專利名稱：一種提高led背光源亮度均勻性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高液晶顯示器(以下簡稱LCD)的發(fā)光二極管(以下簡稱LED) 背光源亮度均勻性的方法，特別是一種通過LED的不等間距排列，得到全屏亮度均勻的LED 背光源。
背景技術(shù)：
目前液晶顯示器(IXD)已經(jīng)成為主流的平板顯示器件，然而由于液晶本身不具備發(fā)光的特性，背光源成為液晶顯示器不可缺少的重要組成部分，背光源的性能直接決定了 液晶顯示器的亮度、顏色，效率、功耗等各項指標。LCD背光源中使用最廣泛的是冷陰極熒光 燈(CCFL)，但是相比較而言，使用發(fā)光二極管(LED)作為LCD的背光源具有驅(qū)動電壓低，功 耗低，色彩還原性好，環(huán)境適應(yīng)性強，無汞污染等優(yōu)點。當前情況下，用于LCD的LED背光源 結(jié)構(gòu)有側(cè)入式和直下式兩種，側(cè)入式一般用于中小尺寸的液晶顯示器，大尺寸LCD的LED背 光源一般為直下式結(jié)構(gòu)。在LED背光源的應(yīng)用中，無論是側(cè)入式還是直下式的結(jié)構(gòu)，LED的排列間距一般是 均勻的，從而使LED背光源的全屏亮度均勻性，特別是背光源邊緣部分的亮度明顯低于其 他區(qū)域。本專利的主要目的是利用LED的發(fā)光特性及其和背光源光學系統(tǒng)之間的關(guān)系，提 出一種非均勻排列LED的方法，改善LED背光源的亮度均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種提高LED背光源亮度均勻性的方法，降低成本，提高 LED背光源亮度。本發(fā)明提出的LED排列方法是這樣實現(xiàn)的根據(jù)LED的特征參數(shù)和背光源模組的光學系統(tǒng)特點，測量LED的亮度分布函數(shù)， 計算背光源中任意點的亮度，在保證任意點的亮度均勻性滿足設(shè)計要求的情況下，得到LED 燈管的排列間距和排列方式，具體步驟為(1)首先，根據(jù)背光源裝置所需的LED數(shù)目η和LED背光源的尺寸，計算LED均勻 排列時LED之間的距離，在側(cè)入式背光源裝置中，放置LED的背光源側(cè)邊總長為d，LED均勻 的排列間距為a = d/ (n-1)；在直下式背光源裝置中，LED背光源的尺寸為1 (長)Xw (寬)， 長方向排列的LED數(shù)量na和寬方向上排列的LED數(shù)量nb滿足naXnb = η,則長和寬方向 上LED的排列間距分別為l/(na-l)和w/(nb-l)；(2)根據(jù)單顆LED的光通量Φ i和背光源采用的LED數(shù)目n，求取LED背光源的總 光通量Φ = ηΦ ，然后根據(jù)背光源光學系統(tǒng)的透過率參數(shù)，求出LED背光源的平均亮度[， 則LED背光源的亮度均勻性要求全屏各處的亮度變化范圍為Γ士 AL(AL = 7. 5% [)；(3)用色彩分析儀測量出單顆LED經(jīng)背光源光學系統(tǒng)后的亮度分布函數(shù)，具體方 法是以LED為中心，在水平和垂直以及其他方向分別選取若干個測試點，測量其亮度值， 然后通過擬合得到LED的亮度分布函數(shù)L = f (x，y)，x和y分別為以LED為中心，平面上任意一點到LED的距離坐標，L為任意點的亮度；(4) LED非均勻排列間距的計算，已知單顆LED的尺寸為Ia (長)X Ib (寬)，首先在背光源的邊緣(以水平方向為例)放置第一顆LED，相鄰兩顆LED中心的間距可能為la (Ib) 和1/2之間的任意值，根據(jù)實際應(yīng)用要求，LED排列間距變化的步長取Δ 1，即任意兩顆LED 排列間距的可能值為la，la+ΔΙ, la+2Al, la+3Al...，直到1/2結(jié)束，水平和垂直方向的 排列均為對稱排列；當LED個數(shù)na為奇數(shù)時，則中心位置為k= (na-DA+l。任意點的亮度值計算方 法如下for Di = la: Δ 1:1/2 ；i取1到k-Ι，求得第i和第i+Ι顆LED的可能排列間距Di ；Dk = Dk-I，Dk+1 = Dk_2......Dna-I = Dl ；Li = f (1) +f (2) +f (3)... +f (na)；i取1到na，Li表示第i點的亮度值，f (j)表示第j個LED在i點的亮度值；當LED個數(shù)na為偶數(shù)時，則中心位置介于k = na/2和k+Ι之間。