通過合理選材并優(yōu)化機械結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一款低功耗的118cm(47in)ED" title="LED">LED背光源,。對膜材進行篩選,，采用1層擴散膜、2層棱鏡膜和1層雙層增亮膜(DBEF)進行搭配,，保證了背光源的亮度,。根據(jù)試驗確定了LED之間的距離,、LED發(fā)光面到導(dǎo)光板(LGP)入光面之間的距離和LED發(fā)光面與LGP入光面兩者的垂直距離。依據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)進行樣品制作并與同類產(chǎn)品對比測試,，結(jié)果表明：在滿足同等光學(xué)特性的前提下,，所設(shè)計的LED背光源具有低功耗的優(yōu)點。

　　1　引言:

　　自從歐盟施行了RoHS標準,，以消除在歐盟成員國銷售的電子產(chǎn)品中的鉛,、鎘、汞,、六價鉻,、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚等物質(zhì)以后，以汞作為主要成份的冷陰極熒光管(CCFL)注定將逐漸退出歷史舞臺,。同時,，綠色環(huán)保的LED亮度的提高，促使LED背光技術(shù)得到了極大的發(fā)展,。LED背光憑借著色域廣,、工作電壓低、響應(yīng)時間短等優(yōu)點,，已呈現(xiàn)出取代CCFL背光的趨勢,。在當今低碳環(huán)保的主題下，低功耗的LED背光的競爭優(yōu)勢更加明顯,。

　　如何實現(xiàn)低功耗是LED背光的主要研究方向之一,。LED背光主要由Back Cover、LGP,、膜材,、Mold Frame、LED　Bar,、Bezel和Panel等組成,，其能耗主要體現(xiàn)在LED　Bar上。通過合理設(shè)計背光結(jié)構(gòu),，挑選適合的膜材搭配,，減少LED數(shù)量，提高LED的利用效率,，可以大幅降低LED背光的功耗,。本文設(shè)計了一款118cm(47in)LE背光源，通過對背光結(jié)構(gòu)的設(shè)計和膜材的篩選,，在保證背光亮度和均一度等光學(xué)特性的前提下,，減少了LED的數(shù)量，將背光的功耗控制在了較低水平,。

　　2　LED背光設(shè)計

　　LED背光目前主要分為兩種：直下式和側(cè)光式,。所謂直下式就是在背光的整個背面全部設(shè)計LED燈,，通常應(yīng)用于大尺寸的背光，其優(yōu)點是亮度和均勻性好,，缺點是使用的LED數(shù)量較多,，發(fā)熱現(xiàn)象明顯;側(cè)光式是在背光的邊緣處設(shè)計LED燈，通常應(yīng)用于小尺寸的背光,，優(yōu)點是使用的LED數(shù)量少,，散熱也較好。但隨著LED亮度的提高和背光結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,，大尺寸LED背光的發(fā)展趨勢將從直下式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗倪厒?cè)光式,，再到兩邊側(cè)光式，最后將發(fā)展成為一邊側(cè)光式,。雖然直下式背光的亮度和均一度都好于側(cè)光式,，但是側(cè)光式背光的功耗要遠遠小于直下式。本文設(shè)計的118cm(47in)LED背光為上下兩邊側(cè)光式,，上下兩邊各有兩條LED　Bar,，每條LED　Bar上有60顆5630-LED，其結(jié)構(gòu)如圖1所示(文中Panel透過率設(shè)置為恒量),。5630-LED的亮度在2010年1月是571m/W,，2010年3季度已經(jīng)提升到70～751 m/W，預(yù)計2011年3季度將提升到83～851m/W,。隨著LED發(fā)光效率的提高,，能耗將進一步下降。

　　圖1　側(cè)光式LED　Bar結(jié)構(gòu)圖

　　2.1 膜材篩選

　　膜材的選擇直接決定了LED背光的性能,。

　　為了使用盡可能少的LED而又保持良好的光學(xué)特性,，本文設(shè)計的LED背光選用了1層擴散膜、2層棱鏡膜和1層雙層增亮膜(DBEF),，膜材參數(shù)如表1所示。擴散膜可以改變LGP出射的光路,，讓射出的光更加均勻;還可以隱藏LGP 上的dot,，使從正面看不到散射點的影子，擴大視野角,，提升輝度,。棱鏡膜即增亮片，主要利用全反射和折射定律,，將分散的光集中于一定角度范圍內(nèi)出射,，從而提高該范圍內(nèi)的亮度。DBEF 是本文LED背光模組的關(guān)鍵膜材,，可以使整個模組的亮度提升一倍,，其工作原理如圖2所示,。DBEF可以將不能通過下偏光片的光線反射回背光，經(jīng)背光的二次反射,，部分光線又可以通過DBEF和下偏光片出射,。經(jīng)過多次回收和利用，光的透過率得以大幅提高,。

