液晶屏自身并不發(fā)光，為了可以清楚地看到LED顯示屏的內(nèi)容,，需要一定的白光背光源,。背光源是存在于液晶顯示器內(nèi)部的一個光學(xué)組件，由光源和必要的光學(xué)輔助組件構(gòu)成,。傳統(tǒng)的背光源采用的是冷陰極熒光燈（CCFL）,，色彩還原性差，含有對人體有害的汞蒸氣,。LED背光源色彩還原性好,、壽命長、不含汞,、有利于環(huán)境保護(hù),。就驅(qū)動電路而言，傳統(tǒng)的CCFL背光驅(qū)動線路十分復(fù)雜,，要求上千伏特的驅(qū)動電壓,，利用專門的逆變器才能驅(qū)動起來。而LED可以低電壓工作，響應(yīng)速度快,，控制較為方便,。近年來LED被逐漸引入到現(xiàn)有的液晶顯示技術(shù)中，背光源非常有可能成為下一個被LED壟斷的產(chǎn)業(yè),。LED背光源如果通過增加對比度,、區(qū)域控制等手段，性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于CCFL背光源,。目前,，LED背光源已經(jīng)在中小尺寸面板中普及，如手機,、數(shù)碼相框等,，隨著LED技術(shù)的發(fā)展和LED芯片的不斷成熟，LED液晶電視將可能逐步取代傳統(tǒng)的CCFL液晶電視,。
背光源根據(jù)光源的位置不同分為直下式背光源和側(cè)光式背光源。直下式背光源,，直接把LED光源放在出光面下面,，光源發(fā)出的光經(jīng)過一段空間距離和擴(kuò)散板的擴(kuò)散和混合后，成為面光源發(fā)射出來,，直下式背光源需要一定的混光距離,。而側(cè)光式背光結(jié)構(gòu)對超薄化的模塊設(shè)計則更具優(yōu)越性，隨著“超薄風(fēng)”的刮起,，大尺寸超薄側(cè)光式LED背光源成為各大電視廠商及上游企業(yè)的研究熱點,。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計
本文所設(shè)計的LED背光源是側(cè)光式超薄結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)包括：LED燈條,、驅(qū)動板,、膜材、導(dǎo)光板,、散熱塊,、上框架、背板,。背光源采用白光LED,，整個結(jié)構(gòu)設(shè)計以Active Area的中心點為所有部件的設(shè)計中心，以液晶電視所用液晶屏的尺寸為前提,，設(shè)計其它尺寸,。綜合考慮電路設(shè)計及光學(xué)設(shè)計的要求，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計,。結(jié)構(gòu)設(shè)計先從UⅣOUT布局圖著手,，表達(dá)整體機構(gòu)以及各部件相互之間的裝配關(guān)系，然后著手零件圖結(jié)構(gòu)設(shè)計。上框架采用分段式設(shè)計,，在長度方向上分段,，避免長度過長。燈條的出線端設(shè)置在背板的四個角處,，減少繞線長度,。
2 光學(xué)設(shè)計
背光模組的作用是把點光源發(fā)出的光通過漫反射使之成為面光源。為了得到合格的面光源,，首先要選擇合適的LED,，本設(shè)計采用的是白光雙芯片LED。通過預(yù)設(shè)白場光度指標(biāo),，結(jié)合對液晶屏,、光學(xué)膜等影響因素的研究分析，完成對整個背光源所需光通量的計算,。根據(jù)計算的光通量,，結(jié)合LED的光學(xué)特性計算出所需LED的顆數(shù)。表1所示為所選LED的電學(xué)及光學(xué)特性,。
表1 LED電學(xué)及光學(xué)特性
為了提高背光源的亮度,，膜材結(jié)構(gòu)搭配為：一層擴(kuò)散片+一層BEF+一層DBEF。其中,，擴(kuò)散片的作用是借擴(kuò)散物質(zhì)的折射與反射將光霧化,，讓射出的光更加均勻：BEF的作用是將光線聚攏，使其垂直進(jìn)入液晶模塊以提高輝度：DBEF是利用原先被傳統(tǒng)吸收型偏光片吸收的50％的光線來增加亮度,。導(dǎo)光板網(wǎng)點直徑為0.54～1.55mm.圖1所示為導(dǎo)光板的部分網(wǎng)點分布圖,。