任意點的亮度 值計算方法如下for Di = la: Δ 1:1/2 ；i取1到k，求得第i和第i+Ι顆LED的可能排列間距Di ；Dk+1 = Dk-I，Dk+2 = Dk_2......Dna-I = Dl ； Li = f (l)+f (2) +f (3)... +f (na)；i取1到na，Li表示第i點的亮度值，f (j)表示第j個LED在i點的亮度值；垂直方向的間距計算公式與水平方向類似，只是任意兩顆LED排列間距的可能值 為 lb, Ib+Δ 1，lb+2Al, lb+3Al. · ·，直到 1/2 結(jié)束，根據(jù)計算所得水平和垂直方向的排列間距對均勻排列的LED進行調(diào)整，從而得到 亮度均勻一致的LED背光源。作為本發(fā)明的一種簡化，側(cè)入式和直下式中LED的非均勻排列均可以背光源中心 為基準，沿水平和垂直方向分別非均勻?qū)ΨQ排列。另外，為了滿足LED背光源動態(tài)調(diào)光的需 要，可以先排列好LED，然后再進行區(qū)域劃分。本發(fā)明根據(jù)LED燈管的特征參數(shù)和亮度分布函數(shù)，在不改變LED背光模組光學系 統(tǒng)，不增加成本，只改變LED的排列方式的情況下，提高了 LED背光源的亮度均勻性。


圖1為用于液晶顯示器的單側(cè)側(cè)入式背光源裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為用于液晶顯示器的雙側(cè)側(cè)入式背光源裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為側(cè)入式背光源裝置中LED排列結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為用于液晶顯示器的直下式背光源裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為直下式背光裝置的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細說明。
具體實施例方式參照圖1和圖2，側(cè)入式背光模組中包括反射板120、導光板130、擴散板140和光 學薄膜150，LED燈管110可置于導光板一側(cè)或者兩側(cè)，LED燈管110可以是白光LED或者 多色LED。在側(cè)入式背光模組中，首先需要根據(jù)LED燈管110的特征參數(shù)和液晶顯示器的設(shè) 計指標計算出所需要的LED燈管110數(shù)量。參照圖3，LED燈管110在電路板160上呈不等間距排列，并且全部LED燈管110 的擺放角度均保持一致，此為本專利的實施例之一。測量和計算出LED燈管110經(jīng)過反射 板120、導光板130、擴散板140和光學薄膜150之后的水平亮度分布函數(shù)L = f(x)，x為電 路板160上的任意點到LED排列電路板160中心的距離，L為亮度值。然后根據(jù)f (χ)計算 出在水平方向LED燈管110的排列間距xl, χ2. · · xn-1，按該間距排列LED燈管110，可以得 到亮度均勻性較高的背光源。參照圖4，直下式背光模組中LED燈管110置于導光板130正下方，LED燈管110可 以是白光LED或者多色LED，反射板120位于電路板160之上，反射板鉆孔使LED燈管110能 夠露出。在直下式背光模組中，首先要根據(jù)液晶顯示器的設(shè)計指標和LED燈管110的特征參 數(shù)計算出所需要的LED燈管110的數(shù)量，然后計算出LED燈管110的排列方式和排列間距。參照圖5，直下式背光源的所有LED燈管110在水平方向和垂直方向均為非均勻排 列，并且所有LED燈管110在電路板160上的擺放角度均保持一致，此為本專利的實施例之 二。本實施例中首先測量和計算出所用LED燈管110經(jīng)過反射板120、導光板130、擴散板 140和光學薄膜150之后的亮度分布函數(shù)L = f (X，y)，其中χ為水平方向任意一點到LED 背光源中心垂直垂線的距離，y為垂直方向任意一點到LED背光源中心水平垂線的距離，L 為亮度值。然后根據(jù)背光源所需要的LED燈管110總數(shù)，以及單顆LED燈管110的亮度分 布函數(shù)f (x，y)在水平方向和垂直方向的分量，分別計算出水平方向LED燈管110的排列間 距xl, x2. · · xn-1和垂直方向LED燈管110的排列間距yl，y2. · · ym_l，從而得到整個背光 源中所有LED燈管110的排列方式和排列間距。按該間距排列LED燈管110，可以得到亮度 均勻性較高的背光源。本發(fā)明所提出的LED背光源排列方法具有如下的優(yōu)點根據(jù)LED燈管的特征參數(shù)和亮度分布函數(shù)，不改變LED背光模組光學系統(tǒng)，只改變 LED的排列方式，提高背光源的性能，同時，使背光源亮度均勻性更好。