黃開軍
(深圳市多思邁實(shí)業(yè)有限公司,廣東深圳 518000)
液晶屏自身并不會(huì)發(fā)光,為了清楚了解顯示屏中的內(nèi)容,就需要白光背光源。背光源為液晶顯示器中的光學(xué)組件單元,由光源與光學(xué)輔助板材、膜材構(gòu)成。LED 背光源性能上和CCFL 相比具有明顯優(yōu)越性,當(dāng)前在各尺寸面板獲得了普及,針對(duì)超薄LED 背光模組設(shè)計(jì)進(jìn)行深入探究具有重要現(xiàn)實(shí)意義[1]。
背光模組屬于液晶顯示器中的主要零件,結(jié)構(gòu)為中框、前框、導(dǎo)光板、光源、后框等構(gòu)成,結(jié)合光源類型進(jìn)行劃分,可以將其劃分為CCFL、EL、LED等背光源,如圖1所示。
圖1 背光模組
結(jié)合光源具體位置,可以將其劃分為側(cè)光式、直下式。背光模組對(duì)應(yīng)的直下式指將光源位置置于正下方這一結(jié)構(gòu)模式中,光源通過LED、燈管自由發(fā)光源在照射于反射板以后通過折射,均勻進(jìn)行擴(kuò)散,形成面板光源[2]。自發(fā)性光源可以結(jié)合顯示器面積增加。但是會(huì)增加背光模組厚度以及重量。側(cè)光式主要指發(fā)光源處于顯示器面板當(dāng)中的側(cè)面位置,發(fā)射光線結(jié)合光學(xué)膜片、導(dǎo)光板的折射形成均勻且分散液晶顯示器對(duì)應(yīng)光源,這種模組窄薄、輕便、低電耗。
在進(jìn)行超薄設(shè)計(jì)過程中,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化為問題解決重點(diǎn)與根本。在背光模組側(cè)光式中,液晶模組往往會(huì)被視為液晶電視當(dāng)中的獨(dú)立零件,并且整機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)包括后殼、面殼、主板支架等,屬于一體化設(shè)計(jì),在當(dāng)前比較流行。其會(huì)將背光模組、整機(jī)面殼結(jié)合在一起,仍然存在背光模組以及整機(jī)后殼背景,當(dāng)前液晶模組在厚度上多數(shù)在1 cm 以上,怎樣使其在厚度上降低到1 cm以下是應(yīng)重點(diǎn)解決的問題。在此過程中,可以考慮將背光模組以及整機(jī)后殼二者進(jìn)行組合。在背光結(jié)構(gòu)使整機(jī)變得更薄的情況下,才能使背光模組呈現(xiàn)出較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力[3]。背光模組背板與整機(jī)后殼之間結(jié)合過程中,需充分料了解背光模組背板的實(shí)際作用。
對(duì)于背光模組來講,背板屬于結(jié)構(gòu)主體,對(duì)于背光模板的整體平整度、強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生比較重要的影響,并且背板和前框、中框、導(dǎo)光板、燈條之間進(jìn)行連接,發(fā)揮的作用十分重要。對(duì)于OLED 來講,其在厚度上極薄,整機(jī)效果和平板實(shí)現(xiàn)曲面化相同。針對(duì)超薄LED 背光模組進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中,可以對(duì)相關(guān)效果進(jìn)行借鑒。使背光模組背板通過光滑平面呈現(xiàn),并且作為整機(jī)后殼。就平板背板來講,可以使用鋼化玻璃、鋁板,或者是重量輕且剛性強(qiáng)的材料,材料的合理選擇可以使傳統(tǒng)背板在平面度、強(qiáng)度等方面的需求獲得滿足,在固定導(dǎo)光板、光學(xué)模板、燈條時(shí),可以運(yùn)用以下方式。背板在實(shí)現(xiàn)平面化以后,固定光學(xué)材料需要利用其他材料實(shí)現(xiàn),在此過程中,可以將傳統(tǒng)背板運(yùn)用四周折邊的方式作為借鑒,進(jìn)而有效固定光學(xué)材料。型材中框運(yùn)用拼接方式使其成為U 型,為了使中框強(qiáng)度、中框角度獲得充分保證,應(yīng)在角落位置設(shè)計(jì)角架,使用螺絲固定于型材中框角落位置。固定平板背板以及U 型材中框時(shí),運(yùn)用被鎖螺絲進(jìn)行固定,這種方式不僅可以使平面背板在和型材中框在結(jié)合時(shí)的強(qiáng)度獲得保證,也能適應(yīng)美觀需求。
