大尺寸液晶电视用LED背光源的设计与制作

1. 引言

由于液晶显示屏本身并不发光，所以为液晶显示器件提供所有光源的背光源扮演着十分重要的角色。虽然，由于成本低廉、技术成熟等原因，冷阴极灯管（CCFL）仍将是未来几年内液晶显示器件（LCD）背光源绝对主要的光源。但人们也逐渐认识到CCFL本身存在的若干致命弱点，比如含有对人体有害的汞蒸汽，色彩还原性差等。

因此，随着环保意识的提高以及用户对画面质量越来越高的要求，出现了CCFL 灯管被其他光源所取代的趋势，这些替代者包括发光二极管（LED）、电极外置荧光灯（EEFL）、场致发光平面光源（EL Flat Lamp）和有机电致发光（OLED）等。其中具有环保、色彩还原性好、寿命长等优点的固体光源LED是最被看好的下一代绿色背光光源，被普遍认同为大势所趋。

与其他光源相比，LED背光源最显着的优点是可以提供前所未有的色彩还原性。通过选择适当波长的LED和与之相匹配的彩膜，LED背光源的色彩还原范围可以达到美国国家电视系统委员会（NTSC）标准的105%甚至120%以上。相比较而言，传统的阴极射线管（CRT）电视只有85%左右，CCFL背光源的液晶电视更是只有65%-75%.在画质就是生命的显示行业，具有更加鲜艳的色彩将是压倒性的优势。依传统观念而言，液晶显示器尤其是液晶电视，由于色彩和响应速度不如CRT甚至PDP而屡遭诟病，液晶显示器件可以通过瞬间背光闪烁和扫描技术，消除普通液晶显示在显示快速移动物体时出现的拖尾模糊现象，画面质量将显着提升，LED纳秒量级的响应速度为上述技术的实现提供了坚实的保证。点阵式的LED背光源可以将整个屏幕分成若干区域，根据显示的影像信号，单独控制每个区域的亮度和颜色，所以影像暗的部分能够做到更暗，亮的部分能够更亮，可以获得超过10000:1的动态对比度，同时，这种LED背光源比通常用的背光源省电48%左右。在使用寿命上，LED可以达到10万小时以上，相当于每天看电视8h,可以看30多年。与CCFL内含有致命的汞蒸汽不同，LED是半导体固体光源，完全是一种理想的绿色光源。

综上所述，具有诸多不可比拟之优势的LED背光源必将在不久的将来，成为LCD重要，甚至是主要的背光光源。

虽然LED背光源已然成为国际研究的热点，但是在中国内地的研究才刚刚开始。在与背光源结合最为紧密的液晶面板厂家中，京东方成为中国内地第一个研究和开发出LED背光样品的液晶面板厂家。研发的目标，就是希望在不久的将来能够为业界提供带LED背光源的液晶模组产品。本文设计和制作了一款66cm（26in）液晶电视用，LED背光源。模拟出LED的光学分布，以此为基础模拟出LED阵列的光强和颜色分布，得到适合的背光源厚度尺寸。在实际制作中，采用高效的驱动电路对，LED阵列进行驱动，利用铝制散热片为背光源提供良好的散热。在整体背光源功耗为150W时，中心亮度达到13390cm/m2,均匀度为84.1%色彩还原性达到NTSC标准102%,远远超过CCFL背光源的70%.

2. 设 计

本文以一款66cm LED背光源为目标进行设计。考虑到背光源所需要的亮度较大，使用LED的数目较多，而且需要大的散热面积，所以采用直下式背光结构。图1是直下式LED 背光源示意图，包括一个光学反射腔作为整体结构的支撑、和散热片结合的LED阵列、由扩散板和光学膜组成的背光源出光面，最后和液晶面板构成液晶面板模组。

图1  直下式LED背光示意图