关于LED背光源设计及制造的思考

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总第５９～６０期

ＤａｖｉｄＤｅＡｇａｚｉｏ：关于ＬＥＤ背光源设计及制造的思考

文章编号：１００６－６２６８２００６）（０１／０２－００３０－０４

关于ＬＥＤ背光源设计及制造的思考

ＤａｖｉｄＤｅＡｇａｚｉｏ

（环球照明科技公司，美国布雷克斯威尔）（ＧｌｏｂａｌＬｉｇｈｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｂｒｅｃｋｓｖｉｌｌｅ，ＵＳＡ）摘要：液晶电视中的背光源常常采用ＬＥＤ直射式入射，但是如果采用具有光选择作用（ｌｉｇｈｔ－ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ）的导光板，则可以使用更少的ＬＥＤ灯以获得更薄的背光源。

关键词：液晶电视；ＬＥＤ背光源；导光板中图分类号：ＴＮ３８３文献标识码：Ｂ

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒＬＥＤＢａｃｋｌｉｇｈｔｓ

ＤａｖｉｄＤｅＡｇａｚｉｏ

（ＧｌｏｂａｌＬｉｇｈｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｂｒｅｃｋｓｖｉｌｌｅ，ＵＳＡ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔｂａｃｋｌｉｇｈｔｉｎｇｉｓｔｏｄａｙ＇ｓｎｏｒｍｆｏｒＬＥＤｂａｃｋｌｉｇｈｔｓｕｓｅｄｉｎＬＣＤＴＶｓ，ｂｕｔｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｌｉｇｈｔ－ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅｓｗｉｌｌａｌｌｏｗｆｏｒｔｈｉｎｎｅｒｂａｃｋｌｉｇｈｔｓｗｉｔｈｆｅｗｅｒＬＥＤｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬＣＤＴＶ；ＬＥＤｂａｃｋｌｉｇｈｔｓ；ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅｓ

发光二极管（Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ－Ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）越来越多地被用作按键键盘（ｋｅｙｐａｄ）及平板显示器（ＦＰＤ）的背光源，其中作为手持式小尺寸液晶显示器ＬＣＤ）的背光源已经是众所周知，但是目前业界（正在考虑将ＬＥＤ用作中等尺寸和更大尺寸的ＬＣＤ的背光源，以取代传统的冷阴极荧光管ＣＣＦＬ）。（

中，往往由设计员优先给出其中的一个或多个参数，作为适当的参考。

１按键键盘背光

当用于智能手机及掌上电脑ＰＤＡ）的按键键盘（薄膜硅胶，还是硬型时，无论这些键盘是导电硅胶、聚碳酸脂，设计人员都会尝试提高它的亮度和均匀性、降低电噪音、减少辅助元件如逆变器）数量，以（降低成本和提高其使用寿命。

２００６

ＬＣＤ设计者及按键键盘的研发人员一直致力

于促进ＬＥＤ的性能及生产和制造的不断进步。理想的ＬＥＤ的设计参数包括亮度、均匀性、厚度、设计灵活性、效率、功耗、可连接性及易装配性。在传统设计３０

现代显示ＡｄｖａｎｃｅｄＤｉｓｐｌａｙ

Ｊａｎ／Ｆｅｂ

收稿日期：２００５－１２－１２

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虽然电致发光ＥＬ）面板很薄而且均匀性很好，（但易受噪音的影响需要屏蔽），需要一个逆变器另（（（一个辅助元件），亮度降低的速度比ＬＥＤ快特别是在白屏的时候），而且总的价格也更昂贵。因此，ＬＥＤ背光用于按键键盘越来越受欢迎。许多ＰＤＡ、无线便携式设备以及３Ｇ手机的设计者都已经开始使用直射式ＬＥＤ背光。ＬＥＤ直接由不需要使用逆变器而电池驱动，因此可以消除噪音、使设计更灵活。直射式ＬＥＤ背光采用顶发光表面安（装式非聚焦１２０°视角）ＬＥＤ，ＬＥＤ放在相邻两个按键之间如图１（ａ）所示。此种结构的ＬＥＤ的亮度足够高，但是因为没有均匀地将光导开，只是简单地跟分散的按键配合在一起，所以要求使用大量的ＬＥＤ，以保持良好的亮度均匀性。对于大量使用ＬＥＤ的背光（源而言，成本及印刷电路板ＰＣＢ）的尺寸变成了关键的问题。

键盘

匀性非常困难。但是，通过巧妙的光学模拟，现在一些按键键盘设计者可以精确运用导光板的转移特性，使通孔周围的部分光线弯曲，从而得到均匀的背光，如图２所示。优秀的设计者或制造者使用比直射式ＬＥＤ背光少很多的ＬＥＤ灯可以实现大于８０％的均匀性，而且这种背光的亮斑和黑区较少。