固定導(dǎo)光板時(shí),運(yùn)用非入光側(cè)對(duì)應(yīng)角落纖維方式,不僅可以使導(dǎo)光板得以固定,也能使導(dǎo)光板的膨脹需求獲得充分滿足。同時(shí)在背光模組中,也需解決燈條在進(jìn)行固定時(shí)的問題。燈條固定過程中,傳統(tǒng)模式主要是燈條貼于散熱鋁條上,而散熱鋁條結(jié)合螺絲在背板上固定,為了使LED 散熱問題得以解決,確??煽啃?,會(huì)將散熱條保留,由于背板設(shè)計(jì)屬于平面結(jié)構(gòu),因此將其鎖于背板后面位置,這種方式可以使固定問題得以解決[4]。為了液晶模組更薄,針對(duì)LGD 無框電視進(jìn)行了借鑒,在卡扣中插入側(cè)固定條,側(cè)固定條運(yùn)用側(cè)鎖方式固定在背板中,這種方式不夠美觀,難以直接運(yùn)用在超薄無框模組中,因此可以運(yùn)用封屏技術(shù)。
超薄LED 背光模組從設(shè)計(jì)上來講,整機(jī)厚度可達(dá)到0.88 cm,這也屬于背光模組的實(shí)際厚度,如圖2所示。
圖2 超薄LED背光模組厚度
這一厚度已小于當(dāng)前LED 液晶電視的實(shí)際厚度,和OLED 電視厚度之間的差距明顯縮小。
傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中混光距離比較小,所以光學(xué)均勻性相對(duì)較差,屏幕顯示中會(huì)有LED 燈影出現(xiàn),這是需要重點(diǎn)解決的問題[5]。超薄顯示屏當(dāng)前在不斷發(fā)展過程中,混光距離有所減少,但是混光距離造成LED 燈影問題變得更為突出,為了使上述問題得以解決,應(yīng)積極對(duì)模組設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新,基于傳統(tǒng)光學(xué)架構(gòu)展開改革創(chuàng)新。就超薄設(shè)計(jì)來講,主要運(yùn)用多顆LED進(jìn)行彌補(bǔ)排列的形式,LED背光模組在增加的情況下,勢(shì)必會(huì)使成本、能耗有所上升,這就需要針對(duì)LED背光模組展開優(yōu)化設(shè)計(jì)[6]。
在針對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行探究過程中,主要結(jié)合側(cè)光式模組。就側(cè)光式模組來講,其構(gòu)成為導(dǎo)光板、LED 燈條、膜材、背板、驅(qū)動(dòng)板、散熱板、框架這幾部分,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中背光源可以使用白光LED,如圖3所示。
圖3 背光源
結(jié)構(gòu)中心為Active Area 中的中心點(diǎn),然后將次作為依據(jù)展開尺寸設(shè)[7]。展開結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),主要將LAYOUT 布局圖作為主要基礎(chǔ),在此過程層中,應(yīng)充分了解顯示屏結(jié)構(gòu)與每個(gè)部件之間的聯(lián)系,然后優(yōu)化設(shè)計(jì)零部件結(jié)構(gòu)。從框架上來講,可以運(yùn)用分度那方法進(jìn)行設(shè)計(jì),這種分段式的方式可以防止擴(kuò)散板主線長(zhǎng)度過長(zhǎng)。同時(shí)LED 燈條設(shè)置出線端通過LED燈背板對(duì)應(yīng)的四角設(shè)計(jì)方案,這種方式可以使繞線長(zhǎng)度獲得明顯降低。
(1)燈條設(shè)計(jì)。在進(jìn)行燈條設(shè)計(jì)過程中,使用白光LED 燈,燈為雙芯片,燈條應(yīng)布置在LED 背光模組周圍。并且使用串聯(lián)并聯(lián)混聯(lián)方式,一般來講為兩并多串,進(jìn)而使電流在均一性上獲得比較充分的保證,提升模組散熱效果。原部件加工時(shí)可以利用鋁基板材質(zhì),模組系統(tǒng)輸入電壓由于為24 V,因此系統(tǒng)外部需使用電源轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換電壓。
(2)電路設(shè)計(jì)。展開電路設(shè)計(jì)時(shí),使用芯片由PWM 控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),運(yùn)用芯片可以閉環(huán)控制輸出電流,進(jìn)而使LED 系統(tǒng)可以提供精度較高的電流,驅(qū)動(dòng)芯片運(yùn)用控制器為電流3個(gè)峰值模式,利用閉環(huán)控制方式實(shí)現(xiàn)高精度以及高效率,并且對(duì)于驅(qū)動(dòng)芯片來講,可以閉環(huán)控制輸出電壓,針對(duì)系統(tǒng)輸出電流、輸入電流之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào),進(jìn)而使系統(tǒng)整體穩(wěn)定性獲得比較充分的保證。
