摘要：随着人们生活水平的不断提高，人们对液晶电视有了更高的追求，对超薄LED电视更为钟爱。但是，由于LED液晶电视的液晶玻璃本身不会发光，这就对背光模组的设计提出了更高的要求。因此，本文主要通过分析传统液晶电视结构的设计，着眼未来电视造型的薄化趋势，针对背光模组结构，提出了可实现的新颖的结构设计解决方案，为设计师在超薄液晶电视中LED背光模组结构设计方面提供一定的参考，以更好应对市场对超薄液晶电视的发展需求。
关键词：超薄LED；背光模组；优化设计
引言：随着互联网技术和智能技术的不断发展完善，人们对生活质量的要求越来越高。而液晶电视的普及，使得超薄化、智能化成为了液晶电视发展的必然发展趋势。液晶电视的发展对液晶电视面板、背光模组等部分的技术要求也就越来越高，尤其是对超薄LED的追求上，在传统LED屏幕背光模组主要是通过CCFL（冷阴极荧光灯）技术实现，这一技术具有一定缺点，不仅仅色彩还原率不稳定，而且使用过程中产生的的汞蒸气会对人体身体健康造成威胁。
1.传统背光模组设计分析
电视从CRT时代走入液晶时代，也带来了背光模组技术。因液晶玻璃无法自己发光，背光模组便成为了液晶电视必不可少的零件之一。背光模组作为液晶显示器的主要零组件之一，它的结构主要是由前框、中框、导光板（扩散板）、光源、光学用膜片、后框等组件构成。根据光源的类型分为以下三种EL、CCFL和LED背光源，根据光源的位置可以分为直下式（也可叫做底背光式）和侧光式（图 1），其中，背光模组直下式主要指把光源位置放于正下方的结构模式，光源由灯管、LED 等自发性光源照射到反射板经过折射后，均匀的扩散为面板光源。这种模式的自发性光源可以根据显示器的面积进行增加，但是对背光模组的重量和厚度都会加大。
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图一
背光模组侧光式指的是发光源位于显示器面板的侧面，发射的光线通过导光板和光学膜片的折射形成分散均匀的液晶显示器光源，侧光式背光模组具有轻便、窄薄、电耗低的优点，传统的侧光式CCFL背光源已经成为液晶电视中使用最高的光源模式。背光模组与后框的合二为一。因为直下式背光模组的需要很多的空间和较长的距离才能使用，因此在侧光式的模组结构上我们进行更超薄的设计，先将侧面的固定条固定在后面的背板上，但是这种方法的后遗症就是外观大受影响，不能直接的用于超薄 LED 背光模组中。
此外，可以借鉴早期的封屏技术，它的技术在今天发展已经很成功，我们把这项技术使用在无框的背光模组中，使用万能胶或其他胶体进行黏贴，从而达到液晶面板也背光模组的合二为一。超薄 LED 背光模组的设计从之前所论述的材料来看，整机的厚度为0.88 厘米，而且这也是背光模组的厚度。0.88 厘米的厚度已经远远小于目前 LED 液晶电视的厚度，缩小了与 OLED 电视厚度为0.43 厘米的差距。
2、LED背光模组设计
2.1结构设计
以侧光式超薄LED背光模组设计为例来探讨其结构设计要点，侧光式超薄LED背光模组由LED灯条、导光板、膜材、驱动板、背板以及上框架和散热块七部分构成。背光源采用白光 LED，整个结构设计以 ActiveArea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 LAYOUT 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。LED 灯条的出线端设置采用 LED 灯背板四角设置方案，有效降低绕线长度。
2.2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。光学设计中还需要综合白场广度指标以及光通量等因素，通过光学特性定量计算完成 LED 的光学设计，确定 LED 颗数、位置以及混光距离等参数。