(1)首先，根據(jù)背光源裝置所需的LED數(shù)目η和LED背光源的尺寸，計算LED均勻排 列時LED之間的距離。在側(cè)入式背光源裝置中，放置LED的背光源側(cè)邊總長為d，LED均勻的 排列間距為a = d/(n-l)。在直下式背光源裝置中，LED背光源的尺寸為1 (長)Xw(寬)， 在長和寬方向上排列的LED數(shù)量分別為naXnb = n，則長和寬方向上LED的排列間距分別 為 l/(na-l)和 w/(nb-l)。(2)根據(jù)單顆LED的光通量Φ i和背光源采用的LED數(shù)目n，求取LED背光源的總 光通量Φ = ηΦ ，然后根據(jù)背光源光學系統(tǒng)的透過率等參數(shù)，求出LED背光源的平均亮度 [，則LED背光源的亮度均勻性要求全屏各處的亮度變化范圍為Γ士 AL(AL = 7. 5% [)。(3)用色彩分析儀測量出單顆LED經(jīng)背光源光學系統(tǒng)后的亮度分布函數(shù)。具體方 法是;以LED為中心，在水平和垂直以及其他方向分別選取若干個測試點，測量其亮度值， 然后通過擬合得到LED的亮度分布函數(shù)L = f (x，y)，x和y分別為以LED為中心，平面上任意一點到LED的距離坐標，L為任意點的亮度。(4) LED非均勻排列間距的計算。已知單顆LED的尺寸為Ia(長)X Ib (寬)，首 先在背光源的邊緣(以水平方向為例)放置第一顆LED，相鄰兩顆LED中心的間距可能為 Ia(Ib)和1/2之間的任意值，根據(jù)實際應(yīng)用要求，LED排列間距變化的步長取Δ1，即，任意 兩顆LED排列間距的可能值為la，la+ΔΙ, la+2Al, la+3Al...，直到1/2結(jié)束，另外無論 是水平還是垂直方向的排列均為對稱排列。當LED個數(shù)na為奇數(shù)時，則中心位置為k= (na-DA+l。任意點的亮度值計算方 法如下for Di = la: Δ 1 1/2 ；(第一顆和第二顆LED的可能排列間距)for Di+1 = Di Δ 1 1/2 ；(第二顆和第三顆LED的可能排列間距)for Di+2 = Di+1 Δ 1 1/2 ；(第三顆和第四顆LED的可能排列間距)......for Dk-I = Dk_2 Δ 1 1/2 ；(第K_1顆和第K顆LED的可能排列間距)Dk = Dk-I，Dk+1 = Dk_2......Dna-I = Dl ；Li = €(1)+€(2)+€(3)丨+€(皿)(任意點的亮度計算方法)當LED個數(shù)na為偶數(shù)時，則中心位置介于k = na/2和k+Ι之間。任意點的亮度 值計算方法如下for Di = la: Δ 1 1/2 ；(第一顆和第二顆LED的可能排列間距)for Di+1 = Di Δ 1 1/2 ；(第二顆和第三顆LED的可能排列間距)for Di+2 = Di+1 Δ 1 1/2 ；(第三顆和第四顆LED的可能排列間距)......for Dk-I = Dk_2 Δ 1 1/2 ；(第K_1顆和第K顆LED的可能排列間距)for Dk = Dk-1 Δ 1 1/2 ；(第K顆和第Κ+1顆LED的可能排列間距)Dk+1 = Dk-I，Dk+2 = Dk_2......Dna-I = Dl ；Li = €(1)+€(2)+€(3)丨+€(皿)(任意點的亮度計算方法)如Li滿足亮度均勻性的要求，則記錄下所有對應(yīng)的LED排列間距數(shù)據(jù)組，作為第 二個測試點亮度值計算的排列間距數(shù)據(jù)庫。根據(jù)第一個測試點篩選出的LED排列間距數(shù)據(jù) 庫，計算第二個測試點處LED的亮度值，挑選出使第二個測試點滿足亮度均勻性的數(shù)據(jù)組， 作為第三個測試點亮度值計算的排列間距數(shù)據(jù)庫。以此類推，可以得到使最后一個測試點 滿足亮度均勻性要求的LED排列間距數(shù)據(jù)組，也就得到使所有測試點亮度值滿足均勻性要 求的排列數(shù)據(jù)組。在這些滿足要求的數(shù)據(jù)組中，求出使所有測試點亮度值的均方差最小的 排列數(shù)據(jù)組，即為所求的非均勻LED排列間距。垂直方向的間距計算公式與水平方向類似， 只是任意兩顆LED排列間距的可能值為lb, Ib+Δ 1，lb+2A 1，lb+3Al. · ·，直到1/2結(jié)束。(5)在計算出LED非均勻排列間距的基礎(chǔ)上，對均勻排列的LED進行調(diào)整，從而得 到亮度均勻一致的LED背光源。在側(cè)入式背光源裝置中，根據(jù)LED燈管亮度沿電路板的一維分布函數(shù)，計算出沿 電路板方向各LED燈管的排列間距，通常情況下，排列間距是不等間距的。在直下式背光源裝置中，根據(jù)LED燈管的二維分布函數(shù)計算出背光源中LED燈管 排列間距和排列方式為沿水平和垂直方向排列。
