專利名稱：一種高冗余度的側(cè)光式led背光架構(gòu)的制作方法
一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶顯示領(lǐng)域，尤其涉及一種用于提高背光在故障下的冗余可用性的 LED布局和分組驅(qū)動方式。
背景技術(shù)：
IXD(液晶顯示器)模組主要由邊框結(jié)構(gòu)件、背光板、液晶面板、電路板等組成，其 中背光板主要由光源、燈罩、背板、塑膠框、反射片、導(dǎo)光板等部件組成。反射片位于導(dǎo)光板 的底面，光源安裝在燈罩內(nèi)，反射片與導(dǎo)光板組合后的相對兩端側(cè)分別夾在一燈罩的開口 內(nèi)，并且光源、燈罩、反射片和導(dǎo)光板由一面開口的長方體型背板固定，并且背板的外圍再 由塑膠框固定，即形成背光板。然后將鐵框扣向液晶面板及背光板的塑膠框，最后將與液晶 面板電連接的電路板鎖固在背光板的背板上，即完成LCD模組的組裝。有源矩陣液晶顯示器性能的優(yōu)劣很大程度上取決于其背光單元的亮度、可靠性、 發(fā)光均勻性等指標(biāo)。由于能耗、耐用性、無污染等方面的要求，高光效白光LED在背光應(yīng)用 中日益取代以往應(yīng)用廣泛的CCFL成為背光光源的首選。LED背光的耐用性優(yōu)勢一是體現(xiàn)在發(fā)光二極管作為全固態(tài)器件，本身比冷陰極熒 光燈擁有更高的可靠性，其低壓驅(qū)動電路也具有較低的故障率，二是LED陣列的應(yīng)用本身 就帶來了冗余性，彼此獨立的固態(tài)發(fā)光單元互為補充，單個分立光源的損壞可能不會影響 整個系統(tǒng)達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。但是當(dāng)LED發(fā)生關(guān)聯(lián)性或較大比例故障時，由于導(dǎo)光板的散射網(wǎng)點與發(fā)光分布不 再匹配，整個背光輸出的效果仍然會產(chǎn)生明顯破壞，有可能導(dǎo)致亮度或者均勻性的大幅度 下降，從而影響正常使用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明就是針對側(cè)光式LED背光的上述特點，綜合考慮了各種可能的失效故障模 式，提供了一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，并通過理論仿真計算和實際檢驗，驗證了 這種設(shè)計的合理性和優(yōu)越性，在其中一部分燈由于短路、斷路，焊點或接線問題，長時間工 作自然失效，高溫、振動等苛刻環(huán)境引起失效等情況下，背光架構(gòu)仍然具有一定的正常使用 功能。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來保障以上功能1、背光采用四面均直接入射進(jìn)光的架構(gòu)，以此來設(shè)計燈板燈位和相應(yīng)的導(dǎo)光板散 射網(wǎng)點分布；2、先根據(jù)所需背光亮度，背光面積，導(dǎo)光板、光學(xué)膜的傳輸效率和單顆燈的光通量 估算出長短邊所需LED的總數(shù)，N = CLA/Φ η，其中C是可以通過實驗確定的常數(shù)因子，L 是亮度，A是面積，Φ是光通量，η是效率，再依據(jù)背光長寬比例分配長短邊各自所需的LED 數(shù)目；3、根據(jù)驅(qū)動電路提供的電壓和效率要求，合理的分配每個串聯(lián)支路上負(fù)載的發(fā)光二極管數(shù)目，設(shè)驅(qū)動電壓為U，燈的壓降為U0，則每串有(u-u’)/U0顆燈，其中U’為因恒流 驅(qū)動額外需要的壓降約1 3V ； 4、假設(shè)長邊有M顆燈，短邊排布N顆燈，那么將每個串聯(lián)LED中的所有燈盡可能平 均且隨機(jī)分配到這2 (M+N)個燈位中去，分配原則是讓處于同一邊、同一角或?qū)呄鄬ξ恢?的燈盡可能來自于不同的串聯(lián)支路。圖2是其中一種排布示例；5、為避免出現(xiàn)由驅(qū)動電路引起的背光整體失效，當(dāng)并聯(lián)支路數(shù)較多時，分拆成兩 路獨立驅(qū)動互為備份。在每串LED僅集中于一條邊上的情況下，采用長邊與長邊一路，兩短 邊上的LED另一路的方法，要比兩路長加短的方法，在一路失效時具有更好的亮度均勻性；6、以上4、5兩點可以同時運用，也可以結(jié)合電路布線的具體可實現(xiàn)性只選用其中 一種。因為同時對不同串聯(lián)支路和不同路驅(qū)動下的LED采取無序分配燈位必然會帶來電路 布線的錯雜和混亂，因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合LED電路板的實際加工能力來確定是采用哪一種散亂排 位方式還是都運用。