關(guān)于超薄LED背光模組優(yōu)化設(shè)計的幾點探討

黃開軍

（深圳市多思邁實業(yè)有限公司，廣東深圳 518000）

液晶屏自身并不會發(fā)光，為了清楚了解顯示屏中的內(nèi)容，就需要白光背光源。背光源為液晶顯示器中的光學(xué)組件單元，由光源與光學(xué)輔助板材、膜材構(gòu)成。LED 背光源性能上和CCFL 相比具有明顯優(yōu)越性，當(dāng)前在各尺寸面板獲得了普及，針對超薄LED 背光模組設(shè)計進(jìn)行深入探究具有重要現(xiàn)實意義[1]。

1 背光模組設(shè)計

背光模組屬于液晶顯示器中的主要零件，結(jié)構(gòu)為中框、前框、導(dǎo)光板、光源、后框等構(gòu)成，結(jié)合光源類型進(jìn)行劃分，可以將其劃分為CCFL、EL、LED等背光源，如圖1所示。

圖1 背光模組

結(jié)合光源具體位置，可以將其劃分為側(cè)光式、直下式。背光模組對應(yīng)的直下式指將光源位置置于正下方這一結(jié)構(gòu)模式中，光源通過LED、燈管自由發(fā)光源在照射于反射板以后通過折射，均勻進(jìn)行擴(kuò)散，形成面板光源[2]。自發(fā)性光源可以結(jié)合顯示器面積增加。但是會增加背光模組厚度以及重量。側(cè)光式主要指發(fā)光源處于顯示器面板當(dāng)中的側(cè)面位置，發(fā)射光線結(jié)合光學(xué)膜片、導(dǎo)光板的折射形成均勻且分散液晶顯示器對應(yīng)光源，這種模組窄薄、輕便、低電耗。

在進(jìn)行超薄設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化為問題解決重點與根本。在背光模組側(cè)光式中，液晶模組往往會被視為液晶電視當(dāng)中的獨立零件，并且整機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)包括后殼、面殼、主板支架等，屬于一體化設(shè)計，在當(dāng)前比較流行。其會將背光模組、整機(jī)面殼結(jié)合在一起，仍然存在背光模組以及整機(jī)后殼背景，當(dāng)前液晶模組在厚度上多數(shù)在1 cm 以上，怎樣使其在厚度上降低到1 cm以下是應(yīng)重點解決的問題。在此過程中，可以考慮將背光模組以及整機(jī)后殼二者進(jìn)行組合。在背光結(jié)構(gòu)使整機(jī)變得更薄的情況下，才能使背光模組呈現(xiàn)出較強(qiáng)的競爭力[3]。背光模組背板與整機(jī)后殼之間結(jié)合過程中，需充分料了解背光模組背板的實際作用。

對于背光模組來講，背板屬于結(jié)構(gòu)主體，對于背光模板的整體平整度、強(qiáng)度會產(chǎn)生比較重要的影響，并且背板和前框、中框、導(dǎo)光板、燈條之間進(jìn)行連接，發(fā)揮的作用十分重要。對于OLED 來講，其在厚度上極薄，整機(jī)效果和平板實現(xiàn)曲面化相同。針對超薄LED 背光模組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計過程中，可以對相關(guān)效果進(jìn)行借鑒。使背光模組背板通過光滑平面呈現(xiàn)，并且作為整機(jī)后殼。就平板背板來講，可以使用鋼化玻璃、鋁板，或者是重量輕且剛性強(qiáng)的材料，材料的合理選擇可以使傳統(tǒng)背板在平面度、強(qiáng)度等方面的需求獲得滿足，在固定導(dǎo)光板、光學(xué)模板、燈條時，可以運用以下方式。背板在實現(xiàn)平面化以后，固定光學(xué)材料需要利用其他材料實現(xiàn)，在此過程中，可以將傳統(tǒng)背板運用四周折邊的方式作為借鑒，進(jìn)而有效固定光學(xué)材料。型材中框運用拼接方式使其成為U 型，為了使中框強(qiáng)度、中框角度獲得充分保證，應(yīng)在角落位置設(shè)計角架，使用螺絲固定于型材中框角落位置。固定平板背板以及U 型材中框時，運用被鎖螺絲進(jìn)行固定，這種方式不僅可以使平面背板在和型材中框在結(jié)合時的強(qiáng)度獲得保證，也能適應(yīng)美觀需求。

