一种提高ＬＥＤ背光源亮度均匀性的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高ＬＥＤ背光源亮度均匀性的方法，根据所用ＬＥＤ的特征参数和背光源光学系统之间的关系，测量和计算出ＬＥＤ在背光源模组中的亮度分布函数，进一步计算得到ＬＥＤ在背光源中的排列间距和排列方式，从而提高ＬＥＤ背光源亮度的均匀性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高液晶显示器(以下简称LCD)的发光二极管(以下简称LED) 背光源亮度均勻性的方法，特别是一种通过LED的不等间距排列，得到全屏亮度均勻的LED 背光源。
技术介绍
目前液晶显示器(IXD)已经成为主流的平板显示器件，然而由于液晶本身不具备发光的特性，背光源成为液晶显示器不可缺少的重要组成部分，背光源的性能直接决定了 液晶显示器的亮度、颜色，效率、功耗等各项指标。LCD背光源中使用最广泛的是冷阴极荧光 灯(CCFL)，但是相比较而言，使用发光二极管(LED)作为LCD的背光源具有驱动电压低，功 耗低，色彩还原性好，环境适应性强，无汞污染等优点。当前情况下，用于LCD的LED背光源 结构有侧入式和直下式两种，侧入式一般用于中小尺寸的液晶显示器，大尺寸LCD的LED背 光源一般为直下式结构。在LED背光源的应用中，无论是侧入式还是直下式的结构，LED的排列间距一般是 均勻的，从而使LED背光源的全屏亮度均勻性，特别是背光源边缘部分的亮度明显低于其 他区域。本专利的主要目的是利用LED的发光特性及其和背光源光学系统之间的关系，提 出一种非均勻排列LED的方法，改善LED背光源的亮度均勻性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种提高LED背光源亮度均勻性的方法，降低成本，提高 LED背光源亮度。本专利技术提出的LED排列方法是这样实现的根据LED的特征参数和背光源模组的光学系统特点，测量LED的亮度分布函数， 计算背光源中任意点的亮度，在保证任意点的亮度均勻性满足设计要求的情况下，得到LED 灯管的排列间距和排列方式，具体步骤为(1)首先，根据背光源装置所需的LED数目η和LED背光源的尺寸，计算LED均勻 排列时LED之间的距离，在侧入式背光源装置中，放置LED的背光源侧边总长为d，LED均勻 的排列间距为a = d/ (n-1)；在直下式背光源装置中，LED背光源的尺寸为1 (长)Xw (宽)， 长方向排列的LED数量na和宽方向上排列的LED数量nb满足naXnb = η,则长和宽方向 上LED的排列间距分别为l/(na-l)和w/(nb-l)；(2)根据单颗LED的光通量Φ i和背光源采用的LED数目n，求取LED背光源的总 光通量Φ = ηΦ ，然后根据背光源光学系统的透过率参数，求出LED背光源的平均亮度[， 则LED背光源的亮度均勻性要求全屏各处的亮度变化范围为Γ士 AL(AL = 7. 5% [)；(3)用色彩分析仪测量出单颗LED经背光源光学系统后的亮度分布函数，具体方 法是以LED为中心，在水平和垂直以及其他方向分别选取若干个测试点，测量其亮度值， 然后通过拟合得到LED的亮度分布函数L = f (x，y)，x和y分别为以LED为中心，平面上任意一点到LED的距离坐标，L为任意点的亮度；(4) LED非均勻排列间距的计算，已知单颗LED的尺寸为Ia (长)X Ib (宽)，首先在背光源的边缘(以水平方向为例)放置第一颗LED，相邻两颗LED中心的间距可能为la (Ib) 和1/2之间的任意值，根据实际应用要求，LED排列间距变化的步长取Δ 1，即任意两颗LED 排列间距的可能值为la，la+ΔΙ, la+2Al, la+3Al...，直到1/2结束，水平和垂直方向的 排列均为对称排列；当LED个数na为奇数时，则中心位置为k= (na-DA+l。任意点的亮度值计算方 法如下for Di = la: Δ 1:1/2 ；i取1到k-Ι，求得第i和第i+Ι颗LED的可能排列间距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点的亮度值，f (j)表示第j个LED在i点的亮度值；当LED个数na为偶数时，则中心位置介于k = na/2和k+Ι之间。任意点的亮度 值计算方法如下for Di = la: Δ 1:1/2 ；i取1到k，求得第i和第i+Ι颗LED的可能排列间距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点的亮度值，f (j)表示第j个LED在i点的亮度值；垂直方向的间距计算公式与水平方向类似，只是任意两颗LED排列间距的可能值 为 lb, Ib+Δ 1，lb+2Al, lb+3Al. · ·，直到 1/2 结束，根据计算所得水平和垂直方向的排列间距对均勻排列的LED进行调整，从而得到 亮度均勻一致的LED背光源。作为本专利技术的一种简化，侧入式和直下式中LED的非均勻排列均可以背光源中心 为基准，沿水平和垂直方向分别非均勻对称排列。另外，为了满足LED背光源动态调光的需 要，可以先排列好LED，然后再进行区域划分。