引言

直下式结构的LED背光源具有更高的色彩还原、省电、寿命长、抗震动性，在低温环境中工作不受影响。由于LED具有这些优势，越来越多的厂商已着手研制大尺寸的直下式LED背光源。但由于直下式厚度相对侧入式较厚，因此在中小型LCD液晶显示系统中侧入式所占市场比重大于直下式结构。

近年来，三星在韩国推出了一款52英寸全高清LED液晶电视“PAVV-LED52”。此次发布的52英寸全高清LED背光液晶电视，采用了只降低黑暗图像部分的背光亮度、由三星自主研发的“变色龙LED背光（ChameleonLEDBacklight）”技术。动态对比度达到50万：1,耗电量最多可降低50%。而且，通过高速影像模式，能够实现图像抖动及残像少、色彩鲜明的影像画质。由此看来，LED背光源性能完全超越CCFL背光源已经成为可能。

1 LED背光源的设计方法

1.1 系统概述

以对角线长度为15英寸，即长、宽、高分别为89.44mm、67.08mm、5mm的背光模组为例，设计要求的亮度通过液晶显示屏后要达到1,200cd/m2,亮度均匀性达到85%以上，功率小于50W;工作温度为-40°C~60°C,亮度可调，且调节范围宽调节精度高。

在满足以上要求的同时，为了使背光模块能够更好地工作，系统设计应包括过压保护、高温保护等功能模块。下面以上述要求为目标，给出我们的LED背光设计方案以及根据最后的性能测试结果对用大功率白光LED实现高亮度背光设计中将会遇到的问题进行阐述分析，并提出解决的办法。

1.2 直下式LED背光源结构

LED背光源的工艺过程是将LED点光源转化为发光均匀的面光源。根据光源分布位置的不同，分为侧光式和直下式两种。为了实现高亮度均匀性的背光模组的设计，首先要选定构成背光模组的系统结构形式。本文采用直下式结构。

侧光式LED背光源应用在大中尺寸的LCD上时，导光板重量和成本会随着尺寸增加而增加，并且发光均匀性和发光亮度不理想，而直下式LED背光源表现则比较好。直下式背光源工艺相对简单，不需要导光板，是将光源（LED晶片阵列）及PCB置于背光源底部，光线从LED射出后，经过散射膜散射，得到均匀性较好的散射光，再通过两片棱镜膜（分别为水平方向和垂直方向BEF1和BEF2）将散射光集中在垂直于膜的方向以一定的发射角度出射。为了更好地利用光能，提高整体效率，我们在底板LED灯表面加了一层反射膜，实验证明，反射膜的存在使得亮度、效率提高了近20%。同时在底部光源上涂布一层含有散射剂的导光胶，导光胶厚度视腔体高度和导光胶特性而定，主要起两点作用：①提高亮度均匀性；②保护LED晶片，提高可靠性。

背光源的厚度由反射膜与散射板之间的腔体高度决定。理论上在符合安装要求及发光亮度的前提下，腔体高度越大，光线从散射板射出的均匀性越好。直下式LED背光源的结构见图1。直下式背光源技术关键是控制亮度均匀性，提高发光效率。散射膜与LED光源之间须预留一定的空间，提高亮度均匀性，故直下式背光源的厚度相对较厚。因光源数量多，发光亮度和功耗均大于侧光式背光源。LED管芯工作状态下释放出的热能集中在腔体内，在大面积、高亮度的LED背光产品设计时，应考虑模块散热装置。

图1 光学系统结构控制示意图

我们采用Lumileds生产的白光LED,典型电流为700mA,额定功率为3W,发光强度为80lm,发散角度为120°并对其光电特性进行了均匀性筛选，选用其中匹配性较好的LED作为系统光源。

大功率LED在典型电流工作时会发出大量的热能，容易产生高温，对液晶显示器产生影响，为此，我们将其降额使用，增加灯的数量，减小工作电流，这样一来，缓解了高温问题，而多数的灯也可以在均匀性上达到更好的效果。

综合以上因素，我们在背光板有效区域内排布了64颗灯，每8颗灯串联在一起作为一组，64颗灯共分为了8组，然后并联在一起。追踪大约1000,000条光线，分析结果显示导光板上表面共射出52流明的总光通量，且照度分布均匀性大于80%,基本满足背光系统要求。如下图所示：下面是利用LightTools光学模拟软件的背光模拟（图2）及背光板亮度分布（图3）：

图2 背光模拟图

图3 背光亮度分布图