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引言

液晶屏自身并不发光，为了可以清楚地看到LED显示屏的内容，需要一定的白光背光源
。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组件构成。LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段，性能要远远优于CCFL背光源。目前
，LED背光源已经在中小尺寸面板中普及

，如手机、数码相框等，随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟，LED液晶电视将可能逐步取代传统的CCFL液晶电视

。

背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。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和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。而侧光式背光结构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
。

1 结构设计

本文所设计的LED背光源是侧光式超薄结构

，整个结构包括：LED灯条
、驱动板
、膜材
、导光板、散热块

、上框架、背板
。背光源采用白光LED，整个结构设计以Active Area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，设计其它尺寸
。综合考虑电路设计及光学设计的要求，对结构进行设计。结构设计先从UⅣOUT布局图着手，表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系
，然后着手零件图结构设计。上框架采用分段式设计，在长度方向上分段，避免长度过长

。灯条的出线端设置在背板的四个角处，减少绕线长度。

2 光学设计

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
。为了得到合格的面光源
，首先要选择合适的LED
，本设计采用的是白光双芯片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所示为所选LED的电学及光学特性。

表1 LED电学及光学特性

为了提高背光源的亮度，膜材结构搭配为：一层扩散片+一层BEF+一层DBEF。其中
，扩散片的作用是借扩散物质的折射与反射将光雾化
，让射出的光更加均匀：BEF的作用是将光线聚拢，使其垂直进入液晶模块以提高辉度：DBEF是利用原先被传统吸收型偏光片吸收的50%的光线来增加亮度。导光板网点直径为0.54～1.55mm.图1所示为导光板的部分网点分布图。

图1 导光板网点分布图

3 电路设计

LED背光源电路设计主要包括灯条设计和驱动控制电路设计
，图2所示为整个电路部分的结构框图
。

图2 电路结构框图

3.1 灯条设计

光源采用双芯片白光LED，灯条分布在背光源的四周。为了达到更好的电流均一性，灯条采用串并混联
，实行两并多串。为了取得更好的散热效果
，LED灯条采用铝基板加工制作。整个系统输入电压为24V

，此电压由外部电源转换器提供。

3.2 驱动控制电路设计

驱动芯片是三路峰值电流模式PWM控制器
，通过闭环控制输出电流提供高精度LED电流。该芯片包含三个峰值电流模式控制器，给IC提供反馈，以确保更高效率和更高精度
。芯片上的栅极驱动器进行了优化，用来驱动0.25A源电流或O.5A沉电流的逻辑电平FET，每个输出电流可通过线性或PWM调光方法进行单独调光。

该芯片的闭环系统能动态调节它的输出电压
，以适应LED电流的线路和负载调整。单一封装内集成的三路驱动器保证了每串间有更好的电流匹配，同时降低了整个系统的芯片数量。具有40V线性稳压器，提供5V电源给lC供电，三个转换器的开关频率由内部振荡器控制
，三路有1200的相位差
，以降低输入电流波纹
。高压驱动，电流匹配度良好
。LED串间电流精度为4-2%，支持线性和PWM调光
。

图3 PW_M_波形图

3.3 散热设计

由于LED的光效较低
，工作时会产生大量的热量
，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辉度和色度
，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(FR4材质的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块
。在散热块和灯条之间贴敷导热双面胶，并用螺钉固定铝基板和散热块

。在背光源的四周热量聚积地带
，贴敷带保护膜的导热片
。为了降低热阻

，在LED焊盘上加导热过孔。这样，减少了PCB板垂直于热流方向的截面积，从而减少了顶层和底层之间的热阻而加强了LED灯热量的传导。最后
，依靠电视机壳里的空气对流将热量散掉。

4 测试结果

本文所设计的液晶电视用超薄LED背光源为侧光式结构，光源采用白光LED
。图4所示为组装后的LED背光源，厚度为9.9mm。利用BM一7进行九点测试

，中心辉度为5，500nit，亮度均齐性为82%，色彩还原性达到95%@CIE 1976
。背光源整体功率为150W，其中LED功耗为135W，驱动电路效率达90%。背光系统的驱动电路属于高压驱动，电路简单，电流一致性良好。

图4 组装后的背光源

5 结论

本文设计了一款大尺寸超薄液晶电视用LED背光源，中心亮度达到5，500nit，整体背光源功率为150W，亮度均齐度为82%
。整机厚度为9.9mm，达到业内领先水平。本文设计的背光源已通过信赖性测试
，为量产打下了基础。