低功耗液晶電視LED背光源設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 低功耗液晶電視LED背光源設(shè)計(jì) 1引言 自從歐盟施行了RoHS標(biāo)準(zhǔn)，以消除在歐盟成員國(guó)銷(xiāo)售的電子產(chǎn)品中的鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚等物質(zhì)以后，以汞作為主要成份的冷陰極熒光管（CCFL）注定將逐漸退出歷史舞臺(tái)。同時(shí)，綠色環(huán)保的LED亮度的提高，促使LED背光技術(shù)得到了極大的發(fā)展。LED背光憑借著色域廣、工作電壓低、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，已呈現(xiàn)出取代CCFL背光的趨勢(shì)。在當(dāng)今低碳環(huán)保的主題下，低功耗的LED背光的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更加明顯。 如何實(shí)現(xiàn)低功耗是LED背光的主要研究方向之一。LED背光主要由Back Cover、LGP、膜材、Mold Frame、LED

2、Bar、Bezel和Panel等組成，其能耗主要表達(dá)在LEDBar上。通過(guò)合理設(shè)計(jì)背光構(gòu)造，挑選適合的膜材搭配，減少LED數(shù)量，提高LED的利用效率，可以大幅降低LED背光的功耗。本文設(shè)計(jì)了一款118cm（47in）LE背光源，通過(guò)對(duì)背光構(gòu)造的設(shè)計(jì)和膜材的篩選，在保證背光亮度和均一度等光學(xué)特性的前提下，減少了LED的數(shù)量，將背光的功耗控制在了較低水平。 2LED背光設(shè)計(jì) LED背光目前主要分為兩種：直下式和側(cè)光式。所謂直下式就是在背光的整個(gè)反面全部設(shè)計(jì)LED燈，通常應(yīng)用于大尺寸的背光，其優(yōu)點(diǎn)是亮度和均勻性好，缺點(diǎn)是使用的LED數(shù)量較多，發(fā)熱現(xiàn)象明顯；側(cè)光式是在背光的邊緣處設(shè)計(jì)LED燈，通常應(yīng)用

3、于小尺寸的背光，優(yōu)點(diǎn)是使用的LED數(shù)量少，散熱也較好。但隨著LED亮度的提高和背光構(gòu)造的優(yōu)化，大尺寸LED背光的發(fā)展趨勢(shì)將從直下式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗倪厒?cè)光式，再到兩邊側(cè)光式，將發(fā)展成為一邊側(cè)光式。雖然直下式背光的亮度和均一度都好于側(cè)光式，但是側(cè)光式背光的功耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于直下式。本文設(shè)計(jì)的118cm（47in）LED背光為上下兩邊側(cè)光式，上下兩邊各有兩條LEDBar，每條LEDBar上有60顆5630LED，其構(gòu)造如圖1所示（文中Panel透過(guò)率設(shè)置為恒量）。5630LED的亮度在20*年1月是571m/W，20*年3季度已經(jīng)提升到70751 mW，預(yù)計(jì)20*年3季度將提升到83851mW。隨著LED發(fā)

4、光效率的提高，能耗將進(jìn)一步下降。 圖1側(cè)光式LEDBar構(gòu)造圖 2.1 膜材篩選 膜材的選擇直接決定了LED背光的性能。 為了使用盡可能少的LED而又保持良好的光學(xué)特性，本文設(shè)計(jì)的LED背光選用了1層擴(kuò)散膜、2層棱鏡膜和1層雙層增亮膜（DBEF），膜材參數(shù)如下表1所示。擴(kuò)散膜可以改變LGP出射的光路，讓射出的光更加均勻；還可以隱藏LGP 上的dot，使從正面看不到散射點(diǎn)的影子，擴(kuò)大視野角，提升輝度。棱鏡膜即增亮片，主要利用全反射和折射定律，將分散的光集中于一定角度范圍內(nèi)出射，從而提高該范圍內(nèi)的亮度。DBEF 是本文LED背光模組的關(guān)鍵膜材，可以使整個(gè)模組的亮度提升一倍，其工作原理如圖2所示。D

