LED背光設計原理,基礎制程介紹

1、常規(guī)常規(guī)LED背光背光源設計源設計基礎介紹基礎介紹LEDLED是發(fā)光二極管英文縮寫，也就是我們說的是發(fā)光二極管英文縮寫，也就是我們說的芯片。為了方便使用，經(jīng)常將芯片封裝成各種芯片。為了方便使用，經(jīng)常將芯片封裝成各種形狀。常規(guī)背光常用的有：形狀。常規(guī)背光常用的有：背光源背光源由于液晶玻璃本身不具發(fā)光特性，因此，根據(jù)需要經(jīng)常在液晶玻璃后面加上一個發(fā)光源，背光源(Backlight)即是提供LCD顯示器產(chǎn)品中一個背面光源的光學組件。背光源的工作原理背光源的工作原理常規(guī)LED背光源的工作原理是將點光源變成面光源。LED（點光源）背光源（面光源）根據(jù)將點光源變成面光源的方法不同，常規(guī)LED背光源可分為底

2、部光和側(cè)部光兩種。底部光典型結構底部光典型結構底部光原理底部光原理單顆LED：底部光原理底部光原理返回側(cè)部光典型結構側(cè)部光典型結構產(chǎn)品成品外形：側(cè)部光典型結構側(cè)部光典型結構除去擴散膜：問題：如何做到 側(cè)部光原理側(cè)部光原理全反射效應：全反射效應： 很多很多導光板是由導光板是由PMMA制造的，它的折射系數(shù)制造的，它的折射系數(shù)N1=1.4916而空而空氣的折射系數(shù)氣的折射系數(shù)N2=1 當光線從導光板射向邊界時當光線從導光板射向邊界時,只要入射角只要入射角I1大于大于某一角度時，光線不再有折射分量，而是全部被反射回導光板中某一角度時，光線不再有折射分量，而是全部被反射回導光板中（如圖），根據(jù)折射定理：

3、求臨界角（如圖），根據(jù)折射定理：求臨界角I0 N1 sinI0=N2sin90 sinI0= N2 /N1 = 1/1.4916=0.67 I0=42.2 結論結論:當入射角當入射角I142.2 時時,光線被全反射光線被全反射AIII2NI01N901側(cè)部光原理側(cè)部光原理光線在導光板中以全反射傳遞時如果遇到底部散射點，將會有部份光線散射而折射出導光板側(cè)部光原理側(cè)部光原理側(cè)部光原理側(cè)部光原理整個過程就是：LED網(wǎng)點擴散膜導光板反射膜把每個網(wǎng)點看作一顆LED，于是常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)背光源光電參數(shù)Vf: 正向電壓If: 正向電流Pd: 功耗Vr: 反向電壓Ir: 反向電流Lv: 亮度Lv:

4、 均勻性: 波長Topr: 操作溫度Tstg: 儲存溫度常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之亮度背光源光電參數(shù)之亮度亮度：亮度：根據(jù)背光源根據(jù)背光源發(fā)光區(qū)發(fā)光區(qū)面積的大小，面積的大小，用用BM-7按表中規(guī)按表中規(guī)定的選點數(shù)定的選點數(shù)（可根據(jù)具體情況適當增加或減少）（可根據(jù)具體情況適當增加或減少）逐點測量逐點測量亮度，然后算平均值，該平均值就是亮度。亮度，然后算平均值，該平均值就是亮度。A(B)選點數(shù)130233060601404140250常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之亮度背光源光電參數(shù)之亮度背光源的亮度與光源的關系：背光源的亮度與光源的關系： 式中：式中： L LV -產(chǎn)品最低亮度（產(chǎn)品最低亮度（

5、cd/m2） S- 背光源發(fā)光面積（背光源發(fā)光面積（mm2） I IV-LED發(fā)光強度之和（發(fā)光強度之和（mcd） -背光源的光效率背光源的光效率 SLVVI103=常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之均勻性背光源光電參數(shù)之均勻性均勻性：均勻性：根據(jù)背光源根據(jù)背光源發(fā)光區(qū)發(fā)光區(qū)面積的大小，面積的大小，用用BM-7按表中按表中規(guī)定的選點數(shù)規(guī)定的選點數(shù)（可根據(jù)具體情況適當增加或減少）（可根據(jù)具體情況適當增加或減少）逐點測逐點測量量亮度，亮度，均勻性亮度最小值最大值均勻性亮度最小值最大值100。A(B)選點數(shù)130233060601404140250常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之波長背光源光電參數(shù)之波長可