固定導(dǎo)光板時，運用非入光側(cè)對應(yīng)角落纖維方式，不僅可以使導(dǎo)光板得以固定，也能使導(dǎo)光板的膨脹需求獲得充分滿足。同時在背光模組中，也需解決燈條在進(jìn)行固定時的問題。燈條固定過程中，傳統(tǒng)模式主要是燈條貼于散熱鋁條上，而散熱鋁條結(jié)合螺絲在背板上固定，為了使LED 散熱問題得以解決，確保可靠性，會將散熱條保留，由于背板設(shè)計屬于平面結(jié)構(gòu)，因此將其鎖于背板后面位置，這種方式可以使固定問題得以解決[4]。為了液晶模組更薄，針對LGD 無框電視進(jìn)行了借鑒，在卡扣中插入側(cè)固定條，側(cè)固定條運用側(cè)鎖方式固定在背板中，這種方式不夠美觀，難以直接運用在超薄無框模組中，因此可以運用封屏技術(shù)。

超薄LED 背光模組從設(shè)計上來講，整機(jī)厚度可達(dá)到0.88 cm，這也屬于背光模組的實際厚度，如圖2所示。

圖2 超薄LED背光模組厚度

這一厚度已小于當(dāng)前LED 液晶電視的實際厚度，和OLED 電視厚度之間的差距明顯縮小。

2 超薄LED傳統(tǒng)背光模組設(shè)計存在的不足

傳統(tǒng)設(shè)計中混光距離比較小，所以光學(xué)均勻性相對較差，屏幕顯示中會有LED 燈影出現(xiàn)，這是需要重點解決的問題[5]。超薄顯示屏當(dāng)前在不斷發(fā)展過程中，混光距離有所減少，但是混光距離造成LED 燈影問題變得更為突出，為了使上述問題得以解決，應(yīng)積極對模組設(shè)計技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，基于傳統(tǒng)光學(xué)架構(gòu)展開改革創(chuàng)新。就超薄設(shè)計來講，主要運用多顆LED進(jìn)行彌補(bǔ)排列的形式，LED背光模組在增加的情況下，勢必會使成本、能耗有所上升，這就需要針對LED背光模組展開優(yōu)化設(shè)計[6]。

3 超薄LED背光模組優(yōu)化設(shè)計要點

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化

在針對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化進(jìn)行探究過程中，主要結(jié)合側(cè)光式模組。就側(cè)光式模組來講，其構(gòu)成為導(dǎo)光板、LED 燈條、膜材、背板、驅(qū)動板、散熱板、框架這幾部分，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中背光源可以使用白光LED，如圖3所示。

圖3 背光源

結(jié)構(gòu)中心為Active Area 中的中心點，然后將次作為依據(jù)展開尺寸設(shè)[7]。展開結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，主要將LAYOUT 布局圖作為主要基礎(chǔ)，在此過程層中，應(yīng)充分了解顯示屏結(jié)構(gòu)與每個部件之間的聯(lián)系，然后優(yōu)化設(shè)計零部件結(jié)構(gòu)。從框架上來講，可以運用分度那方法進(jìn)行設(shè)計，這種分段式的方式可以防止擴(kuò)散板主線長度過長。同時LED 燈條設(shè)置出線端通過LED燈背板對應(yīng)的四角設(shè)計方案，這種方式可以使繞線長度獲得明顯降低。

3.2 電路設(shè)計

（1）燈條設(shè)計。在進(jìn)行燈條設(shè)計過程中，使用白光LED 燈，燈為雙芯片，燈條應(yīng)布置在LED 背光模組周圍。并且使用串聯(lián)并聯(lián)混聯(lián)方式，一般來講為兩并多串，進(jìn)而使電流在均一性上獲得比較充分的保證，提升模組散熱效果。原部件加工時可以利用鋁基板材質(zhì)，模組系統(tǒng)輸入電壓由于為24 V，因此系統(tǒng)外部需使用電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓。

（2）電路設(shè)計。展開電路設(shè)計時，使用芯片由PWM 控制器進(jìn)行驅(qū)動，運用芯片可以閉環(huán)控制輸出電流，進(jìn)而使LED 系統(tǒng)可以提供精度較高的電流，驅(qū)動芯片運用控制器為電流3個峰值模式，利用閉環(huán)控制方式實現(xiàn)高精度以及高效率，并且對于驅(qū)動芯片來講，可以閉環(huán)控制輸出電壓，針對系統(tǒng)輸出電流、輸入電流之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而使系統(tǒng)整體穩(wěn)定性獲得比較充分的保證。