透光孔转换器件

ＬＥＤ光线

图２导光板模组按键键盘的背光光学模拟图，利用导光板转移特性引导通孔周围的光线，可用很少的ＬＥＤ得到很好的均匀性

个人电脑键盘

ＬＥＤ（ａ）直射式ＬＥＤ背光阵列组合键盘

２ＬＣＤ背光

与ＣＣＦＬ背光相比，ＬＥＤ背光更多地用于３．５英寸手机以及类似的装置上。但ＬＥＤ现或更小尺寸的ＰＤＡ、

个人电脑键盘

模塑成型的导光板（ｂ）模块化ＬＥＤ导光板组合

ＬＥＤ

（在已渗入中等尺寸３．５￣７．０英寸对角线）ＬＣＤ，甚至用于平板电视的更大尺寸ＬＣＤ，这是因为ＬＥＤ有较小的形状系数、色域更宽、寿命更长ＤＣ、（无需逆变器）、驱动设计灵活性更广以及成本更低。对所有的应用而言，增加亮度和降低成本是关键因素。全彩显示要求白光ＬＥＤ背光的效率必须比以前高，需要达到的目标是高效率、高性能、成本以低及易装配。当ＬＥＤ的亮度变高时，设计者必须设法将ＬＥＤ光源产生的亮度向大面积展开，同时保持高亮度和均匀性，以及最小的亮斑和黑区。ＬＣＤ屏制造商们一致认为，就彩色再现而论，在现有的背光技术中，ＬＥＤ背光提供的性能最好。新一代高亮度白光ＬＥＤ背光源正被应用于液（晶电视的大尺寸３２英寸或更大）面板中，可以作到２００６

图１在键盘的背光中，模块化ＬＥＤ导光板放在

ＰＣＢ与按键之间，当光线经过通孔到达按键

时，能够起到很好的聚光作用（ａ）。与直射式背光（ｂ）相比，可以减少ＬＥＤ灯的个数另一个方法是采用模块化导光板的ＬＥＤ背光，使用侧面发光的ＬＥＤ，将光聚焦到一个高性能导光（板中，如图１ｂ）所示。对于２．５×１．２５英寸的ＰＤＡ产品，在背光中一般需要３０￣５０个通孔，用于光线传输和触发电路板

上的按键电极。导光板模组技术的主要问题是，光线一般传输到第一个通孔的边缘就中止了，因此要实现光的均

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超过国际电视标准委员会ＮＴＳＣ）要求的色彩再现（范围的１００％，并且能够随意调节白－彩色表现。白色ＬＥＤ背光不仅可以通过ＲＧＢ三色ＬＥＤ有效地提供比传统ＣＣＦＬ背光更宽的色彩再现范围，而且与很难实现色彩重现的利用荧光粉发光的阴极射线管ＣＲＴ）、（等离子显示器ＰＤＰ）或表面导电电子发（（射显示ＳＥＤ）技术相比，更容易实现色彩重现。与用在键盘和小尺寸ＬＣＤ的情况一样，液晶电视的设计人员可以在直射式ＬＥＤ背光系统和基于直接发光方法的优点是结构相对地简单，可以提供极好的亮度。但是必须使用大量的ＬＥＤ灯，确保有非常好的均匀性。在ＧｌｏｂａｌＬｉｇｈｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃｓ（ＧＬＴ）公司，我们采用混光波导和微透镜ＭｉｃｒｏｌｅｎｓＴＭ专利技术开发了小型背光源，用于液晶电视的背光模块，提供（了极好的亮度和均匀性，如图３ｂ）所示。这种新的波导技术可以使ＬＥＤ背光源比传统的背光源薄一些，并提供了较好的混色性，允许ＬＥＤ灯之间有较大的间隔，这样减少了ＬＥＤ灯的总数量，从而减少了发热。由于ＬＥＤ变亮，由少数ＬＥＤ组成的背光源就能覆盖较大面积。因此我们相信，对于液晶电视的设计，混色波导将变得越来越重要。最终，在设计上将会采取要求更少量ＬＥＤ的侧光背光技术。在目前ＧＬＴ公司的设计中，ＬＥＤ灯通过混色光导中的凹槽嵌在观察区域内。液晶显示器和光导分光导是模块化的，可以彼此接开，以利于ＲＧＢ混色。合从而制成各种尺寸的背光源。

棱镜膜和散射屏散射盘４０ｍｍ￣５０ｍｍＬＥＤ

ＬＥＤ的光提取技术之间选择，后者是使用一种具有光

（提取特性的ｌｉｇｈｔ－ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ）的导光板。这种导光模块以较薄的形状系数产生的光比直射光亮而均匀。（用导光模块产生的光与散射光比，多是镜面反射准直）光，因为从导光板发出的光线通过微型发散器调整其发射角度，从而控制入射光线使散射最小。这种技术可以提供很高的亮度，在一台对角线长为１．５英寸的背光源中，当使用两枚ＬＥＤ灯时，其亮度典型值约为３６００ｃｄ／ｍ，因此所需使用的ＬＥＤ灯很少。

２

对于较大的液晶显示器，例如高清电视ＨＤＴＶ所（）用的那些ＬＣＤ，背光源生产商一直在使用ＣＣＦＬ，采用

ＣＣＦＬ背光的高端液晶电视，亮度可以达到５００ｃｄ／ｍ２。

现在，背光源生产商开始结合制造整套白色高亮背光源的工艺，制造单色红、蓝ＬＥＤ灯，例如ＯＳＲＡＭ绿、

ＧｏｌｄｅｎＤｒａｇｏｎ或者Ｌｕｍｉｌｅｄｓ的ＬｕｘｅｏｎＳｔａｒ管形

ＲＲ

ＬＥＤ灯，亮度可以高达５００～６００ｃｄ／ｍ２。

对于大型液晶显示器而言，对ＬＥＤ背光越来越关注是基于以下几个主要的因素，