6、見光的波長范圍是380nm到780nm。一般顏色用波長表示，白色用色坐標表示。常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之波長背光源光電參數(shù)之波長顏 色藍色綠色黃綠色橙色琥珀色紅色白色代號波長DX=0.280-0.361Y=0.248-0.385常用LED顏色對照表510-530568-578460-480580-600600-620620-640X=0.24-0.35 Y=0.24-0.35常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電壓電流背光源光電參數(shù)之電壓電流1、單顆單顆LED的使用電壓的使用電壓v 藍色、綠色和白色藍色、綠色和白色LED電壓一般為電壓一般為2.9V3.6V，我們用的大部分是我們用的大部分是2.9

7、V3.3V的。的。v 黃綠色、橙色、琥珀色、紅色黃綠色、橙色、琥珀色、紅色LED電壓一般為電壓一般為1.7V2.5V，我們用我們用的大部分是的大部分是1.9V2.3V的。的。2、單顆、單顆LED的使用電流的使用電流 除了個別白色除了個別白色LED外，常規(guī)背光用的外，常規(guī)背光用的LED的最大使用電流都是的最大使用電流都是20mA，但是為了保證背光性能、壽命和可靠性，我們通常這樣設計：但是為了保證背光性能、壽命和可靠性，我們通常這樣設計：v 藍色和白色藍色和白色LED使用電流典型值為使用電流典型值為15mA，最大為最大為20mA。v 綠色、黃綠色、橙色、琥珀色、紅色綠色、黃綠色、橙色、琥珀色、紅色

8、LED（四元素芯片四元素芯片LED除外）除外）使用電流典型值為使用電流典型值為10mA，最大為最大為20mA。v 四元素芯片的四元素芯片的LED（我們現(xiàn)在使用的我們現(xiàn)在使用的高亮高亮黃綠色、橙色、琥珀色、黃綠色、橙色、琥珀色、紅色紅色LED）使用電流典型值為使用電流典型值為10mA，最大為最大為15mA。常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電壓電流背光源光電參數(shù)之電壓電流3、LED電流電流-電壓特性表電壓特性表常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電壓電流背光源光電參數(shù)之電壓電流4、根據(jù)電路確定電壓電流、根據(jù)電路確定電壓電流 假設有一電路如下，其中每顆假設有一電路如下，其中每顆LED的電壓為的電壓為v，電流

9、為電流為i：那么該電路使用電壓為：那么該電路使用電壓為：Vf=mv 使用電流為：使用電流為：If=n i返回常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電壓電流背光源光電參數(shù)之電壓電流4、電阻、電阻 一般客戶都是定電壓使用，如上面的電路，當客戶提供的電壓小于一般客戶都是定電壓使用，如上面的電路，當客戶提供的電壓小于我們算出的電壓時，電流會減小，背光將不能正常工作。當客戶提供的我們算出的電壓時，電流會減小，背光將不能正常工作。當客戶提供的電壓大于我們算出的電壓時，背光電流會增大，可能會燒壞背光；這時電壓大于我們算出的電壓時，背光電流會增大，可能會燒壞背光；這時我們可以加一個電阻消耗掉多余的電壓，使背光正常工作

10、。如下，假設我們可以加一個電阻消耗掉多余的電壓，使背光正常工作。如下，假設LED電壓為電壓為v，電流為電流為i，客戶提供的電壓為客戶提供的電壓為Vf：那么電阻阻值為：那么電阻阻值為：R=Vf-m v n i常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電路設計背光源光電參數(shù)之電路設計一般情況下，我們電路設計時應該注意兩點：一般情況下，我們電路設計時應該注意兩點：1、LED可以充分點亮?？梢猿浞贮c亮。2、盡量使功耗最小。、盡量使功耗最小。優(yōu)先考慮第優(yōu)先考慮第1點。點。例：客戶要求我們設計一背光，需用例：客戶要求我們設計一背光，需用5V使用，使用，6顆白色顆白色LED，電路應該電路應該怎么設計呢？怎么設計呢？（1

11、）（2）常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電路設計背光源光電參數(shù)之電路設計由于單顆白色LED要2.93.3V才能充分點亮，所以左邊的電路中，要充分點亮LED需要5.86.6V，而客戶只提供5V，所以電路設計錯誤。在左邊的電路中，要充分點亮LED需要2.93.3V，客戶提供5V，多出的電壓可以用電阻消耗掉，所以電路設計正確。（1）（2）常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電路設計背光源光電參數(shù)之電路設計例例2：客戶要求我們設計一背光，需用：客戶要求我們設計一背光，需用5V使用，使用，6顆黃綠顆黃綠色色LED，電路應該怎么設計呢？電路應該怎么設計呢？（1）（2）常規(guī)常規(guī)LED背光源光電參數(shù)之電路設計背光源光

12、電參數(shù)之電路設計在左邊的電路中，LED可以充分點亮，但此電路電流典型值為60mA，功耗典型值為300mA，比上面的電路高一倍，所以電路設計不合理。由于單顆黃綠色LED要1.92.2V可以充分點亮，所以左邊的電路中，要充分點亮LED需要3.84.4V，而客戶提供5V，多出的電壓可以用電阻消耗掉，所以電路設計正確。此電路電流典型值為30mA，功耗典型值為150mW。（1）（2）常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之AK出腳方式出腳方式背光源常見的背光源常見的A、K出腳方式有：出腳方式有：1、PCB直接出腳：直接出腳：注：注：1、每個腳寬度一般需大于、每個腳寬度一般需大于1.2mm，最小為最小為0.