(3)熱設(shè)計(jì)。LED 由于光效比較低,因此在工作過程中往往會(huì)有大量熱量形成,散熱問題未能獲得有效解決的情況下,往往會(huì)出現(xiàn)發(fā)光亮度衰減以及使用壽命縮短的問題,這就需要重視散熱設(shè)計(jì)。為了使散熱獲得比較理想的效果,可以將LED 列陣在鋁基板上。這主要是由于鋁基板具有高導(dǎo)系數(shù),其與一般PCB 相比散熱效果更好。并且鋁基板下部位置設(shè)計(jì)了散熱塊,在燈條與散熱塊之間可以使用導(dǎo)熱雙面膠,利用螺釘對(duì)散熱快進(jìn)行固定。同時(shí)在背光源周圍熱量聚集位置,使用導(dǎo)熱片進(jìn)行貼敷,導(dǎo)熱片應(yīng)有保護(hù)膜。為了使熱阻得以有效降低,可以在LED 焊盤上設(shè)置導(dǎo)熱過孔,進(jìn)而使頂層與底層二者熱阻得以減少,使LED 燈在熱量傳導(dǎo)方面可以獲得明顯增加。
為了使LED 背光模塊在功能上獲得比較充分的保證,設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)將光學(xué)設(shè)計(jì)充分考慮其中,進(jìn)而使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、光學(xué)設(shè)計(jì)之間彼此協(xié)調(diào)。對(duì)于超薄LED 背光模組來講,可以結(jié)合漫反射使點(diǎn)光源成為面光源,在針對(duì)模組設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí),應(yīng)重視光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化。即,針對(duì)背光模組對(duì)應(yīng)LED 選擇方案進(jìn)行優(yōu)化,其中白光雙芯片LED 屬于當(dāng)前研究的重點(diǎn)內(nèi)容。就光學(xué)設(shè)計(jì)來講,需要對(duì)光通量、白場(chǎng)廣度指標(biāo)等因素進(jìn)行總結(jié),結(jié)合光學(xué)特性定量將LED 光學(xué)設(shè)計(jì)工作完成,然后確定LED 的具體顆數(shù)、混光距離以及位置等多項(xiàng)參數(shù)。
將LED 出光角度提高可以對(duì)H/P 值進(jìn)行調(diào)節(jié),促進(jìn)該值降低。在進(jìn)行背光模組設(shè)計(jì)過程中,應(yīng)該注重混光距離,即H 值的減小,可以使LED 超薄化獲得比較充分的保證。運(yùn)用千顆功率較小的LED 進(jìn)行密排的方式可以使LED 間距活的明顯縮減,進(jìn)而使LED 在混光距離上得以縮小,距離上不到1cm。
在模組設(shè)計(jì)過程中,通過大出光角度,可以使系統(tǒng)光線通過較大角度進(jìn)行擴(kuò)散,進(jìn)而系統(tǒng)中通過小混光距離形成較好混光效果。在此情況下,背光模組在厚度上會(huì)有所變小,這對(duì)于超薄化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)比較有利。
在進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中,需針對(duì)擴(kuò)散板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,針對(duì)普通擴(kuò)散板做出改進(jìn),通過新型擴(kuò)散板將其替代,新型擴(kuò)散板為縱向微型結(jié)構(gòu)以及橫向微型擴(kuò)散板構(gòu)成,使用新型擴(kuò)散板可以使系統(tǒng)均勻化程度獲得改善。同時(shí)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化以后,系統(tǒng)存在的LED 燈影問題獲得了較好解決,使用時(shí)LED 燈影消失。并且光分布整體上比較均勻,這主要是由于新型擴(kuò)散板出光面位置上存在較多條狀凸起,并且任意兩個(gè)條狀凸起可以實(shí)現(xiàn)相互平行,微結(jié)構(gòu)在各擴(kuò)散板排列。
當(dāng)前液晶電視發(fā)展十分迅速,競(jìng)爭(zhēng)力變得越來越大,要想保證競(jìng)爭(zhēng)力,就需注重在技術(shù)方面的創(chuàng)新,設(shè)計(jì)、開發(fā)超薄、大尺寸背光模塊,保證背光模塊整體質(zhì)量的同時(shí)盡量減少能耗,防止出現(xiàn)燈影缺陷。除此之外,也需體現(xiàn)出產(chǎn)品的可靠性,不斷加強(qiáng)相關(guān)研究,進(jìn)而使超薄LED 背光模組設(shè)計(jì)更好地適應(yīng)人們需求。