超薄液晶电视用LED背光模组的设计

４测试结果及结论
本文所设计的液晶电视用超薄ＬＥＤ背光源为 侧光式结构，光源采用白光ＬＥＤ。图４所示为组装 后的ＬＥＤ背光源，厚度为９．９ｍｍ。利用ＢＭ一７进行 九点测试，中心辉度为５，５００ｎｉｔ，亮度均齐性为 ８２％，色彩还原性达到９５％＠ＣＩＥ １９７６。背光源整 体功率为１５０Ｗ，其中ＬＥＤ功耗为１３５Ｗ，驱动电路 效率达９０％。背光系统的驱动电路属于高压驱动， 电路简单，电流一致性良好。
ｊＳ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｃｏｎｔｒｏＩ ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｈｉｃｈ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｔｈｅ ＰＷＭ ｄｉｍｍｉｎｇ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ａ
ｂｅｔｔｅｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ．Ｔｈｅ ｅｄｇｅ ｌｉｇｈｔ ｔｙｐｅ ＬＥＤ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｄｅｓｉｇｎｅｄ
万方数据
参考文献 【１１张成功．ＬＥＤ背光源驱动及光学设计技术研究【Ｄ１．中国
海洋大学学位论文，２００９年６月． 【２】黄启智．ＬＣＤ显示器的背光技术分析及应用ｌＮ】．漳州职
业技术学院学报，２００８年１月． 【３ｌ王大巍，王刚，李俊峰，刘敬伟。薄膜晶体管液晶显示器
件的制造、测试与技术发展【Ｍ】．机械工业出版社． 【４】刘敬伟，张丽蕾，万丽芳等．大尺寸液晶电视用ＬＥＤ背光
５ 结论
本文设计了一款大尺寸超薄液晶电视用ＬＥＤ 背光源，中心亮度达到５，５００ｎｉｔ，整体背光源功率为 １５０Ｗ，亮度均齐度为８２％。整机厚度为９．９ｍｍ，达 到业内领先水平。本文设计的背光源已通过信赖性 测试，为量产打下了基础。
图３ ＰＷ＿Ｍ＿波形图（Ｄ＝７５％）
４２现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐｐｌｙｉｎｇ ｌａｒｇｅ－ｓｉｚｅ ＬＥＤ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｉｓ ｔｈｅ ｎｅｗ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｆｌａｔ－ｐａｎｅｌ ＴＶ ｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ａ ｌａｒｇｅ＇－ｓｉｚｅｄ ｕｌｔｒａ—ｔｈｉｎ ｅｄｇｅ－ｌｉｇｈｔ ｔｙｐｅ ＬＥＤ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｄｅｐｅｎｄｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ＬＥＤ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ，ＬＥＤ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｃｈｏｓｅｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｕｍｉｎｏｕｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ ｇｕｉｄｅ ｐｌａｔｅ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａＩ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ＬＥＤ，ｔｈｅ ｌｉｇｈｔ—ｂａｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｏ ｂｅ ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ ＭＣＰＣＢ，ａｎｄ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｅｓｉｇｎ
ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｎｅｍａｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙｓ ｗｉｔｈ ｏｎｌｙ ｏｎｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｒ［Ｊ］．光 子学报，２０００．８，ｖ０１．２９ Ｎｏ．８，Ｐ．６９２—７００． 【３】ＷＵ Ｓ－Ｔ．Ｙａｎｇ Ｄ－Ｋ．Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ 【Ｊ１．Ｊｏｈｎ ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ，２００１． 【４】Ｋ．Ｈ．Ｙａｎｇ．Ａ Ｓｅｌｆ—Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｍｏｄｅ ｆｏｒ．Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅｓ【Ｊ１．Ｅｕｒｏ－Ｄｉｓｐｌａｙ。９６， １ ９９６，Ｐ．４９９． ｆ５】Ｓｏｎｅｈａｍ Ｔ．Ｏｋｕｍｕｒａ Ｏ．Ａ Ｎｅｗ ｔｗｉｓｔｅｄ ｎｅｍａｔｉｃ ＥＣＢ （ＴＮ—ＥＣＢ）ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ａ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｌｉｇｈｔ ｖａｌｖｅ ｌＪ】．Ｊａｐａｎ Ｄｉｓｐｌａｙ。８９．１ ９８９，Ｐ．１ ９２－１ ９５． 【６】Ｊ．Ｃｈｅｎ，Ｆ．Ｈ．Ｙｕ，Ｓ．Ｔ．Ｔａｎｇ，Ｈ．Ｃ．Ｈｕａｎｇ，Ｈ．Ｓ．Ｋｗｏｋ． Ｎｅｗ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ＬＣＤ ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ ｄｉｒｅｃｔ－ｖｉｅｗ ａｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙｓ ｌＪ】．ＳＩＤ９７ ＤＩＧＥＳＴ．１ ９９７，Ｐ．
