，也可用于RGB LED方案。
在设计LED背光面板时，LCD显示器设计师们拥有一系列的选项，背光方式及技术的选用对于成本和显像品质都有极大的影响，特别是在大屏幕尺寸上更是如此。适当的照明控制及管理机制可以优化能量效率和图像品质，同时又能降低整体系统成本。
通过使用直下式RGB LED BLU实现的D3本地或区域RGB独立调光技术，可以获得最佳的图像品质。但是，使用最新的超级对比度的调光技术，在超薄的侧光式BLU设计中也可获得出色的图像品质和动态对比，同时还拥有极深的黑度。