2.3 电路设计
超薄 LED 背光模组的电路设计也十分重要，一般包括灯条设计、电路设计以及驱动控制三部分内容，具体如下：
在进行灯条设计时，采用双芯片白光 LED 灯，将灯条在 LED 背光模组的四周进行布置。采用串并混联方式——两并多串，以此保证电流的均一性。为提高整个 LED 背光模组的散热性，建议采用铝基板材质进行元部件加工。由于在 LED 背光模组中的系统输入电压 24V，因此需要在系统外部增加相应的电源转换器进行电压转换。
在进行电路设计的过程中采用三路峰值电流模式 PWM控制器驱动芯片，这一芯片的引入能够实现对输出电流的闭环控制，从而能够保证为 LED 系统提供高精度电流。在整个驱动芯片中引入三个峰值电流模式控制器，并进行闭环控制来保证高效率和高精度。
另外，对于 PWM 控制器驱动芯片而言，还能够实现对输出电压的闭环控制，协调整个系统中的输出电流和输出电流关系，进行负载调整从而保证整个系统的稳定性。
3.LED背光模组优化设计策略
3.1增加LED光出光角的大小
由于传统的出光角比较小（120°郎伯体分布），不适合做超薄型直下式LED背光。因此，在进行LED背光模组优化时，可以考虑让传统LED的出光角增大，为了达到这个目标，可以采用一种使LED发出的光发散增加出光角的透镜。当 LED 射出的光线在法线的下侧时，折射光线就会向下偏转，即光会发散。基于这个想法，可以考虑把透镜的内表面设计成一个锥形面。而这个锥形面的顶角在一定情况下，可以使 LED 发出的光线完全散射。经过研究发现，当顶角A小于出光角时，发出的光线绝大部分会发散。如果得出光角为 ±60°，则就可以取在0-60°。然后把透镜的外轮廓做成半径比较大的圆弧状，使圆弧上每一点的出射光线都能相对入射光线向下偏转，即光从介质出来的时候也会发散。光线进入透镜和穿出透镜两次发散，使普通的出光角大大增加。
3.2背光设计
当把以上提到的新型LED应用到直下式背光模组中，按照光从介质传出光路进行排列，就能有效地提升整个背光组的亮度。此外，这种方式的背光还有诸多的优点，比如在增加光利用率的同时，减小LED灯泡的颗数，降低LED背光模组功耗并减少直下式背光混光距离，实现背光超薄化设计。这里提出的使用大光角度LED作为背光源的方法，搭配纵横交叉微结构扩散板的新型光学架构，实现了LED背光模组的超薄化设计；若采用多颗LED密排的方式，则会进一步减小混光距离，达到混光距离小于1cm的超薄化设计。LED颗数增多以后，为降低系统成本，可以相应降低单颗LED的功率，从而在背光整体成本变化不大的基础上实现超薄的直下式 LED 背光液晶电视。
结束语：
综上所述，随着市场对液晶显示器制造技术标准的提高，不仅LED背光模组已经有慢慢取代传统的背光模组，而且超薄的LED背光模组的优势也完全显现出来。LED背光模组无论从提高对比度还是控制力方面都要远远超过CCFL的性能，现在已经完全应用到液晶电视当中，这最主要的就是超薄 LED 背光模组的技术完善与应用。因此，为了继续保持超薄LED 背光模组在未来市场的竞争力，就要对背光模组不断进行开发研究，设计发明更新型的背光模块结构。
参考文献：
[1]宿天赋.基于LED光源的超薄型面板灯导光板的设计[D].天津大学，2015.
[2]夏智锋.基于LED光源的反光和背光器件的探索与设计[D].广东工业大学，2016.
[3]王先盛，朱向冰，吴康康，高腾.带有圆台的超薄直下式LED背光设计[J].光学与光电技术，2018.
论文作者:黄晓坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/2/24
标签：模组论文; 光源论文; 液晶电视论文; 光学论文; 光线论文; 直下论文; 结构设计论文; 《基层建设》2019年第29期论文;