5、BEF可以將不能通過(guò)下偏光片的光線(xiàn)反射回背光，經(jīng)背光的二次反射，部分光線(xiàn)又可以通過(guò)DBEF和下偏光片出射。經(jīng)過(guò)多次回收和利用，光的透過(guò)率得以大幅提高。 表1膜材參數(shù) 圖2DBEF工作原理示意圖 2.2 與LED相關(guān)間距的設(shè)計(jì) 對(duì)背光的合理設(shè)計(jì)可以提高LED的利用效率。影響LED利用效率的構(gòu)造參數(shù)主要有3個(gè)： LED之間的距離；LED發(fā)光面到LGP入光面之間的距離；LED發(fā)光面和LGP入光面兩者的垂直距離。如圖3所示。只有將三者綜合考慮才能化LED的利用效率，從而降低功耗。 圖3LED相關(guān)間距示意圖 2.2.1LED間距 由于LED是端面發(fā)光，圖4所示為L(zhǎng)ED端面發(fā)光示意圖，整個(gè)LEDBar是不

6、連續(xù)的光源，因此，當(dāng)LED之間的距離過(guò)大時(shí)，亮度會(huì)下降，并且可能產(chǎn)生明暗相間的HotSpot現(xiàn)象；當(dāng)LED之間的距離過(guò)近時(shí)，雖然亮度得到較大的提高，但需要LED的數(shù)量也會(huì)增加，導(dǎo)致LED的低利用效率和背光的高功耗。圖5是試驗(yàn)得到的LED亮度分布曲線(xiàn)，從圖中可以看到，隨著LED距離的增大，亮度下降；在LED之間的距離d4.35 mm時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)HotSpot現(xiàn)象，曲線(xiàn)波動(dòng)越大說(shuō)明HotSpot越明顯。同時(shí)LEDBar的總長(zhǎng)度應(yīng)該小于LGP（1067604.），所以為了保證LED的亮度以及防止HotSpot現(xiàn)象，取LED之間的距離d3.35mm。 圖4LED端面發(fā)光示意圖 圖5LED之間距離與亮度

7、分布曲線(xiàn) 2.2.2 LED發(fā)光面到LGP入光面的距離 理論上LED的發(fā)光面到LGP的入光面之間的距離越小越好，這樣可以充分利用LED所發(fā)出的光；但在實(shí)際情況中，由于加工精度、不易組裝等問(wèn)題，不可能到達(dá)零間距。對(duì)LED 發(fā)光面到LGP入光面的距離開(kāi)展試驗(yàn)，得到LED-LGP之間距離與入射效率的擬合曲線(xiàn)，如圖6所示?？梢钥闯觯肷湫孰SLED和LGP之間的距離增大而減小，在距離小于0.8 mm時(shí)，入射效率降低比較緩慢且在95以上。因此，考慮到實(shí)際加工精度和裝配因素，取LED發(fā)光面到LGP入光面的距離為0.8 mm。 圖6LEDLGP距離的入射效率分布曲線(xiàn) 2.2.3 LED發(fā)光面和LGP入光面的

8、垂直距離 LED發(fā)光面和LGP入光面兩者之間的垂直距離通常會(huì)被忽略，但如果兩者之間的距離過(guò)大，也會(huì)嚴(yán)重影響入射效率。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，兩者之間的距離在0.2mm范圍內(nèi)時(shí)，入射效率變化緩慢，且保持在95左右，所以控制LED發(fā)光面和LGP入光面的垂直距離在0.2mm范圍內(nèi)即可。 圖7所示為兩者之間的距離與入射效率的關(guān)系。 圖7LEDLGP垂直距離的入射效率分布曲線(xiàn) 3LED樣品測(cè)試結(jié)果 根據(jù)上述關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)和膜材的選取開(kāi)展樣品制作。圖8所示為118cm（47in）LED背光源的實(shí)物圖將樣品與同類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)展了比較，具體測(cè)試結(jié)果如下表2所示。 本文中設(shè)計(jì)的樣品在保證了光學(xué)性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了低功耗的目標(biāo)，到達(dá)了平板電視能效限定值及能效等級(jí)中規(guī)定的能耗，產(chǎn)品的厚度和色域也具有一定的優(yōu)勢(shì)。 圖8118cm（47in）LED背光源 表2樣品測(cè)試結(jié)果 4結(jié)論 設(shè)計(jì)了一款118cm（47in）LED背光，選用1層擴(kuò)散膜、2層棱鏡膜和1層DBEF組成背光模組。 根據(jù)