《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種直下式LED背光源的設(shè)計(jì)方案
摘要: 紹了LED背光源代替CCFL背光源的具體應(yīng)用,。通過對CCFL背光源特點(diǎn)的說明,。進(jìn)而闡述了LED背光源實(shí)際方案及達(dá)到的技術(shù)效果。并通過對一款47inLED背光源的設(shè)計(jì)和制作,。
Abstract:
Key words :

  引 言

  液晶顯示器主要由LCD(液晶面板)和背光源組成。因?yàn)長CD本身不發(fā)光,,所以LCD需要通過外部光源實(shí)現(xiàn)透射或者反射顯示?,F(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)域也越來越廣,尤其是在液晶電視的功能越來越強(qiáng),,結(jié)構(gòu)越來越美觀的形勢下,,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LED燈的排布進(jìn)行設(shè)計(jì),,這些基于電路板來實(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、長壽命(大于25,000小時(shí)),、高電壓驅(qū)動,、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(美國國家電視系統(tǒng)委員會)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,,通過選擇合適短波長的LED和與之相配的彩膜,,LED背光源的色彩還原范圍可以達(dá)到美國國家電視系統(tǒng)委員會標(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,對于大尺寸的背光源來說,,LED工作時(shí)會散發(fā)出大量的熱,。

  不過隨著技術(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)動態(tài)背光技術(shù)的提出,,不僅解決了散熱問題,,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LED進(jìn)行選擇,,針對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,,采用恒流驅(qū)動方式,,驅(qū)動芯片采用德州儀器(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,。控制信號給TCL5941提供控制信號,,TCL5941根據(jù)接收到的控制信號的要求對LED的亮度進(jìn)行控制,。

圖3 驅(qū)動電路原理圖

 具體的電路圖如圖4、5,、6所示,,這里需要說明的是,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與外面的驅(qū)動芯片相連,。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)測試,,測試儀器為BM-7.如圖11,、表1、圖12所示,。

圖11 9點(diǎn)測試,。

表1 背光源光學(xué)測試結(jié)果

圖12 通過液晶屏的色彩還原性測試結(jié)果。

  通過測試結(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,基于場序彩色原理的無彩膜技術(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。

 

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