本發(fā)明具有以下優(yōu)點利用背光結(jié)構(gòu)中LED在電路布局和光學(xué)功能上的離散性， 盡量讓失效的可能性平均分?jǐn)偟娇臻g分布上，降低了局域空間失效幾率的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián) 會在部分燈失效情況下導(dǎo)致出射光亮度均勻性的下降。通過合理的光學(xué)和電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分 配，在偶發(fā)性故障率固定的前提下，最大限度地降低了整個系統(tǒng)光學(xué)性能下降到影響用戶 使用程度的幾率，因此增加了整個系統(tǒng)的冗余可用性，降低了平均維護(hù)成本，延長了整個背 光模塊的有效使用壽命。

圖1為本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖加為本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)的LED的第一種編組方式電 路原理示意圖；圖2b為本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)的LED等的第一種編組方式 結(jié)構(gòu)示意圖；圖3a為本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)的LED的第二種編組方式電 路原理示意圖；圖北為本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)的LED的第二種編組方式結(jié) 構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)的LED的第三種編組方式結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。請參閱圖1所示，本發(fā)明一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)包括LED1、導(dǎo)光板 2、漫射膜3、棱鏡增亮膜4、偏振增亮膜5、燈板四周的反射罩7，以及導(dǎo)光板下面的反射膜8。所述LEDl以編組方式分布于導(dǎo)光板2的四邊，側(cè)面入射光線在導(dǎo)光板2內(nèi)發(fā)生全 反射往前傳播，經(jīng)過下表面印刷網(wǎng)點散亂后部分從上表面射出，再經(jīng)過位于其上方的漫射
4膜3、棱鏡增亮膜4、偏振增亮膜5達(dá)到均勻混光和提高軸向亮度的效果，最后從液晶屏6出 射，反射罩7以及反射膜8起到提高光線利用率的作用。其中導(dǎo)光板2的四邊的LED的總數(shù)根據(jù)所需背光亮度，背光面積，導(dǎo)光板、光學(xué)膜 的傳輸效率和單顆燈的光通量估算出，N = CLA/Φ η，其中N是LED的總數(shù)，L是所需背光 亮度，A是背光面積，Φ是單顆燈的光通量，η是導(dǎo)光板2、漫射膜3、棱鏡增亮膜4、偏振增 亮膜5的總凈傳輸效率(等于各部分傳輸效率之積，例如導(dǎo)光板2光線傳輸效率為85%， 漫射膜3傳輸效率為60%，棱鏡增亮膜4的軸向亮度增益因子為1. 3，偏振增亮膜4的軸向 亮度增益因子為1.4，那么η = 85% X60% XI. 3X1. 4 = 0. 93)，C是可以通過實驗確定 的常數(shù)因子，例如對于上述Π為0.93的背光架構(gòu)，使用IOOlm總光通量的LED裝配到面 積為0. 03m2的類似結(jié)構(gòu)的試驗?zāi)K上產(chǎn)生了 1700cd/m2的背光亮度，那么C = 100X0. 93/ (0. 03X1700) = 1.82)。再依據(jù)導(dǎo)光板長寬比例分配導(dǎo)光板長短邊各自所需的LED數(shù)目。確定好導(dǎo)光板2的四邊的LED的總數(shù)后，再根據(jù)驅(qū)動電路提供的電壓和效率要求， 合理的分配每個串聯(lián)支路上負(fù)載的LED數(shù)目，設(shè)驅(qū)動電壓為U，燈的壓降為U0，則每串有 (U-U' )/U0顆燈，其中U，為因恒流驅(qū)動額外需要的壓降約1 3V。請參閱圖2a，以40顆燈分成10串的驅(qū)動方式作為示例，在圖2b中長邊12顆LED， 短邊8顆LED，每顆燈上的數(shù)字表示相應(yīng)于圖加的串序號?？梢钥吹矫看疅舯M量在各邊上 都有分布且避免集中在同一角兩側(cè)位置和對邊相對位置。請參閱圖3a和圖3b，圖北中空白框表示處于第一路驅(qū)動中的并聯(lián)支路LED，實心 框表示第二路驅(qū)動中的LED。與圖2a、2b中不同的是，每串LED內(nèi)的所有LED仍然連續(xù)排布 在某個特定邊上，冗余性依靠的是不同路驅(qū)動電路里燈發(fā)光的互補關(guān)系。