本专利技术根据LED灯管的特征参数和亮度分布函数，在不改变LED背光模组光学系 统，不增加成本，只改变LED的排列方式的情况下，提高了 LED背光源的亮度均勻性。附图说明图1为用于液晶显示器的单侧侧入式背光源装置结构示意图；图2为用于液晶显示器的双侧侧入式背光源装置结构示意图；图3为侧入式背光源装置中LED排列结构示意图；图4为用于液晶显示器的直下式背光源装置结构示意图；图5为直下式背光装置的实施例结构示意图；下面结合附图对本专利技术的内容作进一步详细说明。具体实施例方式参照图1和图2，侧入式背光模组中包括反射板120、导光板130、扩散板140和光 学薄膜150，LED灯管110可置于导光板一侧或者两侧，LED灯管110可以是白光LED或者 多色LED。在侧入式背光模组中，首先需要根据LED灯管110的特征参数和液晶显示器的设 计指标计算出所需要的LED灯管110数量。参照图3，LED灯管110在电路板160上呈不等间距排列，并且全部LED灯管110 的摆放角度均保持一致，此为本专利的实施例之一。测量和计算出LED灯管110经过反射 板120、导光板130、扩散板140和光学薄膜150之后的水平亮度分布函数L = f(x)，x为电 路板160上的任意点到LED排列电路板160中心的距离，L为亮度值。然后根据f (χ)计算 出在水平方向LED灯管110的排列间距xl, χ2. · · xn-1，按该间距排列LED灯管110，可以得 到亮度均勻性较高的背光源。参照图4，直下式背光模组中LED灯管110置于导光板130正下方，LED灯管110可 以是白光LED或者多色LED，反射板120位于电路板160之上，反射板钻孔使LED灯管110能 够露出。在直下式背光模组中，首先要根据液晶显示器的设计指标和LED灯管110的特征参 数计算出所需要的LED灯管110的数量，然后计算出LED灯管110的排列方式和排列间距。参照图5，直下式背光源的所有LED灯管110在水平方向和垂直方向均为非均勻排 列，并且所有LED灯管110在电路板160上的摆放角度均保持一致，此为本专利的实施例之 二。本实施例中首先测量和计算出所用LED灯管110经过反射板120、导光板130、扩散板 140和光学薄膜150之后的亮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高ＬＥＤ背光源亮度均匀性的方法，其特征在于：根据ＬＥＤ的特征参数和背光源模组的光学系统特点，测量ＬＥＤ的亮度分布函数，计算背光源中任意点的亮度，在保证任意点的亮度均匀性满足设计要求的情况下，得到ＬＥＤ灯管的排列间距和排列方式，具体步骤为：　　（１）首先，根据背光源装置所需的ＬＥＤ数目ｎ和ＬＥＤ背光源的尺寸，计算ＬＥＤ均匀排列时ＬＥＤ之间的距离，在侧入式背光源装置中，放置ＬＥＤ的背光源侧边总长为ｄ，ＬＥＤ均匀的排列间距为ａ＝ｄ／（ｎ－１）；在直下式背光源装置中，ＬＥＤ背光；　　垂直方向的间距计算公式与水平方向类似，只是任意两颗ＬＥＤ排列间距的可能值为ｌｂ，ｌｂ＋Δ１，ｌｂ＋２Δ１，ｌｂ＋３Δ１．．．，直到ｌ／２结束，　　根据计算所得水平和垂直方向的排列间距对均匀排列的ＬＥＤ进行调整，从而得到亮度均匀一致的ＬＥＤ背光源。源的尺寸为ｌ（长）×ｗ（宽），长方向排列的ＬＥＤ数量ｎａ和宽方向上排列的ＬＥＤ数量ｎｂ满足ｎａ×ｎｂ＝ｎ，则长和宽方向上ＬＥＤ的排列间距分别为ｌ／（ｎａ－１）和ｗ／（ｎｂ－１）；　　（２）根据单颗ＬＥＤ的光通量Φｉ和背光源采用的ＬＥＤ数目ｎ，求取ＬＥＤ背光源的总光通量Φ＝ｎΦｉ，然后根据背光源光学系统的透过率参数，求出ＬＥＤ背光源的平均亮度Ｌ，则ＬＥＤ背光源的亮度均匀性要求全屏各处的亮度变化范围为Ｌ±ΔＬ（ΔＬ＝７．５％Ｌ）；　　（３）用色彩分析仪测量出单颗ＬＥＤ经背光源光学系统后的亮度分布函数，具体方法是：以ＬＥＤ为中心，在水平和垂直以及其他方向分别选取若干个测试点，测量其亮度值，然后通过拟合得到ＬＥＤ的亮度分布函数Ｌ＝ｆ（ｘ，ｙ），ｘ和ｙ分别为以ＬＥＤ为中心，平面上任意一点到ＬＥＤ的距离坐标，Ｌ为任意点的亮度；　　（４）ＬＥＤ非均匀排列间距的计算，已知单颗ＬＥＤ的尺寸为ｌａ（长）×ｌｂ（宽），首先在背光源的边缘（以水平方向为例）放置第一颗ＬＥＤ，相邻两颗ＬＥＤ中心的间距可能为ｌａ（ｌｂ）和ｌ／２之间的任意值，根据实际应用要求，ＬＥＤ排列间距变化的步长取Δ１，即任意两颗ＬＥＤ排列间距的可能值为ｌａ，ｌａ＋Δ１，ｌａ＋２Δ１，ｌａ＋３Δ１．．．，直到ｌ／２结束，水平和垂直方向的排列均为对称排列；　　当ＬＥＤ个数ｎａ为奇数时，则中心位置为ｋ＝（ｎａ－１）／２＋１。任意点的亮度值计算方法如下：　　ｆｏｒ　Ｄｉ＝ｌａ：Δ１：ｌ／２；　　ｉ取１到ｋ－１，求得第ｉ和第ｉ＋１颗ＬＥＤ的可能排列间距Ｄｉ；...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张小宁，刘钱飞，马俊龙，姜凤山，丁兴隆，刘纯亮，梁志虎，周岩，
申请(专利权)人：西安交通大学，彩虹集团公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]