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半户外液晶显示用高亮直下式LED背光设计

  半户外液晶显示用高亮直下式LED背光设想

  近年来,中大型尺寸的液晶显示设备(LiquidCrystalDisplay,LCD),例如电脑显示屏、液晶电视等,在平板显示市场日渐成为支流。因为液晶本身是不发光的,需要依托外部光源映照,即背光源来实现其显示功能,出格是中大尺寸的液晶显示,为其供给所有光源的背光源是十分主要的。

  液晶用背光源,常见的次要有冷阴极管(CCFL)与发光二极管(LED)两种,最后LED次要用于中小尺寸的液晶显示,例如手机、数码相机和PDA等。在中大尺寸的液晶显示范畴,因为亮度和散热要求较高,保守上采用CCFL光源,跟着背光手艺的不竭成长,出格是LED发光效率不竭提拔,以及对大尺寸液晶背光手艺难度大、使用成本高档错误谬误的不竭降服,LED背光不只普遍使用于小尺寸液晶,近几年来已逐步替代保守的CCFL,在笔记本电脑、电脑显示屏、液晶电视等中大型尺寸液晶显示背光范畴崭露头角,并有逐步代替CCFL背光源的趋向。跟着环保认识以及用户对画质要求的不竭提高,具有环保、色彩还原性好、寿命长等长处的固体光源LED 被看好。

  采用LED 背光的一个显著特点就是节能。针对节能降耗方面的国度尺度,如能耗品级标示等政策的实施,中大尺寸的液晶电视产物曾经在这方面进行了无益的测验考试。

  作为新型平板显示产物,采用LED背光的液晶显示设备,其机能劣势毋庸置疑。出格是具有高显示色域、画质艳丽、节能环保、寿命长等长处,较之CCFL背光的LCD,更容易实现轻薄化的外观。采用LED背光的另一个长处是高色彩饱和度,出格是采用三基色或多色LED夹杂白光的直下式背光LCD,具有杰出的显示画质和更为宽泛的显色范畴。然而三基色LED背光功耗要远高于白光LED,并且在成本上有4~5倍的价差,目前考虑成本的缘由,多采用蓝光芯片加红绿色荧光粉封装的新型背光用LED 来代替三基色LED,这种环境下液晶显示的颜色饱和度能够在NTSC尺度的72%~85%范畴,在低成本的同时具有优于CCFL背光LCD的显色画质。

  本文开辟了一款用于半户外液晶显示的117cm(46in)直下式背光布局,核心亮度可达到20000cd/cm2 以上。具有亮度高、显色画质高、散热好、成本低的长处,为户外和半户外液晶展现屏使用供给了无力支撑。

  2手艺成长和市场前景

  2.1LED背光手艺的成长

  从布局上分类,液晶背光次要采用侧光式和直下式两种布局。目前液晶显示市场正向薄形化成长,多采用侧光式布局,以达到超薄形设想的目标。2009年三星推出侧光式LED背光的超薄液晶电视,自此LED侧背光作为一种新手艺起头普遍使用于大尺寸液晶显示。侧光式的背光布局将LED光源侧面放置,可较着节流空间,从而较容易实现轻薄化。但光源在边侧入光,要实现反面平均出光,LED灯条和导光板设想的要求也有所提高。同时侧背光布局不克不及够采用三基色LED光源来夹杂白光,以及局部动态背光节制等手艺,使得液晶显示在色彩还原机能和对比度上表示有所减色。

  对于大尺寸液晶显示,出格是要求高显色画质和高亮度机能的大尺寸LCD,侧光式背光源的平均性和亮度都遭到限制,同时导光板成本和加工难度也随之添加。因而多采用直下式背光布局,其制造工艺较为简单且不需要导光板,手艺环节在于色彩和亮度平均性,是目前大尺寸背光源研发的支流。出格是采用高显色指数的白色LED光源的背光,较之侧光式背光在划一亮度下所用LED的数量要少,排布不太稠密以有益散热,也较易达到出光平均的目标。