（3）熱設(shè)計。LED 由于光效比較低，因此在工作過程中往往會有大量熱量形成，散熱問題未能獲得有效解決的情況下，往往會出現(xiàn)發(fā)光亮度衰減以及使用壽命縮短的問題，這就需要重視散熱設(shè)計。為了使散熱獲得比較理想的效果，可以將LED 列陣在鋁基板上。這主要是由于鋁基板具有高導(dǎo)系數(shù)，其與一般PCB 相比散熱效果更好。并且鋁基板下部位置設(shè)計了散熱塊，在燈條與散熱塊之間可以使用導(dǎo)熱雙面膠，利用螺釘對散熱快進(jìn)行固定。同時在背光源周圍熱量聚集位置，使用導(dǎo)熱片進(jìn)行貼敷，導(dǎo)熱片應(yīng)有保護(hù)膜。為了使熱阻得以有效降低，可以在LED 焊盤上設(shè)置導(dǎo)熱過孔，進(jìn)而使頂層與底層二者熱阻得以減少，使LED 燈在熱量傳導(dǎo)方面可以獲得明顯增加。

3.3 光學(xué)設(shè)計的優(yōu)化

為了使LED 背光模塊在功能上獲得比較充分的保證，設(shè)計結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)將光學(xué)設(shè)計充分考慮其中，進(jìn)而使結(jié)構(gòu)設(shè)計、光學(xué)設(shè)計之間彼此協(xié)調(diào)。對于超薄LED 背光模組來講，可以結(jié)合漫反射使點光源成為面光源，在針對模組設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化時，應(yīng)重視光學(xué)設(shè)計優(yōu)化。即，針對背光模組對應(yīng)LED 選擇方案進(jìn)行優(yōu)化，其中白光雙芯片LED 屬于當(dāng)前研究的重點內(nèi)容。就光學(xué)設(shè)計來講，需要對光通量、白場廣度指標(biāo)等因素進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合光學(xué)特性定量將LED 光學(xué)設(shè)計工作完成，然后確定LED 的具體顆數(shù)、混光距離以及位置等多項參數(shù)。

4 超薄LED背光模組優(yōu)化設(shè)計的具體應(yīng)用

4.1 應(yīng)用于LED背光H/P值光學(xué)設(shè)計中

將LED 出光角度提高可以對H/P 值進(jìn)行調(diào)節(jié)，促進(jìn)該值降低。在進(jìn)行背光模組設(shè)計過程中，應(yīng)該注重混光距離，即H 值的減小，可以使LED 超薄化獲得比較充分的保證。運用千顆功率較小的LED 進(jìn)行密排的方式可以使LED 間距活的明顯縮減，進(jìn)而使LED 在混光距離上得以縮小，距離上不到1cm。

4.2 應(yīng)用于LED超薄直下式大出光角光學(xué)設(shè)計中

在模組設(shè)計過程中，通過大出光角度，可以使系統(tǒng)光線通過較大角度進(jìn)行擴(kuò)散，進(jìn)而系統(tǒng)中通過小混光距離形成較好混光效果。在此情況下，背光模組在厚度上會有所變小，這對于超薄化設(shè)計的實現(xiàn)比較有利。

4.3 使用全新光學(xué)架構(gòu)展開超薄化設(shè)計

在進(jìn)行設(shè)計過程中，需針對擴(kuò)散板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，針對普通擴(kuò)散板做出改進(jìn)，通過新型擴(kuò)散板將其替代，新型擴(kuò)散板為縱向微型結(jié)構(gòu)以及橫向微型擴(kuò)散板構(gòu)成，使用新型擴(kuò)散板可以使系統(tǒng)均勻化程度獲得改善。同時設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化以后，系統(tǒng)存在的LED 燈影問題獲得了較好解決，使用時LED 燈影消失。并且光分布整體上比較均勻，這主要是由于新型擴(kuò)散板出光面位置上存在較多條狀凸起，并且任意兩個條狀凸起可以實現(xiàn)相互平行，微結(jié)構(gòu)在各擴(kuò)散板排列。

5 結(jié)束語

當(dāng)前液晶電視發(fā)展十分迅速，競爭力變得越來越大，要想保證競爭力，就需注重在技術(shù)方面的創(chuàng)新，設(shè)計、開發(fā)超薄、大尺寸背光模塊，保證背光模塊整體質(zhì)量的同時盡量減少能耗，防止出現(xiàn)燈影缺陷。除此之外，也需體現(xiàn)出產(chǎn)品的可靠性，不斷加強(qiáng)相關(guān)研究，進(jìn)而使超薄LED 背光模組設(shè)計更好地適應(yīng)人們需求。