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1前 言
     在目前的平板顯示（FED）器件中LCD顯示器件據(jù)主流地位，而在現(xiàn)有的LCD器件中，大多數(shù)是透射型的。對(duì)于這些透射型的LCD器件來(lái)說(shuō)，背光源是它們*的組成部分。
在LCD背光源中，雖然冷陰極熒光燈（CCFL）目前占據(jù)著統(tǒng)治地位，但LED具有寬色域、白點(diǎn)可調(diào)、高調(diào)光率及長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，故近來(lái)被開發(fā)為新型的LCD背光源，井已在一些臺(tái)式LCD監(jiān)視器以及LCD電視中得到應(yīng)用。LCD用LED背光源（以下簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)ED背光源）是一種新型的背光源技術(shù)，其種類很多，但是在LCD器件中尚未得到普遍應(yīng)用，因?yàn)檫€有技術(shù)問題或成本方面的問題有待于解決。對(duì)于一些較為實(shí)用的LED背光源，本文將在后面的段落中加以介紹。

2 靜態(tài)照明LCD背光源
     提高光效，從而提高屏輸出光與光源輸出光的比例是改進(jìn)LCD背光源的一個(gè)重要途徑。靜態(tài)照明LCD背光源便是其中的一種，其主要原理是使LCD的每個(gè)亞象素只通過(guò)與其相應(yīng)的色元件進(jìn)行照明（圖1），從而省去了濾色器，提高了光效。

2.1 結(jié) 構(gòu)
     在具有靜態(tài)照明背光源的LCD中，像素層下面裝有一微透鏡陣列，并且使每一個(gè)像素下均對(duì)應(yīng)一個(gè)微透鏡。這里采用的背光源照明系統(tǒng)是三原色直視背光源，每種顏色的光源均在與之對(duì)應(yīng)的亞象素上成像，井經(jīng)由投影透鏡投射在顯示屏上。為了在顯示屏上取得足夠的亮度，并且提高顯示的均勻度：在本LCD器件中采用了光折射元件與總內(nèi)部反射器（TIR）楔形光導(dǎo)板，光導(dǎo)板內(nèi)具有合適的折射層。靜態(tài)照明背光源通常采用紅綠藍(lán)三根CCFL。zui近研發(fā)的靜態(tài)背光照明LCD采用了LED作為其背光源。
2.3 靜態(tài)照明的LCD背光源特性
     在具有靜態(tài)背光源LCD器件中，由TIR楔形光導(dǎo)管輸出的光分布角為70°～90°。使用這種背光源消除了因?yàn)V色層造成的光損失（省去了濾色層之故），而使器件的透射率達(dá)到了傳統(tǒng)LCD的三倍。同時(shí)，這種背光源又能使器件的結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，并且能夠降低功耗。
為了進(jìn)一步減少光源的光損失，改進(jìn)光的分布角度消除因使用汞產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，以LED取代CCFL作為器件的背光源成了靜態(tài)照明LCD背光源的發(fā)展趨勢(shì)。目前已在33cm對(duì)角線的XG*分辨率的LCD器件中成功地采用了LED靜態(tài)照明背光源。因這種器件的功耗大大降低了，故非常適合作高亮度的應(yīng)用。
3 反饋型LED背光源
