低功耗液晶電視LED背光源設計及分析

通過合理選材并優(yōu)化機械結構，設計了一款低功耗的118cm(47in)LED背光源。對膜材進行篩選，采用1層擴散膜、2層棱鏡膜和1層雙層增亮膜(DBEF)進行搭配，保證了背光源的亮度。根據(jù)試驗確定了LED之間的距離、LED發(fā)光面到導光板(LGP)入光面之間的距離和LED發(fā)光面與LGP入光面兩者的垂直距離。依據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)進行樣品制作并與同類產(chǎn)品對比測試，結果表明：在滿足同等光學特性的前提下，所設計的LED背光源具有低功耗的優(yōu)點。

　　1　引言:

　　自從歐盟施行了RoHS標準，以消除在歐盟成員國銷售的電子產(chǎn)品中的鉛、鎘、汞、六價鉻、多溴聯(lián)苯和多溴聯(lián)苯醚等物質以后，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。同時，綠色環(huán)保的LED亮度的提高，促使LED背光技術得到了極大的發(fā)展。LED背光憑借著色域廣、工作電壓低、響應時間短等優(yōu)點，已呈現(xiàn)出取代CCFL背光的趨勢。在當今低碳環(huán)保的主題下，低功耗的LED背光的競爭優(yōu)勢更加明顯。

　　如何實現(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　Bar、Bezel和Panel等組成，其能耗主要體現(xiàn)在LED　Bar上。通過合理設計背光結構，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。本文設計了一款118cm(47in)LE背光源，通過對背光結構的設計和膜材的篩選，在保證背光亮度和均一度等光學特性的前提下，減少了LED的數(shù)量，將背光的功耗控制在了較低水平。

　　2　LED背光設計

　　LED背光目前主要分為兩種：直下式和側光式。所謂直下式就是在背光的整個背面全部設計LED燈，通常應用于大尺寸的背光，其優(yōu)點是亮度和均勻性好，缺點是使用的LED數(shù)量較多，發(fā)熱現(xiàn)象明顯;側光式是在背光的邊緣處設計LED燈，通常應用于小尺寸的背光，優(yōu)點是使用的LED數(shù)量少，散熱也較好。但隨著LED亮度的提高和背光結構的優(yōu)化，大尺寸LED背光的發(fā)展趨勢將從直下式逐漸轉變?yōu)樗倪厒裙馐剑俚絻蛇厒裙馐?，最后將發(fā)展成為一邊側光式。雖然直下式背光的亮度和均一度都好于側光式，但是側光式背光的功耗要遠遠小于直下式。本文設計的118cm(47in)LED背光為上下兩邊側光式，上下兩邊各有兩條LED　Bar，每條LED　Bar上有60顆5630-LED，其結構如圖1所示(文中Panel透過率設置為恒量)。5630-LED的亮度在2010年1月是571m/W，2010年3季度已經(jīng)提升到70～751 m/W，預計2011年3季度將提升到83～851m/W。隨著LED發(fā)光效率的提高，能耗將進一步下降。

　　圖1　側光式LED　Bar結構圖

　　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特性，本文設計的LED背光選用了1層擴散膜、2層棱鏡膜和1層雙層增亮膜(DBEF)，膜材參數(shù)如表1所示。擴散膜可以改變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的影子，擴大視野角，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出射，從而提高該范圍內的亮度。DBEF 是本文LED背光模組的關鍵膜材，可以使整個模組的亮度提升一倍，其工作原理如圖2所示。DBEF可以將不能通過下偏光片的光線反射回背光，經(jīng)背光的二次反射，部分光線又可以通過DBEF和下偏光片出射。經(jīng)過多次回收和利用，光的透過率得以大幅提高。

　　表1　膜材參數(shù)

　　圖2　DBEF工作原理示意圖

　　2.2 與LED相關間距的設計

　　對背光的合理設計可以提高LED的利用效率。影響LED利用效率的結構參數(shù)主要有3個：

　　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最大化LED的利用效率，從而降低功耗。

　　圖3　LED相關間距示意圖