文献标识码：Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＬＥＤ Ｂａｃｋｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌｅ Ｕｓｅｄ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａ－ｔｈｉｎ ＬＣＤ ＴＶ
Ｌｌ Ｘｉｕ－ｚｈｅｎ
（Ｂｅｉｊｉｎｇ ＢＯＥ ＣＨＡＴＡＮＩ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ。，Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １ ００１ ７６，Ｃｈｉｎａ）
ＬＥＤ的电学及光学特性。
表１ ＬＥＤ电学及光学特性
材料
正向电压，ｖ 最小 最大
光通虽／ｌｍ 最小 最大
出射 ／ｄｅｇ
条件
ＧａＮ
３．２
３．６
２２
２８．５
１２０
ＩＦｌ２０ｍＡ
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０．５４～１．５５ｍｍｏ图１所示为导光板 的部分网点分布图。
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。
万方数据
Ｄｅｃ．２０１０，总第１１９期
现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ４１
李秀真：超薄液晶电视用ＬＥＤ背光模组的设计
一｛嚣
｜芡
术
交
图２ 电路结构框图
流
３．１ 灯条设计 光源采用双芯片白光ＬＥＤ，灯条分布在背光源
ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｉｔｓ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｓ ９．９ｍｍ．ｉｔｓ ｐｏｗｅｒ ｉＳ １ ５０Ｗ，ｉｔｓ ｃｅｎｔｅｒ ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｉｓ ５，７００ｎｉｔ，ａｎｄ ｔｈｅ
ｕｎ．ｆｏｒｍｉｔｙ ｉＳ ８２％ｂｙ ｔｅｓｔｉｎｇ．Ｉｔ ｒｅａｃｈｅｓ ｔｈｅ Ｉｅａｄｉｎｇ ＩｅｖｅＩ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＥＤ ｂａｃｋｌｉｇｈｔ；ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｉｖｅ；ｕｌｔｒａ－ｔｈｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
设计了导光板网点：根据ＬＥＤ的规格及颗数设计双层铝基板灯条，驱动控制电路采用高压驱动方
案。支持ＰＷＭ调光。经测试，文中设计的液晶电视用侧光式ＬＥＤ背光源厚度９．９ｍｍ，功耗
１５０Ｗ，中心亮度５，５００ｎｉｔ，均齐度８２％，达业界领先水平。
关键词：ＬＥＤ背光；高压驱动；超薄结构
中图分类号：ＴＮ３１２＋．８
４０现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ
万方数据
Ｄｅｃ．２０１０，总第１１９期
收稿日期：２０１０—１０—２９
李秀真：超薄液晶电视用ＬＥＤ背光模组的设计
引言
２ 光学设计
液晶屏自身并不发光，为了可以清楚地看到显 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¨’２１。
李秀真：超薄液晶电视用ＬＥＤ背光模组的设计 文章编号：１００６－６２６８（２０１０）１１－００４０－０４
技 术
超薄液晶电视用ＬＥ Ｄ背光
宓
瑰
模组的设计
李秀真 （北京京东方茶谷电子有限公司研发所。北京１００１７６）
摘 要：大尺寸ＬＥＤ背光源是平板电视产业发展的新趋势。文章设计了一款大尺寸超薄侧光式
ＬＥＤ背光源。调研了ＬＥＤ厂家，从光效、功耗、结构设计等方面考虑选择ＬＥＤ，通过光学设计软件
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
芨 术
ＬＥＤ。通过预设白场光度指标，结合对液晶屏、光学 交 膜等影响因素的研究分析，完成对整个背光源所需 施
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
（下转第４９页）
Ｄｅｃ．２０１０，总第１１９期
范伟等：反射型硅基液晶显示模式
比度以及工艺制作的难易程度是衡量的标准。
参考文献 １１】代永平．ＬＣＯＳ微显示技术【Ｊ１．液晶与显示，２００９，２４（４），
Ｐ．４７１—４７７． 【２】Ｙｕ Ｆｅｉｈｏｎｇ，Ｗａｎｇ Ｑｉａｎ．Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
wk.baidu.com
３．３散热设计 由于ＬＥＤ的光效较低，工作时会产生大量的热
量，如果不解决散热问题，会导致ＬＥＤ发光亮度的 衰减和使用寿命的缩短。为了抑制ＬＥＤ产生的热量 影响背光模组的辉度和色度，就要对ＬＥＤ进行散热 设计。
为了达到更好的散热效果，将ＬＥＤ阵列焊接在 铝基板上（ＭＣＰＣＢ），铝基板比普通的ＰＣＢ（ＦＲ４材 质的ＰＣＢ）散热效果要好很多倍。在铝基板下面，设 计了长条形的散热块。在散热块和灯条之间贴敷导 热双面胶，并用螺钉固定铝基板和散热块。在背光源 的四周热量聚积地带，贴敷带保护膜的导热片。为了 降低热阻，在ＬＥＤ焊盘上加导热过孔。这样，减少了 ＰＣＢ板垂直于热流方向的截面积，从而减少了顶层 和底层之间的热阻而加强了ＬＥＤ灯热量的传导。最 后，依靠电视机壳里的空气对流将热量散掉。
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。
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㈣， 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。