    采用紅綠藍(lán)色光的LED作為L(zhǎng)CD背光源可以獲得優(yōu)異的色質(zhì)，降低功耗，避免使用汞造成的環(huán)境污染，需要控制白光的色溫，以取得足夠長(zhǎng)的壽命。zui近開發(fā)了一種以紅綠藍(lán)光LED為光源，采用了色傳感器與反饋控制器的反饋式LCD背光源。利用這種背光源，現(xiàn)已取得了<0.02的色穩(wěn)定性與持續(xù)的亮度穩(wěn)定性，并且還可以利用其任意控制器件的白色點(diǎn)與亮度。
3.1 結(jié) 構(gòu)
    反饋式LED背光源系統(tǒng)是由四個(gè)主要的功能模塊組成，它們是具有濾色層的傳感器，反饋控制器，脈寬調(diào)制（PWM）LED驅(qū)動(dòng)器以及紅綠藍(lán)lux-eonTM型LED光源陣列元件。
3.1.1LED光源
    此處的LED光源所使用的LED為luxeon式氮化銦鎵（InGaN）的藍(lán)光管與綠光管以及磷化鋁銦鎵的（AllnGaP）紅光管，它們都是大功率型的。圖5是這些LED背光源的發(fā)射光譜線性能，圖6是在其溫度為85℃時(shí)的典型壽命性能。這種背光源具有很低的動(dòng)態(tài)電阻，以PWM恒定電流驅(qū)動(dòng)，光源的光輸出正比于PWM的脈寬。這種光源具有色域?qū)?，色品度可調(diào)及環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。
3.1.2 傳感器
   這里使用的傳感器是由具有濾色層的三只裝在一個(gè)元件中的光電二極管及其具有互相阻抗放大的印刷電路板組成。傳感器的濾色層具有CIE193lXyzCMFs近似值。利用這種傳感器，可以獲取測(cè)量輻射功率的輸出電壓。在將所獲取的電壓饋送到控制器之前，該電壓會(huì)被系統(tǒng)平均化。
3.l.3 LuxeonTM型驅(qū)動(dòng)器
     這種驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)能升降輸入電壓的開關(guān)電源。它是由一個(gè)開關(guān)式電壓——電流放大器以及必要的電路組成，能夠?qū)τ糜贚CD系統(tǒng)的600Hz高頻PWM進(jìn)行預(yù)處理。為了不引起過(guò)量的電磁干擾、功率損失與抬高成本，本驅(qū)動(dòng)器上無(wú)反饋回路。
3.1.4 反饋控制器
   反饋控制器由三部分組成，即色控制器、占空因數(shù)控制器與光強(qiáng)度控制器。色控制器具有一靈敏集成陣列，用于補(bǔ)償來(lái)自傳感器的輸出誤差，從而保持了輸出色度的恒定。光強(qiáng)度控制器的核心為一敏感矩陣，該矩陣具有把傳感器輸出向LED電流占空因素轉(zhuǎn)換的功能，并使輸出亮度與溫度的關(guān)系以及色度在任何時(shí)候都保持不變，這可以從測(cè)量中得到。
3.2 特 性
    采用反饋型LED背光源，可使LED器件在25℃～70℃的溫度范圍中，取得<0.003A△u’v’的色漂移，并可以得到可接受的色穩(wěn)定性：在處理光反饋信號(hào)時(shí)，不需要有大的預(yù)處理功率。此外，如前文所述，這樣做還有色域與環(huán)境保護(hù)的好處。
4 新型光導(dǎo)板結(jié)合式LED背光源
    如果在LCD背光源系統(tǒng)中采用高亮度紅綠藍(lán)光LED就需要有混色裝置，以在光源的光到達(dá)LCD板前進(jìn)行混色。在傳統(tǒng)的LCD背光源中，混色是以獨(dú)立于光軸抽取結(jié)構(gòu)（白色涂層或微透鏡）的光導(dǎo)極中進(jìn)行的。為了照亮整個(gè)顯示區(qū)，就得采用兩塊光導(dǎo)板，這會(huì)使背光源變得又重又厚，并且還會(huì)產(chǎn)生光導(dǎo)板的亮度與色度難以匹配等缺點(diǎn)。