也可以將組間錯 亂排布與兩路獨立驅(qū)動結(jié)合起來，形成如圖4中的排布方式。雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本 領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的 權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，包括LED、導(dǎo)光板、漫射膜、棱鏡增亮膜、偏 振增亮膜、燈板四周的反射罩，以及導(dǎo)光板下面的反射膜，其特征在于所述LED以編組方 式分布于導(dǎo)光板的四邊，側(cè)面入射光線在導(dǎo)光板內(nèi)發(fā)生全反射往前傳播，經(jīng)過導(dǎo)光板下表 面印刷網(wǎng)點散亂后部分從上表面射出，再經(jīng)過位于其上方的漫射膜、棱鏡增亮膜、偏振增亮 膜，最后從液晶屏出射。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，其特征在于其中導(dǎo)光 板2的四邊的LED的總數(shù)根據(jù)所需背光亮度，背光面積，導(dǎo)光板、光學(xué)膜的傳輸效率和單顆 燈的光通量計算出，N = CLA/Φ η，其中N是LED的總數(shù)，C是常數(shù)因子，L是所需背光亮度， A是背光面積，Φ是單顆燈的光通量，η是導(dǎo)光板、漫射膜、棱鏡增亮膜、偏振增亮膜的總傳 輸效率，等于導(dǎo)光板的傳輸效率、漫射膜的傳輸效率、棱鏡增亮膜的軸向亮度增益因子為， 以及偏振增亮膜的軸向亮度增益因子之積，再依據(jù)導(dǎo)光板長寬比例分配導(dǎo)光板長短邊各自 所需的LED數(shù)目。
3.如權(quán)利要求2所述的一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，其特征在于確定好導(dǎo) 光板的四邊的LED的總數(shù)后，再根據(jù)驅(qū)動電路提供的電壓和效率要求，合理的分配每個串 聯(lián)支路上負(fù)載的LED數(shù)目，設(shè)驅(qū)動電壓為U，燈的壓降為Utl，則每串有(U-WUtl顆燈，其中 U’為因恒流驅(qū)動額外需要的壓降，為1 3V。
4.如權(quán)利要求3所述的一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，其特征在于當(dāng)并聯(lián)支 路數(shù)較多時，LED分拆成兩路獨立驅(qū)動互為備份。
5.如權(quán)利要求4所述的一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，其特征在于在每串LED 僅集中于一條邊上的情況下，采用長邊與長邊的LED —路，兩短邊上的LED另一路。
6.如權(quán)利要求2至4任一項所述的一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，其特征在于 每個串聯(lián)支路上負(fù)載的LED要平均且隨機(jī)的分配到所有的燈位中去，分配原則是讓處于同 一邊、同一角或?qū)呄鄬ξ恢玫臒魜碜杂诓煌拇?lián)支路。
7.如權(quán)利要求6所述的一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，其特征在于所述LED的 總數(shù)為40顆燈，所述40顆燈分成10串驅(qū)動，其中導(dǎo)光板的長邊12顆LED，短邊8顆LED， 且每串燈在各邊上都有分布且避免集中在同一角兩側(cè)位置和對邊相對位置。
全文摘要
一種高冗余度的側(cè)光式LED背光架構(gòu)，包括LED、導(dǎo)光板、漫射膜、棱鏡增亮膜、偏振增亮膜、燈板四周的反射罩，及導(dǎo)光板下面的反射膜，LED以編組方式分布于導(dǎo)光板的四邊，側(cè)面入射光線在導(dǎo)光板內(nèi)發(fā)生全反射往前傳播，經(jīng)過導(dǎo)光板下表面印刷網(wǎng)點散亂后部分從上表面射出，再經(jīng)過位于其上方的漫射膜、棱鏡增亮膜、偏振增亮膜，最后從液晶屏出射。位于同一燈組中的LED在光學(xué)布局上盡可能分散到不同的空間位置光學(xué)功能上可能有相互影響的燈位安排來自電路失效關(guān)聯(lián)性最小的燈。本發(fā)明的優(yōu)點在于在偶發(fā)性故障率固定的前提下，最大限度降低了整個系統(tǒng)光學(xué)性能下降到不能使用程度的幾率，增加了整體冗余可用性，降低了維護(hù)成本，延長了整個背光模塊的使用壽命。
文檔編號F21S8/00GK102095132SQ20101056651
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者李拓輝, 沈健, 陸小松 申請人:中航華東光電有限公司