背光源實(shí)際方案及達(dá)到的技術(shù)效果。并通過(guò)對(duì)一款47in LED背光源的設(shè)計(jì)和制作,。進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,。測(cè)試結(jié)果為中心亮度11，230nits,、整體功耗178W ,、均勻度96.26%、色彩還原性達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的128.15%.遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了CCFL背光源的70%.

　　引 言

　　液晶顯示器主要由LCD（液晶面板）和背光源組成,。因?yàn)長(zhǎng)CD本身不發(fā)光,，所以LCD需要通過(guò)外部光源實(shí)現(xiàn)透射或者反射顯示。現(xiàn)有的LCD大多數(shù)是帶有背光源的透射型器件,，背光源的發(fā)光特性將直接影響到LCD顯示器件的畫面品質(zhì),，因此,，背光源是液晶顯示器非常重要的組成部件。

　　價(jià)格低廉,，技術(shù)成熟的CCFL（冷陰極燈光管）仍是現(xiàn)有液晶顯示器件背光源的主要光源,。但LED（發(fā)光二極管）作為顯示器件應(yīng)用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣，尤其是在液晶電視的功能越來(lái)越強(qiáng),，結(jié)構(gòu)越來(lái)越美觀的形勢(shì)下,，LED應(yīng)用于液晶電視的各個(gè)部分，并在迅速的更新,，高亮度,、高品質(zhì)、多功能是目前新產(chǎn)品的一個(gè)主要目的,。

　　LED背光源目前大致可以分為直下式和側(cè)光式兩種,。直下式是在液晶顯示器的整個(gè)背面全部設(shè)計(jì)LED燈：側(cè)光式是在液晶顯示器的邊緣設(shè)計(jì)LED燈。一般情況下,，在30in以上的大尺寸液晶電視中應(yīng)用直下式背光源,，30in以下則可用側(cè)光式背光源。

　　本文所設(shè)計(jì)的直下式LED背光源,，尺寸為47in,，內(nèi)容涉及了背光源結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)，包括對(duì)LED燈的排布進(jìn)行設(shè)計(jì),，這些基于電路板來(lái)實(shí)現(xiàn),。同時(shí)，電路板的尺寸,、形狀,、元器件安排則根據(jù)背光源的結(jié)構(gòu)來(lái)確定。安裝完電路板之后,，再在上面蓋上所需的光學(xué)膜材,，并安裝各種構(gòu)件，以組裝成一個(gè)完整的背光源,。

　　1 與CCFL技術(shù)的對(duì)比分析

　　1.1 CCFL的特點(diǎn)

　　CCFL是填充了惰性氣體的密封玻璃管,，當(dāng)在管上加高電壓時(shí)，氣體電離產(chǎn)生紫外（UV）光,，UV光激勵(lì)內(nèi)部磷光粉涂層,，產(chǎn)生可見光。

　　CCFL具有的特點(diǎn)包括白光源,、低成本,、長(zhǎng)壽命（大于25，000小時(shí)）,、高電壓驅(qū)動(dòng),、含有有毒氣體汞,。

　　目前，以CCFL作為背光源是液晶電視的主流,。但是CCFL存在一個(gè)本質(zhì)的缺點(diǎn),，即能夠達(dá)到的色域（即電視機(jī)的色彩表現(xiàn)范圍）較小，普通的CCFL一般只能夠達(dá)到NTSC（美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)）色域標(biāo)準(zhǔn)的72% ,，而且它含有汞這種有毒氣體,，不符合綠色環(huán)保的要求。

　　1.2 LED的特點(diǎn)

　　LED作為新的發(fā)光源有很多優(yōu)點(diǎn),，例如節(jié)能,、環(huán)保、尺寸小,、反應(yīng)快速,、壽命長(zhǎng)等。

　　LED作為背光源最顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以提供前所未有的色彩還原性,，通過(guò)選擇合適短波長(zhǎng)的LED和與之相配的彩膜,，LED背光源的色彩還原范圍可以達(dá)到美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的105% ，甚至可以達(dá)到1 20% 以上,。在畫質(zhì)上,，LED背光源顯示得更加鮮艷和明亮。

　　但是LED也有一些缺點(diǎn),，首先是價(jià)格，在大尺寸范圍內(nèi),，LED背光源的價(jià)格是CCFL背光源的3~5倍左右：其次是發(fā)光效率,，目前商用的LED發(fā)光效率最高的約為60~801m/W ，而CCFL的發(fā)光效率約為80~1001m/W ;最后就是散熱,，對(duì)于大尺寸的背光源來(lái)說(shuō),，LED工作時(shí)會(huì)散發(fā)出大量的熱。

　　不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展,，LED的不足正在逐步改善：

　　1）發(fā)光效率,。由于CCFL是圓柱形，它所發(fā)出的光是無(wú)方向性的,。當(dāng)它放在LCD屏幕下方時(shí),，盡管采用半圓形反光鏡，仍然有相當(dāng)多的一部分光被浪費(fèi)掉了,。而LED通常采用側(cè)光輻射,，它的光能比較有效地被利用。因此從總體來(lái)看,，它的效率仍然比CCFL要高,，而且LED的發(fā)光效率還在逐年提高,；2）動(dòng)態(tài)背光技術(shù)的提出，不僅解決了散熱問(wèn)題,，而且還得到了亮度均勻,、降低功耗等一系列的好處。

