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直下式LED背光源方案

引言

LED背光源目前大致可以分为直下式和侧光式两种。直下式是在液晶显示器的整个背面全部设计LED灯：侧光式是在液晶显示器的边缘设计LED灯。一般情况下，在30in以上的大尺寸液晶电视中应用直下式背光源，30in以下则可用侧光式背光源。

本文所设计的直下式LED背光源，尺寸为47in,内容涉及了背光源结构和电路设计，包括对LED灯的排布进行设计，这些基于电路板来实现。同时，电路板的尺寸、形状、元器件安排则根据背光源的结构来确定。安装完电路板之后，再在上面盖上所需的光学膜材，并安装各种构件，以组装成一个完整的背光源。测试结果为中心亮度11,230nits、整体功耗178W 、均匀度96.26%、色彩还原性达到NTSC标准的128.15%.远远超过了CCFL背光源的70%.

1 与CCFL技术的对比分析

1.1 CCFL的特点

CCFL是填充了惰性气体的密封玻璃管，当在管上加高电压时，气体电离产生紫外(UV)光，UV光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。

CCFL具有的特点包括白光源、低成本、长寿命(大于25,000小时)、高电压驱动、含有有毒气体汞。

目前，以CCFL作为背光源是液晶电视的主流。但是CCFL存在一个本质的缺点，即能够达到的色域(即电视机的色彩表现范围)较小，普通的CCFL一般只能够达到NTSC(美国国家电视系统委员会)色域标准的72% ,而且它含有汞这种有毒气体，不符合绿色环保的要求。

1.2 LED的特点

LED作为新的发光源有很多优点，例如节能、环保、尺寸小、反应快速、寿命长等。

LED作为背光源最显着的优点是可以提供前所未有的色彩还原性，通过选择合适短波长的LED和与之相配的彩膜，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标准的105% ,甚至可以达到1 20% 以上。在画质上，LED背光源显示得更加鲜艳和明亮。

但是LED也有一些缺点，首先是价格，在大尺寸范围内，LED背光源的价格是CCFL背光源的3~5倍左右：其次是发光效率，目前商用的LED发光效率最高的约为60~801m/W ,而CCFL的发光效率约为80~1001m/W ;最后就是散热，对于大尺寸的背光源来说，LED工作时会散发出大量的热。

不过随着技术的发展，LED的不足正在逐步改善：

1)发光效率。由于CCFL是圆柱形，它所发出的光是无方向性的。当它放在LCD屏幕下方时，尽管采用半圆形反光镜，仍然有相当多的一部分光被浪费掉了。而LED通常采用侧光辐射，它的光能比较有效地被利用。因此从总体来看，它的效率仍然比CCFL要高，而且LED的发光效率还在逐年提高;2)动态背光技术的提出，不仅解决了散热问题，而且还得到了亮度均匀、降低功耗等一系列的好处。

2 LED背光源的设计

本文设计了一台47in的LED背光源。由于背光源所需要的亮度较大，使用的LED数目很多，所以采用直下式背光源结构。

在进行LED背光源设计的时候，首先要做的就是对LED进行选择，针对液晶屏上使用的彩膜选择适合的LED,再进行电路设计。本设计采用的是小功率、RGB三色的LED。

如图1所示，电路板上由LED灯组、连接器、电路芯片、安装孔组成。其中每个LED灯组是由R、G、B三颗不同颜色的LED灯组成，LED灯组为一个发光单元，如图2所示。