　　表1　膜材參數(shù)

　　圖2　DBEF工作原理示意圖

　　2.2 與LED相關(guān)間距的設(shè)計

　　對背光的合理設(shè)計可以提高LED的利用效率,。影響LED利用效率的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有3個：

　　LED之間的距離;LED發(fā)光面到LGP入光面之間的距離;LED發(fā)光面和LGP入光面兩者的垂直距離。如圖3所示,。只有將三者綜合考慮才能最大化LED的利用效率,，從而降低功耗。

　　圖3　LED相關(guān)間距示意圖

　　 2.2.1　LED間距

　　由于LED是端面發(fā)光,，圖4所示為LED端面發(fā)光示意圖,，整個LED　Bar是不連續(xù)的光源，因此,，當LED之間的距離過大時,，亮度會下降，并且可能產(chǎn)生明暗相間的Hot　Spot現(xiàn)象;當LED之間的距離過近時,，雖然亮度得到較大的提高,，但需要LED的數(shù)量也會增加，導(dǎo)致LED的低利用效率和背光的高功耗,。圖5是試驗得到的LED亮度分布曲線,，從圖中可以看到，隨著LED距離的增大,，亮度下降;在LED之間的距離d>4.35 mm時,，還會出現(xiàn)Hot　Spot現(xiàn)象，曲線波動越大說明Hot　Spot越明顯,。同時LED　Bar的總長度應(yīng)該小于LGP(1067×604.),，所以為了保證LED的亮度以及避免Hot　Spot現(xiàn)象，取LED之間的距離d=3.35mm,。

　　圖4　LED端面發(fā)光示意圖

　　圖5　LED之間距離與亮度分布曲線

　　2.2.2 LED發(fā)光面到LGP入光面的距離

　　理論上LED的發(fā)光面到LGP的入光面之間的距離越小越好,，這樣可以充分利用LED所發(fā)出的光;但在實際情況中，由于加工精度,、不易組裝等問題,，不可能達到零間距。對LED 發(fā)光面到LGP入光面的距離進行試驗,，得到LED-LGP之間距離與入射效率的擬合曲線,，如圖6所示。可以看出,，入射效率隨LED和LGP之間的距離增大而減小,，在距離小于0.8 mm時，入射效率降低比較緩慢且在95%以上,。因此,，考慮到實際加工精度和裝配因素，取LED發(fā)光面到LGP入光面的距離為0.8 mm,。

　　圖6　LED&LGP距離的入射效率分布曲線

　　2.2.3 LED發(fā)光面和LGP入光面的垂直距離

　　LED發(fā)光面和LGP入光面兩者之間的垂直距離通常會被忽略,，但如果兩者之間的距離過大，也會嚴重影響入射效率,。通過試驗發(fā)現(xiàn),，兩者之間的距離在±0.2mm范圍內(nèi)時，入射效率變化緩慢,，且保持在95%左右,，所以控制LED發(fā)光面和LGP入光面的垂直距離在±0.2mm范圍內(nèi)即可。

　　圖7所示為兩者之間的距離與入射效率的關(guān)系,。

　　圖7　LED&LGP垂直距離的入射效率分布曲線

　　3　LED樣品測試結(jié)果

　　根據(jù)上述關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)和膜材的選取進行樣品制作,。圖8所示為118cm(47in)LED背光源的實物圖將樣品與同類產(chǎn)品進行了比較，具體測試結(jié)果如表2所示,。

　　本文中設(shè)計的樣品在保證了光學(xué)性能的前提下,，實現(xiàn)了低功耗的目標，達到了《平板電視能效限定值及能效等級》中規(guī)定的一級能耗,，產(chǎn)品的厚度和色域也具有一定的優(yōu)勢,。

　　圖8　  118cm(47in)LED背光源

　　表2　樣品測試結(jié)果

　　4　結(jié)論:

　　設(shè)計了一款118cm(47in)LED背光，選用1層擴散膜,、2層棱鏡膜和1層DBEF組成背光模組,。

          根據(jù)試驗對影響LED利用效率的相關(guān)尺寸進行了優(yōu)化：LED與LED之間的距離d=3.35mm，LED發(fā)光面到LGP入光面的距離為0.8mm,，控制LED發(fā)光面和LGP入光面水平中心的距離為±0.2mm,。在保證背光光學(xué)特性的前提下，盡可能減少了LED的數(shù)量,，實現(xiàn)了背光的低功耗,。