為了克服上述缺點(diǎn)，荷蘭近來(lái)開發(fā)一種新的LED背光源，它將分離的混色光導(dǎo)板與傳統(tǒng)的光抽光導(dǎo)板結(jié)合在一起。
4.1 結(jié)合式LED背光源的結(jié)構(gòu)與工作原理
     背光源是由LED光源①、*橢圓鏡面②、混色光導(dǎo)板③、第二橢圓鏡面④、反射膜⑤、主光導(dǎo)板⑥、校準(zhǔn)與偏振控制膜⑦、框架⑧與散熱片⑨組成。這些部分在圖7與圖8中，均以上述編號(hào)表示。
工作時(shí)，由LED光源①發(fā)出的光經(jīng)*橢圓②作90°的反射，耦合人混色光導(dǎo)板③，光經(jīng)混色光導(dǎo)板混合成相應(yīng)的白光后，再被耦合入第二橢圓④作90°反射，進(jìn)入主光導(dǎo)極⑥。主光導(dǎo)板具有屏象素圖案，該圖案是為L(zhǎng)ED光源的光分布而作了優(yōu)化的。來(lái)自第二橢圓鏡面的光經(jīng)主光導(dǎo)板射向LCD板。為了進(jìn)一步改進(jìn)色均勻度，在主光導(dǎo)板的光進(jìn)入一邊還配備了一條微棱鏡，它的作用是增加光的角分布，從而改進(jìn)光色的混合。在橢圓鏡面上制以高反射率的鋁膜，并采用了高反射率的線條，以提高反射率。橢圓鏡面使LED所發(fā)光的光學(xué)軸作了相對(duì)于光導(dǎo)平面90°的旋轉(zhuǎn)，因而使本背光源的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊。
4.2性能與優(yōu)點(diǎn)
本文中的光導(dǎo)板結(jié)合式LED背光源對(duì)角線為38cm，具有34只luxeomTM型LED，管子的節(jié)距為9mm，驅(qū)動(dòng)功率為45W。利用這種LED背光源，已取得了4300cd/m2的峰值亮度。
新型光導(dǎo)板結(jié)合LED背光源有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
●重量輕，厚度薄，堅(jiān)固耐用；
●與現(xiàn)存的背光源技術(shù)與制造機(jī)制兼容；
●可以與各種光導(dǎo)板，甚至包括具有預(yù)制象素圖案的平面屏以及具有微往面透鏡結(jié)構(gòu)的楔形光導(dǎo)板結(jié)合；
●適用屏的尺寸范圍較大（25.4cm-5lcm），而LED的節(jié)距與光導(dǎo)板的長(zhǎng)度卻可以保持不變；
●其每個(gè)LED的輸出光通可以穩(wěn)定地增加，從而可以在不增加LED數(shù)量與減少LED節(jié)距的情況下達(dá)到給定的亮度；
●可以通過(guò)加長(zhǎng)光導(dǎo)板長(zhǎng)度，較容易地改進(jìn)混色性能。
5 高亮度直接型LED背光源
本LED背光源是一種邊光式背光源。作為邊光式背光源，它具有以下三個(gè)特點(diǎn)：
●其發(fā)光面可以沿其光學(xué)軸作360°發(fā)射；
●可以用較薄的鏡片覆蓋較大的面積；
●可以用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行混色。 
先前的邊光LCD用背光源存在著以下一些缺點(diǎn)：
●因?yàn)楣鈱?dǎo)板是用丙烯酸制作的，因而用于大尺寸的LCD電視（LCD—TV）時(shí)，會(huì)使其重量加大，并使成本增加；
●抑制與吸收紫外線；
●在用于彩色顯示時(shí)，難以將大功率紅綠藍(lán)LED用在直接背光源中。
為了解決上述問題并提高LED背光源的性能。美國(guó)與日本、荷蘭以及馬來(lái)西亞合作，研發(fā)了一種新穎的高亮度直接型邊光式LCD-TV用LED背光源。在這種背光源中，不用光導(dǎo)板，而是通過(guò)在LCD板后面的空腔中放置LED陣列代替之。采用這種LED背光源，可以做到在保持良好的光效時(shí)，能夠較好地控制亮度與顏色的均勻性。
