时间：2007-09-26 12:00:00 点击：105
LCD作为一种被动显示元器件，本身并不能发光，因此必须要有背光模块给LCD提供光源。背光源的性能直接决定显示器的亮度、颜色，以及功耗等主要指标。
目前的背光模组一般使用冷阴极管（CCFL）为光源，包含了红、绿、蓝等各色光的频率。CCFL因辉度高、成本低廉、技术成熟等优点被广泛的运用在平板显示器上。随着发光二极管（LED）亮度的改善，LED背光模组显示出CCFL无法比拟的优点，如色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护，这些使其成为LCD背光模组中的研究热点。
LED背光模组的设计主要包括光学结构设计和驱动电路设计，显示性能主要表现在亮度、色度、均匀性等方面，但是由于目前LED的电光转换效率较低，仅10％～15％，因此带来的热量问题也显现了出来，成为背光模组设计中必须考虑的一部分。驱动电路设计时需综合考虑光学结构和温度对性能造成的偏移，另外合适的驱动设计可改善显示对比度并延长LED工作寿命。针对目前车载、机载、工业仪表等显示设备的苛刻要求，如高亮度、高均匀性、宽调光比、高色度均匀性、严酷环境适应性和亮度可调等，该类显示设备主要集中在中尺寸。本文将结合这些要求探讨RGB LED高亮度背光源的设计方案。
系统设计
目前背光模组结构主要有两种：侧入式和直下式。由于产品亮度和热量的高要求，优选采取直下式背光结构。通过采用大功率RGB LED发出的光复合产生白光，R、G、B三色LED分开封装，使三色LED的电路得以独立，便于反馈电路作电流调整，以保证背光模组产生稳定的白光光源。
光源发出的光经过光学腔（腔壁采用高效漫反射片）混合后，再经过各种必要的光学膜片后，得到屏前（FOS）要求亮度。光学膜片一般包括扩散板（diffuser）、集光片（BEF）、增亮片（DBEF）、TFT屏和减反层等，如图1所示。
1 光学设计
显示模组的基本光学性质为屏前的白光色度、最高亮度及均匀性等。在背光系统里面，增亮片、集光片、扩散板、底反射片及LED（R、G、B）均称为光学元件，具有各自的光学性质，这些性质是光学设计时的重要参数。LED光源发出的光经过各层膜片及TFT时都发生了一定的变化。知道了这些参数后，就可以根据需求亮度和产品基本尺寸，按式（1）估算（lambertian型LED）背光所需的总光通量。
ΦLED=LFOS/ηLCD*A*2π*(1-cosφ1/2) /∏Ti （1）
式（1）中ΦLED为光通量，LFOS为屏前亮度，ηLCD为TFT透过率，A为TFT有效显示面积，φ1/2为（BEF与diffuser之间）亮度峰值的50％时的偏轴视角；∏Ti为各背光膜片亮度增益乘积。以 6.4英寸显示模组为例，要求亮度为1000nit时，所需光通量总计约750lm。
接下来，必须把计算的总光通量分别分配到R、G、B三基色LED中，设计分配方案时，需要考虑的参数为产品白光色度要求（需根据经验考虑光学组件的色度偏移），及三基色色坐标（CIE1931），并按式(2)进行估算。
(2）
式(2）中ΦR、ΦG、ΦB为所需三基色LED的光通量，xR、yR、xG、yG、xB、yB 、xW、yw为三基色LED和要求白光的CIE1931色坐标（三基色LED色度选取时，应先参考与彩膜（CF）的透射光谱匹配，再经视觉函数校正），分别取主波长625nm、530nm、470nm，经估算后取ΦR145lm、ΦG500lm、ΦB105lm。
现在，可以根据LED的规格（光效）大致计算出单色LED的工作电流和个数。以6.4英寸（4×5）背光为例，选取额定功率均约为1W（大功率的LED要求芯片面积增加，这样会出现电流密度不均匀，会造成整体效率下降，产生较高热量）的三基色LED，经估算，决定采用RGGBB方案，共6组，总共采用30颗LED。
最后，背光模组光学设计要做的是，保证混光的均匀性。在这里，我们采取底部均匀分组分布的排列形式（2×3），根据经验，背光腔高度大于15mm，均匀性可达80％。如果想进一步改善均匀度和结构厚度，可参考如图2所示的“植入地板架”设计。
图2 植入地板架背光模组示意图