LED背光设计原理,基础制程介绍

2结构之PCB安装方式
3、侧面铆接：
常规LED背光源结构之PCB安装方式
4、底面铆接：
常规背光源LED数量和位置
1、底部光LED数量最小值
h一般等于厚度 H-0.9，底部光 最常用的LED的θ 约为96°，因此 当厚度为5mm时， 为了不出现暗格， LED间距最大约 为6.44mm，这 样可以根据V.A区 尺寸算出最少需 要多少LED，如 果亮度不理想， 可适当增加LED 。
基本尺寸
基本公差
~35
±0.2
>35~80
±0.2
>80~130
±0.3
最小公差
±0.1
±0.15
±0.2
2、 极限尺寸： ①导光板厚度最小为0.8mm，加上膜片后最小为1.1mm 。 ②通常PCB宽度最小 为1.8mm，加上膜片后，装PCB的 地方厚度最小为2.1mm。当PCB长度小于20mm时可以做得 更小。
r=h×tgθ — 2
D=√2 r
常规背光源LED数量和位置
2、侧部光LED的数量和位置
①普通LED发光面离V.A区距离需要至少3.5mm以上，否则会LED前 面区域会出现亮点。因此如果采用卡钩或卡钩＋点胶固定PCB，一般情 况下背光最边缘离V.A区至少需要6.0mm。低亮黄绿色、橙色、琥珀色、 红色LED需要距离可以减少1mm，高亮或体积较大的贴片距离需要增 加。
常规背光源尺寸公差
注：当背光厚度要求小于2.1mm时可参考下图设计， PCB可以高出导光板。
侧部光原理
全反射效应： 很多导光板是由PMMA制造的，它的折射系数N1=1.4916而空 气的折射系数N2=1 当光线从导光板射向边界时,只要入射角I1大于 某一角度时，光线不再有折射分量，而是全部被反射回导光板中 （如图），根据折射定理：求临界角I0 N1 sinI0=N2sin90° sinI0= N2 /N1 = 1/1.4916=0.67 I0=42.2° 结论:当入射角I1≥42.2°时,光线被全反射
由于单颗白色LED要2.9~3.3V才能 充分点亮，所以左边的电路中，要 充分点亮LED需要5.8~6.6V，而客 户只提供5V，所以电路设计错误。
（1）
在左边的电路中，要充分点亮LED 需要2.9~3.3V，客户提供5V，多 出的电压可以用电阻消耗掉，所以 电路设计正确。
（2）
常规LED背光源光电参数之电路设计
那么电阻阻值为：R=
Vf-m ×v
n ×i
常规LED背光源光电参数之电路设计
一般情况下，我们电路设计时应该注意两点： 1、LED可以充分点亮。 2、尽量使功耗最小。 优先考虑第1点。 例：客户要求我们设计一背光，需用5V使用，6颗白色LED，电路应该 怎么设计呢？
（1）
（2）
常规LED背光源光电参数之电路设计
常规LED背光源光电参数之波长
常用LED颜色对照表
颜 色
蓝色 绿色 黄绿色 橙色 琥珀色 红色 白色
代号
波长
460-480 510-530 568-578 580-600
D
600-620
620-640
X=0.280-0.361 X=0.24-0.35 Y=0.24-0.35 Y=0.248-0.385
（1）
（2）
常规LED背光源结构之AK出脚方式
背光源常见的A、K出脚方式有： 1、PCB直接出脚：
注：1、每个脚宽度一般需大于1.2mm，最小为0.8mm。 2、脚的宽度、间距公差一般需大于±0.15mm，最小为±0.1mm ；脚的长度一般需大于±0.5mm，最小为±0.2mm。 3、脚宽度小于1.0时可考虑采用5面镀铜方式以便于焊接，但成 本较高且脚的外观不太平整。
Lv:
亮度
ΔLv: 均匀性 λΡ: 波长 Topr: 操作温度 Tstg: 储存温度
常规LED背光源光电参数之亮度
亮度：根据背光源发光区面积的大小，用BM-7按表中规
定的选点数（可根据具体情况适当增加或减少）逐点测量 亮度，然后算平均值，该平均值就是亮度。
A(B) ≤30 >30~60 >60~140 >140~250
常规LED背光源光电参数之电压电流
1、单颗LED的使用电压
蓝色、绿色和白色LED电压一般为2.9V~3.6V，我们用的大部分是 2.9V~3.3V的。 黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED电压一般为1.7V~2.5V，我们用 的大部分是1.9V~2.3V的。

2、单颗LED的使用电流
除了个别白色LED外，常规背光用的LED的最大使用电流都是 20mA，但是为了保证背光性能、寿命和可靠性，我们通常这样设计： 蓝色和白色LED使用电流典型值为15mA，最大为20mA。 绿色、黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED（四元素芯片LED除外） 使用电流典型值为10mA，最大为20mA。 四元素芯片的LED（我们现在使用的高亮黄绿色、橙色、琥珀色、 红色LED）使用电流典型值为10mA，最大为15mA。