　　2 LED背光源的設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)47in的LED背光源,。由于背光源所需要的亮度較大,，使用的LED數(shù)目很多，所以采用直下式背光源結(jié)構(gòu),。

　　在進(jìn)行LED背光源設(shè)計(jì)的時(shí)候,，首先要做的就是對(duì)LED進(jìn)行選擇，針對(duì)液晶屏上使用的彩膜選擇適合的LED,，再進(jìn)行電路設(shè)計(jì),。本設(shè)計(jì)采用的是小功率、RGB三色的LED,。

　　如圖1所示,，電路板上由LED燈組、連接器,、電路芯片,、安裝孔組成。其中每個(gè)LED燈組是由R,、G,、B三顆不同顏色的LED燈組成，LED燈組為一個(gè)發(fā)光單元,，如圖2所示,。

　　圖1 LED燈條（1.電路板：2.綠色LED;3.紅色LED;4.藍(lán)色LED;5.連接器；6.電路芯片,；7.安裝孔）

　　圖2 LED 燈組

　　由于背光源是一種均勻的面光源,，采用LED作為發(fā)光器件，就必須計(jì)算好LED之間的距離,，即圖2中表示出的d ,，這樣才能夠更有效地混光、混色,，不產(chǎn)生光斑,。本設(shè)計(jì)是采用RBG三顆LED燈，呈三角形分布,，d1=6mm,，對(duì)于47in的背光源，共使用了1,，008個(gè)這樣的單元,，以42×24矩陣,。

　　根據(jù)色溫和亮度的計(jì)算，設(shè)計(jì)LED的電流為紅色23mA,、綠色55mA,、藍(lán)色40mA.每個(gè)單元進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，采用恒流驅(qū)動(dòng)方式,，驅(qū)動(dòng)芯片采用德州儀器（T1）的TLC5941,。

　　由原理圖3可以看出，電源電路給TCL5941芯片提供電源的同時(shí)給LED燈組提供點(diǎn)亮電壓,?？刂菩盘?hào)給TCL5941提供控制信號(hào)，TCL5941根據(jù)接收到的控制信號(hào)的要求對(duì)LED的亮度進(jìn)行控制,。

　　圖3 驅(qū)動(dòng)電路原理圖

　　具體的電路圖如圖4,、5、6所示,，這里需要說(shuō)明的是,，所有的圖紙都是用Altium Designer6軟件繪制。

　　圖4 電源電路圖

　　圖5 TCL5941電路圖

　　圖6 控制電路圖

　　3 制 作

　　電路板安裝在背光源的鋁背板上,，安裝情況如圖7所示,。在電路板上鋪上底反板，底反板的顏色為白色,，有利于反光,。

　　圖7 電路板的整體安裝

　　連接器是LED用來(lái)和背面的電路板進(jìn)行電路連接的，它的管腳根據(jù)LED單元來(lái)確定,。電路板的材料可以根據(jù)散熱要求制定,，為了更好的散熱，圖中電路飯采用的是鋁基電路板,，電路板的形狀根據(jù)安裝要求沒(méi)計(jì)，顏色采用白色,，利于LED混光,。

　　在電路板上面覆蓋光學(xué)膜材，再固定上框架,。其中電路芯片一部分在LED燈的電路板邊緣,，一部分左背板的后面。電路板上的連接器用來(lái)與外面的驅(qū)動(dòng)芯片相連,。具體結(jié)構(gòu)如圖8的結(jié)構(gòu)剖面圖所示,。

　　圖8 背光源的整體結(jié)構(gòu)圖

　　4 結(jié)果與測(cè)試

　　LED點(diǎn)亮后得到了高亮度、效果好的一個(gè)背光原,，效果實(shí)拍對(duì)比如圖9所示,。

　　圖9 （左）點(diǎn)亮的背光源，（右）未點(diǎn)亮的背光源,。

　　加上液晶屏之后與CCFL背光源的測(cè)試效果如圖10所示,。

　　圖10 （左）LED 背光源,，（右）CCFL背光源,。

　　采用9點(diǎn)測(cè)試，測(cè)試儀器為BM-7.如圖11,、表1,、圖12所示。

　　圖11 9點(diǎn)測(cè)試,。

　　表1 背光源光學(xué)測(cè)試結(jié)果

　　圖12 通過(guò)液晶屏的色彩還原性測(cè)試結(jié)果,。

　　通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看出， 中心亮度達(dá)到11,，230nits,，均勻性達(dá)到90%以上，具體為96.26%.

　　還原性達(dá)到了128%以上,，由于液晶屏表面彩膜的限制,，液晶模組的色彩還原性只有10O~105%左右，要想進(jìn)一步提高色彩表現(xiàn)力,，一方面可以選擇匹配的彩膜,，另一方面就是用LED作為圖像的最后總顯示光源，另外,，基于場(chǎng)序彩色原理的無(wú)彩膜技術(shù)也是方法之一,。

　　5 結(jié)論

　　所做的47in LED背光源達(dá)到了中心亮度11，230nits,、整體功耗178W,、均勻度96.26% 、色彩還原性128.15% ,，具有很高的性能,。LED背光源看上去好像沒(méi)有什么太復(fù)雜的技術(shù)，只要把LED點(diǎn)亮就可以,，但真正應(yīng)用到液晶電視中就涉及到很多非常復(fù)雜的技術(shù),。要研究出適合量產(chǎn)的大尺寸背光源，需要液晶面板廠家,、背光源廠家,、電視機(jī)廠家的共同合作。