13、8mm。 2、腳的寬度、間距公差一般需大于腳的寬度、間距公差一般需大于0.15mm，最小為最小為0.1mm；腳的長度一般需大于腳的長度一般需大于0.5mm，最小為最小為0.2mm。 3、腳寬度小于、腳寬度小于1.0時可考慮采用時可考慮采用5面鍍銅方式以便于焊接，但成面鍍銅方式以便于焊接，但成本較高且腳的外觀不太平整。本較高且腳的外觀不太平整。常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之AK出腳方式出腳方式2、引線出腳、引線出腳:注：注：1、一般情況下引線長度需大于、一般情況下引線長度需大于20mm。 2、一般情況下引線長度公差需大于一般情況下引線長度公差需大于5mm，最小為最小為3mm，線頭部分公差

14、需大于線頭部分公差需大于2mm，最小為最小為1mm 。常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之AK出腳方式出腳方式3、引線、引線+端子出腳端子出腳:注：注：1、一般情況下引線長度需大于、一般情況下引線長度需大于20mm。 2、引線端子長度公差需大于引線端子長度公差需大于5mm。常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之AK出腳方式出腳方式4、金屬、金屬PIN針出腳針出腳:注：注：1、一般情況下使用、一般情況下使用0.5mm和和0.8mm的的PIN針針 。 2、PIN針直徑公差為針直徑公差為0.1mm；長度公差一般要求大于長度公差一般要求大于0.5mm，最小為最小為0.3mm 。常規(guī)常規(guī)LED背光源結

15、構之背光源結構之PCB安裝方式安裝方式背光源常見的背光源常見的PCB安裝方式有：安裝方式有：1、卡鉤式：、卡鉤式：常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之PCB安裝方式安裝方式2、卡槽、卡槽+點膠：點膠：常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之PCB安裝方式安裝方式3、側(cè)面鉚接：、側(cè)面鉚接：常規(guī)常規(guī)LED背光源結構之背光源結構之PCB安裝方式安裝方式4、底面鉚接：、底面鉚接：常規(guī)背光源常規(guī)背光源LED數(shù)量和位置數(shù)量和位置1、底部光、底部光LED數(shù)量最小值數(shù)量最小值r=htg2D=2 rh一般等于厚度H-0.9，底部光最常用的LED的約為96，因此當厚度為5mm時，為了不出現(xiàn)暗格，LED間距最大約為

16、6.44mm，這樣可以根據(jù)V.A區(qū)尺寸算出最少需要多少LED，如果亮度不理想，可適當增加LED。常規(guī)背光源常規(guī)背光源LED數(shù)量和位置數(shù)量和位置2、側(cè)部光、側(cè)部光LED的數(shù)量和位置的數(shù)量和位置 普通普通LED發(fā)光面離發(fā)光面離V.A區(qū)距離需要至少區(qū)距離需要至少3.5mm以上，否則會以上，否則會LED前前面區(qū)域會出現(xiàn)亮點。因此如果采用卡鉤或卡鉤點膠固定面區(qū)域會出現(xiàn)亮點。因此如果采用卡鉤或卡鉤點膠固定PCB，一般情一般情況下背光最邊緣離況下背光最邊緣離V.A區(qū)至少需要區(qū)至少需要6.0mm。低亮黃綠色、橙色、琥珀色、低亮黃綠色、橙色、琥珀色、紅色紅色LED需要距離可以減少需要距離可以減少1mm，高亮或體積較大的貼片距離需要增加高亮或體積較大的貼片距離需要增加。常規(guī)背光源常規(guī)背光源LED數(shù)量和位置數(shù)量和位置為了避免為了避免LED間出現(xiàn)暗區(qū)，放間出現(xiàn)暗區(qū)，放LED的位置只有的位置只有6.0mm時，時，LED間距間距最大為最大為15mm；7.0mm時，間距最大為時，間距最大為20mm。放放LED的位置越大，間的位置越大，間距可以隨之適當加大。這樣可以根據(jù)距可以隨之適當加大。這樣可以根據(jù)V.A區(qū)算出最少需要多少顆區(qū)算出最少需要多少顆LED，如果亮度不理想，再適當增加如果亮度不理想，再適當增加LED。常規(guī)背光源尺寸公差常規(guī)背光源尺寸公差1、基本公差、基本公差和最小公差和最小