大尺寸液晶電視用LED背光源的設(shè)計(jì)與制作

1. 引言

由于液晶顯示屏本身并不發(fā)光，所以為液晶顯示器件提供所有光源的背光源扮演著十分重要的角色。雖然，由于成本低廉、技術(shù)成熟等原因，冷陰極燈管(CCFL)仍將是未來(lái)幾年內(nèi)液晶顯示器件(LCD)背光源絕對(duì)主要的光源。但人們也逐漸認(rèn)識(shí)到CCFL本身存在的若干致命弱點(diǎn)，比如含有對(duì)人體有害的汞蒸汽，色彩還原性差等。

因此，隨著環(huán)保意識(shí)的提高以及用戶對(duì)畫面質(zhì)量越來(lái)越高的要求，出現(xiàn)了CCFL 燈管被其他光源所取代的趨勢(shì)，這些替代者包括發(fā)光二極管(LED)、電極外置熒光燈(EEFL)、場(chǎng)致發(fā)光平面光源(EL Flat Lamp)和有機(jī)電致發(fā)光(OLED)等。其中具有環(huán)保、色彩還原性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的固體光源LED是最被看好的下一代綠色背光光源，被普遍認(rèn)同為大勢(shì)所趨。

與其他光源相比，LED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(guò)選擇適當(dāng)波長(zhǎng)的LED和與之相匹配的彩膜，LED背光源的色彩還原范圍可以達(dá)到美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)(NTSC)標(biāo)準(zhǔn)的105%甚至120%以上。相比較而言，傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)電視只有85%左右，CCFL背光源的液晶電視更是只有65%-75%.在畫質(zhì)就是生命的顯示行業(yè)，具有更加鮮艷的色彩將是壓倒性的優(yōu)勢(shì)。依傳統(tǒng)觀念而言，液晶顯示器尤其是液晶電視，由于色彩和響應(yīng)速度不如CRT甚至PDP而屢遭詬病，液晶顯示器件可以通過(guò)瞬間背光閃爍和掃描技術(shù)，消除普通液晶顯示在顯示快速移動(dòng)物體時(shí)出現(xiàn)的拖尾模糊現(xiàn)象，畫面質(zhì)量將顯著提升，LED納秒量級(jí)的響應(yīng)速度為上述技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的保證。點(diǎn)陣式的LED背光源可以將整個(gè)屏幕分成若干區(qū)域，根據(jù)顯示的影像信號(hào)，單獨(dú)控制每個(gè)區(qū)域的亮度和顏色，所以影像暗的部分能夠做到更暗，亮的部分能夠更亮，可以獲得超過(guò)10000:1的動(dòng)態(tài)對(duì)比度，同時(shí)，這種LED背光源比通常用的背光源省電48%左右。在使用壽命上，LED可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)以上，相當(dāng)于每天看電視8h,可以看30多年。與CCFL內(nèi)含有致命的汞蒸汽不同，LED是半導(dǎo)體固體光源，完全是一種理想的綠色光源。

綜上所述，具有諸多不可比擬之優(yōu)勢(shì)的LED背光源必將在不久的將來(lái)，成為L(zhǎng)CD重要，甚至是主要的背光光源。

雖然LED背光源已然成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)，但是在中國(guó)內(nèi)地的研究才剛剛開始。在與背光源結(jié)合最為緊密的液晶面板廠家中，京東方成為中國(guó)內(nèi)地第一個(gè)研究和開發(fā)出LED背光樣品的液晶面板廠家。研發(fā)的目標(biāo)，就是希望在不久的將來(lái)能夠?yàn)闃I(yè)界提供帶LED背光源的液晶模組產(chǎn)品。本文設(shè)計(jì)和制作了一款66cm(26in)液晶電視用，LED背光源。模擬出LED的光學(xué)分布，以此為基礎(chǔ)模擬出LED陣列的光強(qiáng)和顏色分布，得到適合的背光源厚度尺寸。在實(shí)際制作中，采用高效的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)，LED陣列進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，利用鋁制散熱片為背光源提供良好的散熱。在整體背光源功耗為150W時(shí)，中心亮度達(dá)到13390cm/m2,均勻度為84.1%色彩還原性達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn)102%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)CCFL背光源的70%.

2. 設(shè) 計(jì)

本文以一款66cm LED背光源為目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。考慮到背光源所需要的亮度較大，使用LED的數(shù)目較多，而且需要大的散熱面積，所以采用直下式背光結(jié)構(gòu)。圖1是直下式LED 背光源示意圖，包括一個(gè)光學(xué)反射腔作為整體結(jié)構(gòu)的支撐、和散熱片結(jié)合的LED陣列、由擴(kuò)散板和光學(xué)膜組成的背光源出光面，最后和液晶面板構(gòu)成液晶面板模組。

圖1 直下式LED背光示意圖