2012年第25卷第3期Electiomc Sci. &Tech. /Mar. 15, 2012电子•电路收稿日期:2011-10-13作者简介:何胜斌（1972—,男，工程师研究方向：电子技术侧光式LED液晶电视背光模组设计原理何胜斌（深圳市兆驰股份有限公司总经室，广东深圳518026摘要液晶电视背光模组作为设计的关键，正从LCD向LED模组、从小尺寸LED 向大尺寸LED模组转变在LED模组设计中如何将LED点光源转化成均匀的面光源，同时保证必要的光 能量利用率，是背光源设计所面临的两大议题尤其在大尺寸背光模组中，为降 低成本，需在设计之初，对背光模组的各个器件进行整体考虑和计算仿真实验结果证明，中心辉度为＞ 420cd/m2；亮度均匀性＞76%;色坐标、视角、画质等均符合设计要求关键词LED背光模组；LED灯珠；导光板；膜片中图分类号TN949. 192文献标识码A文章编号 1007 - 7820(2012 03 - 097 - 04Design of the LED Edge-lit LCD TV Backlight ModuleHE Shengbin(Managers Office，Shenzlien Mtc Co., Ltd , Shenzhen 518026, ChmaAbstractAs a key factor in the design , the LCD TV backlight module is experiencing a tiansfoimation fiomthe LCD module to the LED module and fiom small size LED module to large size LED module . What is impoitant m backlight design is how to tiansfoim the LED light souice into unifbun surface light source while ensuring the necessa-iy light energy utilization ・ Especially in the large-size backlight module、each component of the backlight module must be consideied and computed in the eaily design to reduce costs ・ Simulation results show that the central scale > 420cd /m2, the liglit unifonnity > 76%， and other indexes such as color coordmatoi，visual angle and pamting quality meet the design lequiiement ・Keywordsbacklight; LED light; LED guide plate ; optical films液晶屏[1]并不能自身显示图像，需要在其背后放置一定的发光器件，才能清楚地看到LED显示屏的内容。
背光源是存在于液晶显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学 辅助器件构成传统的背光源采用的是冷阴极荧光灯（CCFL ,色彩还原性差、 只能达到NTSC色域的72%,并含有对人体有害的汞蒸气新兴的LED背光源 色彩还原性好，可以达到NTSC色域的104%、寿命长、不含汞、有利于环境保 护就驱动电路而言，传统的CCFL背光驱动线路十分复杂，要求上千伏特的驱 动电压，需利用专门的逆变器才能驱动而LED可以在低电压环境中工作，响应 速度快、控制较为方便LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段， 性能远优于CCFL背光源随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟，LED液晶电视在市场占有的份 额不断扩大根据专业调查机构DisplaySeaicli 2010年发布的分析报告，LED液晶电视在2012年将会超过CCFL液晶电视，并最终取代传统的CCFL液晶电视1LED液晶电视的背光方式背光源根据光源位置的不同分为直下式背光源[2]和侧光式背光源直下式背光源:直接把LED光源放在出光面下面，光源发 出的光经过一段空间距离到达扩散板，经过扩散板的扩散和混合后，成为面光源发 射出来直下式背光源需要一定的混光距离，因此整个模组比较厚。