圖1 導(dǎo)光板網(wǎng)點分布圖
3 電路設(shè)計
LED背光源電路設(shè)計主要包括燈條設(shè)計和驅(qū)動控制電路設(shè)計，圖2所示為整個電路部分的結(jié)構(gòu)框圖,。
圖2 電路結(jié)構(gòu)框圖
3.1 燈條設(shè)計
光源采用雙芯片白光LED,，燈條分布在背光源的四周。為了達(dá)到更好的電流均一性,，燈條采用串并混聯(lián),，實行兩并多串。為了取得更好的散熱效果,，LED燈條采用鋁基板加工制作,。整個系統(tǒng)輸入電壓為24V，此電壓由外部電源轉(zhuǎn)換器提供,。
3.2 驅(qū)動控制電路設(shè)計
驅(qū)動芯片是三路峰值電流模式PWM控制器,，通過閉環(huán)控制輸出電流提供高精度LED電流。該芯片包含三個峰值電流模式控制器,，給IC提供反饋,，以確保更高效率和更高精度,。芯片上的柵極驅(qū)動器進(jìn)行了優(yōu)化，用來驅(qū)動0.25A源電流或O.5A沉電流的邏輯電平FET,，每個輸出電流可通過線性或PWM調(diào)光方法進(jìn)行單獨調(diào)光,。
該芯片的閉環(huán)系統(tǒng)能動態(tài)調(diào)節(jié)它的輸出電壓，以適應(yīng)LED電流的線路和負(fù)載調(diào)整,。單一封裝內(nèi)集成的三路驅(qū)動器保證了每串間有更好的電流匹配,，同時降低了整個系統(tǒng)的芯片數(shù)量。具有40V線性穩(wěn)壓器,，提供5V電源給lC供電,，三個轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率由內(nèi)部振蕩器控制，三路有1200的相位差,，以降低輸入電流波紋,。高壓驅(qū)動，電流匹配度良好,。LED串間電流精度為4-2％,，支持線性和PWM調(diào)光。
圖3 PW_M_波形圖（D=75％）
3.3 散熱設(shè)計
由于LED的光效較低,，工作時會產(chǎn)生大量的熱量,，如果不解決散熱問題，會導(dǎo)致LED發(fā)光亮度的衰減和使用壽命的縮短,。為了抑制LED產(chǎn)生的熱量影響背光模組的輝度和色度，就要對LED進(jìn)行散熱設(shè)計,。
為了達(dá)到更好的散熱效果,，將LED陣列焊接在鋁基板上（MCPCB），鋁基板比普通的PCB（FR4材質(zhì)的PCB）散熱效果要好很多倍,。在鋁基板下面,，設(shè)計了長條形的散熱塊。在散熱塊和燈條之間貼敷導(dǎo)熱雙面膠,，并用螺釘固定鋁基板和散熱塊,。在背光源的四周熱量聚積地帶，貼敷帶保護(hù)膜的導(dǎo)熱片,。為了降低熱阻,，在LED焊盤上加導(dǎo)熱過孔。這樣,，減少了PCB板垂直于熱流方向的截面積,，從而減少了頂層和底層之間的熱阻而加強了LED燈熱量的傳導(dǎo)。最后,，依靠電視機殼里的空氣對流將熱量散掉,。
4 測試結(jié)果
本文所設(shè)計的液晶電視用超薄LED背光源為側(cè)光式結(jié)構(gòu),，光源采用白光LED。圖4所示為組裝后的LED背光源,，厚度為9.9mm,。利用BM一7進(jìn)行九點測試，中心輝度為5,，500nit,，亮度均齊性為82％，色彩還原性達(dá)到95％@CIE 1976,。背光源整體功率為150W,，其中LED功耗為135W，驅(qū)動電路效率達(dá)90％,。背光系統(tǒng)的驅(qū)動電路屬于高壓驅(qū)動,，電路簡單，電流一致性良好,。
圖4 組裝后的背光源
5 結(jié)論
本文設(shè)計了一款大尺寸超薄液晶電視用LED背光源,，中心亮度達(dá)到5，500nit,，整體背光源功率為150W,，亮度均齊度為82％。整機厚度為9.9mm,，達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平,。本文設(shè)計的背光源已通過信賴性測試，為量產(chǎn)打下了基礎(chǔ),。