常规LED背光源设计 基础介绍
LED
LED是发光二极管英文缩写，也就是我们说的 芯片。为了方便使用，经常将芯片封装成各种 形状。常规背光常用的有：
背光源
由于液晶玻璃本身不具发光特性，因此，根据需要经常在 液晶玻璃后面加上一个发光源，背光源(Backlight)即是提供 LCD显示器产品中一个背面光源的光学组件。
常规LED背光源光电参数之电压电流
3、LED电流-电压特性表
常规LED背光源光电参数之电压电流
4、根据电路确定电压电流 假设有一电路如下，其中每颗LED的电压为v，电流为i ：
那么该电路使用电压为：Vf=m×v
使用电流为：If=n ×i
返回
常规LED背光源光电参数之电压电流
4、电阻
一般客户都是定电压使用，如上面的电路，当客户提供的电压小于 我们算出的电压时，电流会减小，背光将不能正常工作。当客户提供的 电压大于我们算出的电压时，背光电流会增大，可能会烧坏背光；这时 我们可以加一个电阻消耗掉多余的电压，使背光正常工作。如下，假设 LED电压为v，电流为i，客户提供的电压为Vf：
常规LED背光源结构之AK出脚方式
2、引线出脚:
注：1、一般情况下引线长度需大于20mm。
2、一般情况下引线长度公差需大于±5mm，最小为±3mm ，线头部分公差需大于±2mm，最小为±1mm 。
常规LED背光源结构之AK出脚方式
3、引线+端子出脚:
注：1、一般情况下引线长度需大于20mm。
2、引线＋端子长度公差需大于±5mm。
背光源的工作原理
常规LED背光源的工作原理是将点光源变成面光源。
LED（点光源）
背光源（面光源）
根据将点光源变成面光源的方法不同，常规LED 背光源可分为底部光和侧部光两种。
底部光典型结构
底部光原理
单颗LED ：
底部光原理
返回
侧部光典型结构
产品成品外形：
侧部光典型结构
除去扩散膜：
问题：如何做到
常规背光源LED数量和位置
②为了避免LED间出现暗区，放LED的位置只有6.0mm时，LED间距 最大为15mm；7.0mm时，间距最大为20mm。放LED的位置越大，间 距可以随之适当加大。这样可以根据V.A区算出最少需要多少颗LED， 如果亮度不理想，再适当增加LED。
常规背光源尺寸公差
1、基本公差和最小公差
均匀性：根据背光源发光区面积的大小，用BM-7按表中
规定的选点数（可根据具体情况适当增加或减少）逐点测 量亮度，均匀性＝亮度最小值÷最大值×100％。
A(B) ≤30 >30~60 >60~140 >140~250
选点数 1 2 3 4
常规LED背光源光电参数之波长
可见光的波长范围是 380nm到780nm。 一般颜色用波长表示， 白色用色坐标表示。
II 90° N2 N1 I1 I0
A
侧部光原理
光線在導光板中以全反射傳遞时
如果遇到底部散射點， 將會有部份光線散射而折射出導光板
侧部光原理
侧部光原理
整个过程就是： 扩散膜 导光板 LED 网点 反射膜
把每个网点看作一颗LED，于是……
常规LED背光源光电参数
Vf: 正向电压
If: 正向电流 Pd: 功耗 Vr: 反向电压 Ir: 反向电流
例2：客户要求我们设计一背光，需用5V使用，6颗黄绿 色LED，电路应该怎么设计呢？
（1）
（2）
常规LED背光源光电参数之电路设计
由于单颗黄绿色LED要1.9~2.2V可 以充分点亮，所以左边的电路中， 要充分点亮LED需要3.8~4.4V，而 客户提供5V，多出的电压可以用电 阻消耗掉，所以电路设计正确。此 电路电流典型值为30mA，功耗典型 值为150mW。 在左边的电路中，LED可以充分 点亮，但此电路电流典型值为 60mA，功耗典型值为300mA， 比上面的电路高一倍，所以电路 设计不合理。
常规LED背光源结构之AK出脚方式
4、金属PIN针出脚:
注：1、一般情况下使用φ0.5mm和φ0.8mm的PIN针 。
2、PIN针直径公差为±0.1mm；长度公差一般要求大于 ±0.5mm，最小为±0.3mm 。
常规LED背光源结构之PCB安装方式
背光源常见的PCB安装方式有： 1、卡钩式：
常规LED背光源结构之PCB安装方式
选点数 1 2 3 4
常规LED背光源光电参数之亮度
背光源的亮度与光源的关系：
式中：
3 η∑ IV LV = ×10 S
LV -----产品最低亮度（cd/m2） S--- 背光源发光面积（mm2）
∑IV-----LED发光强度之和（mcd） η------背光源的光效率