侧光式背光源LED光源放在侧边，发出的光经过导光板导为面光源，侧光式背光结构相对 超薄化的模块设计则更具优越性，随着“超薄风”的刮起，大尺寸超薄侧光式LED背光源成为各大电视厂商及 上游企业的研究热点2侧光式背光模组的结构形式侧光式超薄结构，整个结构包括:驱动板、LED灯条、膜材、导光板、散热铝条、前框、中框和后背板，如图1所ZF o背光源采用白光LED ,整个结构设计以ActiveAiea的中心点为所有部件的设 计中心，以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提，设计其他尺寸综合考虑电路设计及光学设计的要求，对结构进行设计中 框采用分7电子•电路何胜斌:侧光式LED液晶电视背光模组设计原理LEM]•条 光学膜片 框架图1侧光式背光模组的结构示意图段式设计，避免长度过长灯条的出线端设置在背板的下面的两个角处，减 少绕线长度3侧光式背光模组的设计要点3. 1整体设计考虑在设计之初，需要确定整个液晶模组的设计指标，如屏幕的亮度、显色性、均匀度等，并根据这些指标进行各个部位的设 计对于亮度这个最重要指标，要考虑液晶屏的透过率[3], 一般为5% 7%之间，其分解各层透过率，如图2所LEI)灯条 光学膜片 矗架散热器 导光板(LGP) 反射片后背板图2液晶屏的透过率示意图錚尢Kb"；怜 Fillh (HtftLED等组成的LIGHTBAR发出的光线,在经过导光板和底反射片这套光路中约会损失20%,在扩散片中会损失5%,液晶面板的 透光率是5% 7%,这里算作5%。
那么,灯管出射的X lm的光在通过整个光路后的光通量为X - 80%- 95%，5%=0. 038X lmo将此光通量除以屏幕的面积，再除以兀,可以得出这个屏 幕的法向亮度，—般较低，因此需要考虑并合理的增加棱镜膜和增亮膜和LED灯珠的数量以 达到设计要求的亮度指标3. 2灯条的设计3.2.1LED灯珠的选择背光模组的作用是把点光源发出的光通过漫反射使之成为面光源为得到合 格的面光源，首先选择合适的LED ,设计采用白光双芯片LED通过预设白场光 度指标，结合对液晶屏、光学膜等影响因素的研究分析，完成对整个背光源所需光通量的计算根据计算的光通量，结合LED的光学特性计算出所需LED的颗 数表1所示为某大尺寸液晶电视所选LED的电学及光学特性表1LED电学及光学特性材料正向电压N最大最小光通量/LM最大最小出射 角心条件色坐标GaN3.23.61617120I =60niA0. 283, 0. 2973.2.2驱动控制电路设计一般采用专用的PWM控制器驱动芯片这类芯片通过闭环控制输出电流， 可以提供高精度LED电流输出电流可通过线性或PWM调光方法进行单独调光，各路电流输出值 的误差偏移可以保证在J1%以内。
3. 2. 3散热设计由于LED工作时会产生大量的热量，LED在使用时有推荐的温度如果不解决散热问题，会导致LED发光亮度的衰减和使用寿命的缩短为了抑制LED产生的热量影响背光模组的灰度和色度，就要对LED进行散热设计为了达 到更好的散热效果，将LED阵列焊接在铝基板上（MCPCB ,铝基板比普通的PCB 散热效果要好很多倍在铝基板下面，设计了长条形的散热铝条在散热铝条 和灯条之间贴敷导热双面胶，并用螺钉固定铝基板和散热铝条3. 3灯条和导光板 之间的耦合效率如图3所示，目前导光板呈现越来越薄的发展趋势图3灯条和导光板之间耦合曲线图3. 4导光板导光板[4]（Liglit guide是把点光源变成面光源的9阳卅匕 ：I却IP唯 何胜斌:侧光式LED液晶电视背光模组设计原理电子•电路关键变换器件，具有把光关在里面而传送的功能导光板的材料是光学等级 的透明丙烯酸树酯（PMMA光导入导光板以后必须按一定的要求在导光板内部 传播用111表示空气的折射率111=1. 0、用n 2表示丙烯酸树酯的折射率n 2=1.49o在由空气进入丙烯酸树酯的界面上入射角和反射率的关系是设计的基本依 据当入射角在某个角度以上时，就不会射出到空气一侧而形成全反射，这个角 度叫作临界角，经过计算空气对丙烯酸树酯的临界角约为42XO导光板一般目前有3种结构如图4所示。
图4(a为狭窄化方法,楔形结构的光导板入光侧的厚度为2 3nmi,另端的厚度 为0.8 1. 5nmi;图4(b ,图4(c为微结构方法，即在导光板上下表面加入一些锯齿或 半圆形之微结构；图4(d为扩散点法，导光板所使用的网点制作一般是利用网版印 刷方式来印制，这些扩散点是由高反射率且不吸收光颜料所制成，在靠近光源导光 板较厚处之扩散点分布密度较疏而且网点较小，远离光源导光板较薄处之扩散点分 布较密且网点较大，一般用LiglitTools、GTools等软件来设计«)挟窄化方法中光之行进路线随结构变化帖形图4导光板不同结构光行进示意图3. 5膜片3.5. 1白色反射片主要材料用的是聚脂薄膜（PET白色反射片置于导光板的底部和非导光面 的端面，底部反射片使导光板散射点产生的扩散光线柔和地向上反射，非导光面的 反射片把光线反射回导光板3.5.2扩散片扩散片的作用，使光扩散，提高背光的均匀性主要材料用的是PET 十PMMA ,下扩的雾度比上扩更高多数情况是扩散片放在导光板的正上方，为保 护棱镜片有时也放在发光面的最上面3.5.3棱镜膜棱镜膜[5]的作用就是让分散的光集中在法线70X范围内出光，>70X射出的光又反射再利用。