  照明使用和液晶电视背光使用是目前LED财产成长的两大动力。目前照明占LED产能的比例不是良多,次要仍是LED背光液晶电视。水清木华研究核心研究演讲指出,2010年LED市场规模增加58%,从100亿美元增加到158亿美元。此中遭到LED-TV市场的驱动,使用在液晶电视背光的LED市场规模从9.6亿美元添加到近39亿美元。

  TrendForce旗下研究部分WitsView 的查询拜访成果显示,2010年各尺寸液晶显示面板中,66cm(26in)以下中小尺寸液晶屏,以及94cm(37in)以上的较大尺寸液晶显示屏,利用LED背光的比重达到20%摆布,出格是117cm(46in)、119cm(47in)和132cm(52in)以上的大尺寸液晶电视面板,LED背光的渗入率已在45%摆布。估计到2014年,LED 将完全代替CCFL。查询拜访成果,如图1所示。

  3尝试设想及成果

  图2所示为直下式背光布局。能够看出,LED光源位于背光布局的底部,由反射膜的反感化后向上出光,颠末必然的空间混光距离,再由扩散板等光学薄膜调制后出光,因而各光学组件的厚度及LED所需的空间混光距离决定了背光模组的全体厚度。出格是光源及其所需的混光距离,添加了背光布局的厚度,使得采用直下式背光的LCD 外形布局较之侧背光的LCD 要厚重一些。

  一般通过利用直下式用的利于光线发散的透镜来改善LED阵列的混光结果,在必然程度上减小了背光模组的厚度,使得采用直下式背光的LCD布局薄型化。同时,较之侧背光布局需利用成本较高的导光板,采用直下式布局只需考虑透镜和扩散板成本,且划一亮度下所用LED数量较少,以至能够实现超高亮度的机能要求。因而采用直下式背光布局,在成本和能耗上具有较着劣势,出格是对于大尺寸的液晶电视,布局厚重的劣势愈加不较着,而低成本和低能耗的劣势更为凸起。

  本文设想开辟了一款用于半户外液晶显示用的高亮度117cm(46in)直下式LED背光源。按照现实的情况要求,液晶屏的亮度要求在800~1200cd/m2,考虑背光到液晶屏的光效操纵率在5.5%摆布,则背光源的亮度要达到15000~21800cd/m2。若是考虑外加增亮膜,按1.2倍的增亮结果计较,则背亮光度要求达到13000~18200cd/m2。

  背光源的无效发光面积为1040mm ×596mm,考虑产物所需的总体亮度、单灯LED的亮度以及颠末背光组件后的光效操纵率,能够算出所需LED数量。再利用软件模仿得出LED阵列的排布体例以及所需的理论混光距离。背光源采用Sharp公司出产的直下式用2828型白光LED,功率在0.45W 摆布,典型电流为120mA,发光强度在30lm摆布。别的该款LED采用蓝光芯片加红绿荧光粉的封装体例,具有较高的显色指数,同时LED的芯片封装基座为陶瓷材料,易于快速无效地散热。

  在背光无效区域,LED利用数量为1008颗,阵列确定为42×24的排布体例,如图3所示,将整个LED阵列分成4个驱动部门(由此也便利按照具体需要设想动态驱动节制),每个部门由21颗LED串联为一组,然后12组LED再通过并联驱动。颠末最后的软件按模仿、样品测试及调试,最终确定各LED的陈列间距为25mm×25mm,光源阵列的混光距离为25mm。

  在LED阵列概况设置一层对应LED排布位置的反射膜,能够反面反射光源出光,使得亮度和出光效率大幅提高。LED阵列出光颠末反射膜向上反射后,再颠末一层反射板和反射膜的散射感化,能够获得平均性较好的光源。若是再加一层双层增亮膜(DBEF),则能够获得更好的增亮结果。

  此外,为实现高亮度背光,采用的LED数量较多,功率高达450W 以上,容易发生高温,影响LED光源和液晶屏的一般工作,因而需要较高要求的散热设想。采用的LED光源为陶瓷基座封装,有益于芯片的无效快速散

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