引 言
LED背光源目前大致可以分為直下式和側(cè)光式兩種。直下式是在液晶顯示器的整個(gè)背面全部設(shè)計(jì)LED燈：側(cè)光式是在液晶顯示器的邊緣設(shè)計(jì)LED燈。一般情況下，在30in以上的大尺寸液晶電視中應(yīng)用直下式背光源，30in以下則可用側(cè)光式背光源。
本文所設(shè)計(jì)的直下式LED背光源，尺寸為47in,內(nèi)容涉及了背光源結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)，包括對(duì)LED燈的排布進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些基于電路板來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，電路板的尺寸、形狀、元器件安排則根據(jù)背光源的結(jié)構(gòu)來(lái)確定。安裝完電路板之后，再在上面蓋上所需的光學(xué)膜材，并安裝各種構(gòu)件，以組裝成一個(gè)完整的背光源。測(cè)試結(jié)果為中心亮度11,230nits、整體功耗178W 、均勻度96.26%、色彩還原性達(dá)到NTSC標(biāo)準(zhǔn)的128.15%.遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了CCFL背光源的70%.
1 與CCFL技術(shù)的對(duì)比分析
1.1 CCFL的特點(diǎn)
CCFL是填充了惰性氣體的密封玻璃管，當(dāng)在管上加高電壓時(shí)，氣體電離產(chǎn)生紫外(UV)光，UV光激勵(lì)內(nèi)部磷光粉涂層，產(chǎn)生可見(jiàn)光。
CCFL具有的特點(diǎn)包括白光源、低成本、長(zhǎng)壽命(大于25,000小時(shí))、高電壓驅(qū)動(dòng)、含有有毒氣體汞。
目前，以CCFL作為背光源是液晶電視的主流。但是CCFL存在一個(gè)本質(zhì)的缺點(diǎn)，即能夠達(dá)到的色域(即電視機(jī)的色彩表現(xiàn)范圍)較小，普通的CCFL一般只能夠達(dá)到NTSC(美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì))色域標(biāo)準(zhǔn)的72% ,而且它含有汞這種有毒氣體，不符合綠色環(huán)保的要求。
1.2 LED的特點(diǎn)
LED作為新的發(fā)光源有很多優(yōu)點(diǎn)，例如節(jié)能、環(huán)保、尺寸小、反應(yīng)快速、壽命長(zhǎng)等。
LED作為背光源最顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以提供前所未有的色彩還原性，通過(guò)選擇合適短波長(zhǎng)的LED和與之相配的彩膜，LED背光源的色彩還原范圍可以達(dá)到美國(guó)國(guó)家電視系統(tǒng)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的105% ,甚至可以達(dá)到1 20% 以上。在畫(huà)質(zhì)上，LED背光源顯示得更加鮮艷和明亮。
但是LED也有一些缺點(diǎn)，首先是價(jià)格，在大尺寸范圍內(nèi)，LED背光源的價(jià)格是CCFL背光源的3~5倍左右：其次是發(fā)光效率，目前商用的LED發(fā)光效率最高的約為60~801m/W ,而CCFL的發(fā)光效率約為80~1001m/W ;最后就是散熱，對(duì)于大尺寸的背光源來(lái)說(shuō)，LED工作時(shí)會(huì)散發(fā)出大量的熱。
不過(guò)隨著技術(shù)的發(fā)展，LED的不足正在逐步改善：
1)發(fā)光效率。由于CCFL是圓柱形，它所發(fā)出的光是無(wú)方向性的。當(dāng)它放在LCD屏幕下方時(shí)，盡管采用半圓形反光鏡，仍然有相當(dāng)多的一部分光被浪費(fèi)掉了。而LED通常采用側(cè)光輻射，它的光能比較有效地被利用。因此從總體來(lái)看，它的效率仍然比CCFL要高，而且LED的發(fā)光效率還在逐年提高;2)動(dòng)態(tài)背光技術(shù)的提出，不僅解決了散熱問(wèn)題，而且還得到了亮度均勻、降低功耗等一系列的好處。
2 LED背光源的設(shè)計(jì)
本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)47in的LED背光源。由于背光源所需要的亮度較大，使用的LED數(shù)目很多，所以采用直下式背光源結(jié)構(gòu)。
在進(jìn)行LED背光源設(shè)計(jì)的時(shí)候，首先要做的就是對(duì)LED進(jìn)行選擇，針對(duì)液晶屏上使用的彩膜選擇適合的LED,再進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用的是小功率、RGB三色的LED。
如圖1所示，電路板上由LED燈組、連接器、電路芯片、安裝孔組成。其中每個(gè)LED燈組是由R、G、B三顆不同顏色的LED燈組成，LED燈組為一個(gè)發(fā)光單元，如圖2所示。
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圖1 LED燈條(1.電路板：2.綠色LED;3.紅色LED;4.藍(lán)色LED;5.連接器;6.電路芯片;7.安裝孔)
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圖2 LED 燈組
由于背光源是一種均勻的面光源，采用LED作為發(fā)光器件，就必須計(jì)算好LED之間的距離，即圖2中表示出的d ,這樣才能夠更有效地混光、混色，不產(chǎn)生光斑。本設(shè)計(jì)是采用RBG三顆LED燈，呈三角形分布，d1=6mm,對(duì)于47in的背光源，共使用了1,008個(gè)這樣的單元，以42×24矩陣。
根據(jù)色溫和亮度的計(jì)算，設(shè)計(jì)LED的電流為紅色23mA、綠色55mA、藍(lán)色40mA.每個(gè)單元進(jìn)行單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，采用恒流驅(qū)動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)芯片采用德州儀器(T1)的TLC5941。
由原理圖3可以看出，電源電路給TCL5941芯片提供電源的同時(shí)給LED燈組提供點(diǎn)亮電壓。控制信號(hào)給TCL5941提供控制信號(hào)，TCL5941根據(jù)接收到的控制信號(hào)的要求對(duì)LED的亮度進(jìn)行控制。
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圖3 驅(qū)動(dòng)電路原理圖
具體的電路圖如圖4、5、6所示，這里需要說(shuō)明的是，所有的圖紙都是用Altium Designer6軟件繪制。
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圖4 電源電路圖
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圖5 TCL5941電路圖
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圖6 控制電路圖