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(多图) 超薄液晶电视用LED背光模组的设计

现代显示 李秀真?? 2011年10月14日 ?? 收藏0

  引言

  液晶屏自身并不发光,为了可以清楚地看到LED显示屏的内容,需要一定的白光背光源。背光源是存在于液晶显示器内部的一个光学组件,由光源和必要的光学辅助组件构成。传统的背光源采用的是冷阴极荧光灯(CCFL),色彩还原性差,含有对人体有害的汞蒸气。LED背光源色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护。就驱动电路而言,传统的CCFL背光驱动线路十分复杂,要求上千伏特的驱动电压,利用专门的逆变器才能驱动起来。而LED可以低电压工作,响应速度快,控制较为方便。近年来LED被逐渐引入到现有的液晶显示技术中,背光源非常有可能成为下一个被LED垄断的产业。LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段,性能要远远优于CCFL背光源。目前,LED背光源已经在中小尺寸面板中普及,如手机、数码相框等,随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟,LED液晶电视将可能逐步取代传统的CCFL液晶电视。

  背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。直下式背光源,直接把LED光源放在出光面下面,光源发出的光经过一段空间距离和扩散板的扩散和混合后,成为面光源发射出来,直下式背光源需要一定的混光距离。而侧光式背光结构对超薄化的模块设计则更具优越性,随着“超薄风”的刮起,大尺寸超薄侧光式LED背光源成为各大电视厂商及上游企业的研究热点。

  1? 结构设计

  本文所设计的LED背光源是侧光式超薄结构,整个结构包括:LED灯条、驱动板、膜材、导光板、散热块、上框架、背板。背光源采用白光LED,整个结构设计以Active Area的中心点为所有部件的设计中心,以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提,设计其它尺寸。综合考虑电路设计及光学设计的要求,对结构进行设计。结构设计先从UⅣOUT布局图着手,表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系,然后着手零件图结构设计。上框架采用分段式设计,在长度方向上分段,避免长度过长。灯条的出线端设置在背板的四个角处,减少绕线长度。

  2? 光学设计

  背光模组的作用是把点光源发出的光通过漫反射使之成为面光源。为了得到合格的面光源,首先要选择合适的LED,本设计采用的是白光双芯片LED。通过预设白场光度指标,结合对液晶屏、光学膜等影响因素的研究分析,完成对整个背光源所需光通量的计算。根据计算的光通量,结合LED的光学特性计算出所需LED的颗数。表1所示为所选LED的电学及光学特性。

表1 LED电学及光学特性

LED电学及光学特性

  为了提高背光源的亮度,膜材结构搭配为:一层扩散片+一层BEF+一层DBEF。其中,扩散片的作用是借扩散物质的折射与反射将光雾化,让射出的光更加均匀:BEF的作用是将光线聚拢,使其垂直进入液晶模块以提高辉度:DBEF是利用原先被传统吸收型偏光片吸收的50%的光线来增加亮度。导光板网点直径为0.54~1.55mm.图1所示为导光板的部分网点分布图。

导光板网点分布图

图1 导光板网点分布图

  3? 电路设计

  LED背光源电路设计主要包括灯条设计和驱动控制电路设计,图2所示为整个电路部分的结构框图。

电路结构框图

图2 电路结构框图

  3.1 灯条设计

  光源采用双芯片白光LED,灯条分布在背光源的四周。为了达到更好的电流均一性,灯条采用串并混联,实行两并多串。为了取得更好的散热效果,LED灯条采用铝基板加工制作。整个系统输入电压为24V,此电压由外部电源转换器提供。

  3.2 驱动控制电路设计

  驱动芯片是三路峰值电流模式PWM控制器,通过闭环控制输出电流提供高精度LED电流。该芯片包含三个峰值电流模式控制器,给IC提供反馈,以确保更高效率和更高精度。芯片上的栅极驱动器进行了优化,用来驱动0.25A源电流或O.5A沉电流的逻辑电平FET,每个输出电流可通过线性或PWM调光方法进行单独调光。

  该芯片的闭环系统能动态调节它的输出电压,以适应LED电流的线路和负载调整。单一封装内集成的三路驱动器保证了每串间有更好的电流匹配,同时降低了整个系统的芯片数量。具有40V线性稳压器,提供5V电源给lC供电,三个转换器的开关频率由内部振荡器控制,三路有1200的相位差,以降低输入电流波纹。高压驱动,电流匹配度良好。LED串间电流精度为4-2%,支持线性和PWM调光。


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液晶电视? LED? 背光模组? 点光源?

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