在背光源上使用一张棱镜膜可以使得光线在 —个方向上汇聚，具体如图5所示如果在这张棱镜膜上再叠加一层棱镜方向与其垂直的棱镜 膜，光线就可在两个方向得到汇聚两张棱镜膜能够达到的法向增益约为2,达到21的法向亮度图5棱镜膜对光线作用示意图棱镜膜是由聚脂和聚碳酸脂制成，厚度约为140250pm ,棱镜间距是24 lOO^im之间，顶角为80X ,棱镜的形状各式各样，可以 是三角形，也可以是半圆柱体形棱镜膜的配置和放置位置很重要不同的配置，棱镜膜的效率不同把2片 相互垂直的棱镜膜叠加可以得到更好的正面亮度但也有缺点：（1棱镜膜片一般 不能单独使用，因为由于其底面是平滑的，若直接放置于导光板上、会看见牛顿环 图案，因此通常把它放在扩散片上面2棱镜面很精细，容易擦伤，这种伤痕易 在画面上显示，导致成品率降低3由于聚光作用会使某些横向光线被切掉，所 以从某一视角看的99IA；fW!rn-^r-rved.电子•电路何胜斌:侧光式LED液晶电视背光模组设计原理话，看似急剧变暗，而且在其分界线处能看到彩虹图案从上述几点考虑，通 常在棱镜膜片上再加一片扩散片棱镜板虽然提高了亮度，同时视角变小了3. 5. 4增亮膜增亮膜(BEF Bnglitness Eiiliancement Film —般厚度在 0. 1 0. 4nmi,由 3M 公司 使用申请了专利的微复制技术和多层膜技术生产的光学BEF膜系列产品已经在各 种尺寸的液晶显示器件中得到了广泛应用。
多层光学膜的总厚度为0.1 0. 4nmi, 其内部复合约1000层的光学薄膜，它的作用是将原本被下偏光片吸收的S偏振光 反射回背光源这部分S偏振光经过背光源各层材料的消偏振作用后，重新出射, 经循环利用，最终以P偏振光出射下偏光片如此反复利用可以增加亮度60%4运用设计选用奇美一款透过滤为6. 5%的玻璃进行的32寸(1寸=2. 54cm侧光式LED模组设计，关键指标要求冲心辉度400cd /iii2以上，亮度均匀性为75%以上,视角左右＞ 80X ,上下＞ 75心厚度＜ 13nmi,成 本为重要考虑运用以上设计原理，通过反复计算,用的是下扩十v聚+H聚复合膜， 4T的导光板,128颗4014的LED灯珠运用导光板网点设计软件LightTools设 计网点并模拟光学结果，能达到设计要求设计出来的成品如图6所示生产 车间的测试数据表明，该LED模组进行9点测试，中心灰度为＞ 420cd /m2，亮度均匀性＞76%,其他指标如色坐标、视角、画质等都符合设计要求图6设计OK的32寸侧光式背光模组5结束语通过分析背光模组的各个结构部品，结合整体设计要求和相关软件的运用，掌握到一般的设计原则实践证明，熟悉材料的性 能和熟练运用好设计原则才能设计出性价比优的产品。
液晶电视在不断的技术更 新和发展，对背光模组的设计改进和创新会一直是技术人员的重要课题，需要不断的探索下去参考文献[1]田民波，叶锋.TFT液晶显示原理与技术[M].北京:科学出版社，2010 . [2]梁萌，王国宏，范曼宁，等• LCD - TV用直下式LED背光源的光学设计[J ] •液晶与显示，2007(1 :42 - 46 . [3]王大巍，王刚，李俊峰，等.薄膜晶体管 液晶显示器件的制测试与技术发展[M ].北京:机械工业出版社,2007 • [4]黄艸，姜言森，沈奕， 等•侧光式LED背光源的导光板网点设计[J] ■应用光学，200& 29(5:290-291 . [5]谢洪波，李保安，徐爱国，等.液晶 背光组中棱镜膜结构参数影响显示效果的模拟分析与验证卩]•液晶与显示，200& 23(5 :櫟櫟櫟櫟櫟 櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟 櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟549 - 524 .(上接第96页参考文献[l]Iiitellon . SSCP485liardwaie design reference [M ] . Aineiica :Intellon , 2009 . [2]Intellon . SSCP485PL tiansceivei ic teclinical date sheet [M ] . Ainenca :Intellon, 2009 .[3]康甜•电力线载波技术在油井监测中的应用研究[D].长春「长春理工大学，2005 . [4]HALID H , ABDELFATTEH H , RALF L .宽带电力线通信网络设计[M].北京:人民邮电出版社,2008 . [5]沈连丰，叶芝慧•信息论与编码[M].北京科学出版社，櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟 櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟櫟2004 •欢迎投稿投稿请登录:WWW. dianzikeji. org1。