5.1 結(jié)構(gòu)與工作原理
高亮度直接LED背光源是由以下幾部分組成的：
（1）安裝在金屬芯印刷電路板上的兩條由48只LED組成的線式陣列；
（2）裝有上述LED陣列的金屬盒，在盒的內(nèi)表面涂有一層擴(kuò)散反射膜，移動(dòng)該膜后面的LED非發(fā)光面，可以減少對(duì)光線的再吸收，從而取得高光效；
（3）位于LED陣列上方的換向器，其作用是防止LED在朝向屏的路徑上脫離軸光線。換向器可以做得很小，例如6mm，以阻止屏蔽對(duì)LCD屏的影響，因?yàn)檫@種影響會(huì)波及到LCD的亮度。由于換向器的尺寸有所不同，故它對(duì)發(fā)自LED的光有6%～40%的影響。同時(shí)，如果將換向器做得很小，便可使LED陣列置于一普通而簡(jiǎn)明的空腔內(nèi)。只要調(diào)節(jié)換向器，便可取得所需的高亮度特性；
（4）在上述金屬盒內(nèi)表面涂擴(kuò)散發(fā)射膜，該膜可以取得30%～40%的反射率；
（5）位于LCD之間的亮度增強(qiáng)膜，用以增加屏的亮度；
（6）位于LCD板后面的朗伯反射空腔，其側(cè)壁為鏡面。由LED陣列發(fā)射的光，有80%是在垂直于光軸±20°以內(nèi)，在36O°方位上被射入反射腔內(nèi)的。當(dāng)光線有效地進(jìn)入背光源孔時(shí)，其自由路徑達(dá)到zui大化，而在采取了適當(dāng)?shù)腖ED節(jié)距時(shí)，就可于緊靠LED陣列正上方的各個(gè)方向上取得良好的混色。在LED正上方朝向屏區(qū)只有約5%的光。為了將LED正上方的色影響減到zui小，利用換向器使光線改向，返回LED與朗伯空腔，使這部分光線的平均行程增加，因而產(chǎn)生了附加混色，降低了在LED正上方的色影響。
5.2 應(yīng)用與特征
     美、日、荷、馬四國(guó)開發(fā)的高亮度直接LED背光源是用于屏對(duì)角線為56cm之LCD-TV的，其尺寸為503mm×282mm。它具有兩個(gè)由48只LED組成的邊光陣列，兩陣列的間距為150mm，其中的LED間距為9mm。所用的LED中，24只紅光LED的總光通量為1039lm，48只綠光LED的總光通量為2436lm，24只藍(lán)光LED的總光通量為109lm。所有LED的驅(qū)動(dòng)電流為350mA。當(dāng)室溫下的白點(diǎn)色溫為9000K時(shí)，光效為33.2lm/W。在不使用亮度增強(qiáng)膜時(shí)，此背光源可取得5000cd/m2以上的高亮度：若使用亮度增強(qiáng)膜，則可以取得10000cd/m2的亮度。當(dāng)將這種LED背光源用于LCD板透射率為5%的LCD-TV時(shí)，可使后者具有500cd/m2的亮度。這種背光源與采用了這種背光源的LCD-TV之性能見表1。
6結(jié)束語(yǔ)
     LCD-TV市場(chǎng)的迅速發(fā)展，*地刺激了LCD背光源的研究與開發(fā)。由于LCD用的LED背光源具有壽命、色域、調(diào)率等性能及環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì)，因而成了倍受青睞的新一代LCD背光源，目前正在蓬勃地發(fā)展著。LED背光源的發(fā)展方向是功耗與成本更低、光致更高、壽命更長(zhǎng)、更亮與更薄更輕。隨著微機(jī)械、微電子及材料科技的進(jìn)步，必將會(huì)有更多朝著上述發(fā)展方向的新型LCD用的LED背光源問世。