在直下式背光源裝置中，以水平和垂直方向排列的LED背光源，水平方向和垂直方向排列的LED之間的間距是不相等的。在直下式背光源裝置中，水平和垂直方向的LED均呈不等間距排列，且水平和垂 直方向的不等間距排列方式可以相同，也可以不同。
權(quán)利要求
一種提高LED背光源亮度均勻性的方法，其特征在于根據(jù)LED的特征參數(shù)和背光源模組的光學系統(tǒng)特點，測量LED的亮度分布函數(shù)，計算背光源中任意點的亮度，在保證任意點的亮度均勻性滿足設(shè)計要求的情況下，得到LED燈管的排列間距和排列方式，具體步驟為(1)首先，根據(jù)背光源裝置所需的LED數(shù)目n和LED背光源的尺寸，計算LED均勻排列時LED之間的距離，在側(cè)入式背光源裝置中，放置LED的背光源側(cè)邊總長為d，LED均勻的排列間距為a＝d/(n-1)；在直下式背光源裝置中，LED背光源的尺寸為l(長)×w(寬)，長方向排列的LED數(shù)量na和寬方向上排列的LED數(shù)量nb滿足na×nb＝n，則長和寬方向上LED的排列間距分別為l/(na-1)和w/(nb-1)；(2)根據(jù)單顆LED的光通量Φi和背光源采用的LED數(shù)目n，求取LED背光源的總光通量Φ＝nΦi，然后根據(jù)背光源光學系統(tǒng)的透過率參數(shù)，求出LED背光源的平均亮度L，則LED背光源的亮度均勻性要求全屏各處的亮度變化范圍為L±ΔL(ΔL＝7.5％L)；(3)用色彩分析儀測量出單顆LED經(jīng)背光源光學系統(tǒng)后的亮度分布函數(shù)，具體方法是以LED為中心，在水平和垂直以及其他方向分別選取若干個測試點，測量其亮度值，然后通過擬合得到LED的亮度分布函數(shù)L＝f(x，y)，x和y分別為以LED為中心，平面上任意一點到LED的距離坐標，L為任意點的亮度；(4)LED非均勻排列間距的計算，已知單顆LED的尺寸為la(長)×lb(寬)，首先在背光源的邊緣(以水平方向為例)放置第一顆LED，相鄰兩顆LED中心的間距可能為la(lb)和l/2之間的任意值，根據(jù)實際應(yīng)用要求，LED排列間距變化的步長取Δ1，即任意兩顆LED排列間距的可能值為la，la+Δ1，la+2Δ1，la+3Δ1...，直到l/2結(jié)束，水平和垂直方向的排列均為對稱排列；當LED個數(shù)na為奇數(shù)時，則中心位置為k＝(na-1)/2+1。任意點的亮度值計算方法如下for Di＝la:Δ1:l/2；i取1到k-1，求得第i和第i+1顆LED的可能排列間距Di；Dk＝Dk-1，Dk+1＝Dk-2......Dna-1＝D1；Li＝f(1)+f(2)+f(3)…+f(na)；i取1到na，Li表示第i點的亮度值，f(j)表示第j個LED在i點的亮度值；當LED個數(shù)na為偶數(shù)時，則中心位置介于k＝na/2和k+1之間。任意點的亮度值計算方法如下for Di＝la:Δ1:l/2；i取1到k，求得第i和第i+1顆LED的可能排列間距Di；Dk+1＝Dk-1，Dk+2＝Dk-2......Dna-1＝D1；Li＝f(1)+f(2)+f(3)…+f(na)；i取1到na，Li表示第i點的亮度值，f(j)表示第j個LED在i點的亮度值；垂直方向的間距計算公式與水平方向類似，只是任意兩顆LED排列間距的可能值為lb，lb+Δ1，lb+2Δ1，lb+3Δ1...，直到l/2結(jié)束，根據(jù)計算所得水平和垂直方向的排列間距對均勻排列的LED進行調(diào)整，從而得到亮度均勻一致的LED背光源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高LED背光源亮度均勻性的方法，根據(jù)所用LED的特征參數(shù)和背光源光學系統(tǒng)之間的關(guān)系，測量和計算出LED在背光源模組中的亮度分布函數(shù)，進一步計算得到LED在背光源中的排列間距和排列方式，從而提高LED背光源亮度的均勻性。
文檔編號F21V19/00GK101839423SQ200910218739
公開日2010年9月22日 申請日期2009年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者丁興隆, 劉純亮, 劉錢飛, 周巖, 姜鳳山, 張小寧, 梁志虎, 馬俊龍 申請人:西安交通大學;彩虹集團公司