LCD直下式背光LED间距_灯腔深度及均匀性设计.docx

LCD直下式背光LED间距、灯腔深度及均匀性设计李子君高彬苗仲海熊言威 石璐( 苏州长风航空电子有限公司，苏州 215000)摘 要 为满足直下式 LCD 显示亮度不均匀性小于 20% 与背光设计薄型化要求，建立阵列 LED 背光及其上方平面照度的数学模型。根据单颗 LED 的发光特性，推导出阵列 LED 上方平面的照度分布。结合亮度不均匀性公式，采用 Matlab 软件对阵 列 LED 间距、LCD 灯腔深度、阵列 LED 上方平面照度不均匀性之间的关系进行定量研究。通过对 LED 间距为 8. 8 mm 的照度 不均匀性分析，结果显示灯腔深度为 10 mm 可满足不均匀性小于 20% 的要求。然后对任意阵列 LED 间距情况下的照度不均 匀性进行计算，结果表明，灯腔深度与 LED 间距之比约为 1. 1 时，能满足薄型化设计要求和上述显示不均匀性要求。关键词 液晶面板均匀性直下式LED 间距 灯腔深度中图法分类号TH691. 9 TP394. 1;文献标志码A液晶显示器( LCD) 需要外加光源为其面板提供必需的照明［1］。由于 LED 具有体积小、响应快、功 耗低、可模块组合等优点［2］; 因此常用于 LCD 的背光。LCD 背光 模 组 依 据光源分布的位置可分为侧 入式和直下式两种结构［3］。侧入式背光，光线是从 导光板侧边射入，入射光经导光板转化为正面出射的面光源，其亮度均匀性取决于导光板的设计。侧 入式背光的发光均匀性和发光亮度受导光板影响较大［4］，工艺和加工相对于直下式背光难度较高。直下式背光，光线从光源射出后，经一定距离的 混光后，直接形成面光源，其亮度均匀性取决于光源间距和混光距离。距离太远会造成背光厚度增加，与 LCD 轻薄化发展趋势不符，距离太近则容易产生 不均匀现 象［5］。因 此 需要在亮度均匀性满足要求 的前提下，尽量减小混光距离( 即灯腔深度) 。目前，均匀性测量一般使用抽样点 ( 5 点、9 点、13 点、25 点) 测量法，测量屏幕规定位置的亮度，找出最大值和最小值，并用最小值除以最大值。也可 使用不均匀性描述面板亮度均匀性，即最大值减去最小值，然后除以最大值 ( 或最大值加上最小值) 。近年出现使用面测量方法测量和评价整个发光面亮 度均匀性的设备［6］。本文通过建立直下式 LED 背光上方平面的照 度数学模型，使用 Matlab 软件对背光的亮度不均匀 性与 h / d( 灯腔深度 h 与 LED 间距 d 的比率) 的关 系进行分析，从而给出 h / d 的合理设计原则。1直下式背光亮度不均匀性判定标准如图 1 所 示，LED 阵 列 位 于 背光结构的底部，LED 发出的光 线，经 过一定的空间距离混光后，经过背光膜片的进一步均匀化和会聚，最终透过液晶 盒。空 间混光距离的大小决定亮度不均匀性和 LCD 的厚度［7］。图 1 直下式 LCD 结构示意图Fig． 1 Schematic representation of a direct-type LCD structure亮度不均匀性是整个背光表面亮度一致性的评价，一般使用发光区域内最大亮度与最小亮度指标［8］进行衡量，具体计算公式如式( 1)。Lmax － LminN =× 100%( 1)2014 年 5 月 21 日收到第一作者简介: 李子君 ( 1963—) ，男，汉族，内蒙古赤峰人，硕 士，研 究员级 高 级 工 程 师。 研 究 方 向: 显 示 控 制 技 术。 E-mail: jsszzijun@ 163. com。Lmax式( 1) 中，Lmax 表示发光区域内最大亮度值; Lmin 表示该区域内最小亮度值。通常，0% 的不均匀性表明背光具有理想的均匀性; 10% 的不均匀性表明背光198科 学 技术与工 程14 卷均匀性距离理想均匀性稍有偏差; 无论侧入式背光还是直下式背光，光线在经过背光膜片之前，不均匀 性一般要求至少达到 20%［8］。背光中的膜片( 扩散片、BEF、DBEF、LEF 等) 可 改善背光的亮度不均匀性，但非决定性因素。对于 直下式背光，背光照度不均匀性决定显示亮度的不 均匀性，因此要求 LED 在距其最近的膜片入射表面 上形成均匀照射面。照度的不均匀性可表示为图 3直下式背光中膜片下表面上来自单颗 LED 的照度Emax － Emin=× 100%ΔE( 2)N =× 100%EmaxEmaxFig． 3 Illuminance from single LED on a bottomsurface of a film in direct-type backlight式( 2) 中，Emax 为最大照度值; Emin 为最小照度值。2直下式背光 LED 模型建