目前，一個新穎的LED光源——麗訊直照式(Luxeon Direct)，正在不斷整合成一個高效率的直照式背光源(direct backligh)。這個概念包含了Lumileds所公布的一款最新LED。這種直照式背光源將側(cè)面發(fā)射LED和設(shè)在LCD后面的高反射腔結(jié)合在一起。在這個方法之前，由于高彩色和亮度均勻性方面的要求，在直照式背光源設(shè)計中很難使用大功率的紅光、綠光和藍(lán)光(RGB)LED。本文介紹了一種方法，該背光源不用導(dǎo)光板，而用一排LED，這些LED放置在直接位于LCD面板后面的一個空腔內(nèi)，在保持一個好的光學(xué)效率的同時，控制亮度和顏色的均勻性。

1．設(shè)計

針對16：9屏幕寬高比的22"LED-TV，直照式LED背光源已經(jīng)有了長足發(fā)展。其中，背光源的尺寸為503×282mm，厚為50mm。它由一個金屬(鋁)盒子組成，這個金屬盒子含有兩直排位于金屬基印制板(MCPCB)上的48個LED。漫反射膜用于腔的內(nèi)表面，只允許LED的發(fā)光部分凸現(xiàn)腔內(nèi)。將LED沒有發(fā)光的表面移至漫反射膜的后面，通過降低光的再吸收來使效率最大化。

LED陣列的正上方是一個柔光鏡。該光學(xué)元件的目的是阻止沿軸向的光直接傳到屏幕上。在大多數(shù)情況下，這將產(chǎn)生顏色均勻性問題。在腔前面的放置一塊柔光鏡對設(shè)計很有幫助，設(shè)計師可以反復(fù)使用某些光，并移動到與顏色有依存關(guān)系的任何角度，以增加顏色的混合效果。

再把增亮膜(brightness enhancement filim)和液晶顯示器放在前面，就完成該光學(xué)系統(tǒng)的配置。

(1)側(cè)面發(fā)光LED

側(cè)面發(fā)光LED的例子如圖3所示。只所以采用透鏡式設(shè)計，是為了將大部分光發(fā)射到側(cè)面，只有一小部分沿著光軸。基于AIInGaP(紅色和琥珀色)和InGaN(綠色和藍(lán)色)的裝置在發(fā)射模式上有一些不同，但是它們的最大強(qiáng)度都有大約80°，0°是光軸。對紅光、綠光和藍(lán)光LED來說，在與光軸成45°之區(qū)域的累積光通量不到10%。每個LED有大約1W的功率。

2．LED直照式背光源的優(yōu)勢

選用間接照明方法在淺反射腔里獲得好的顏色混合，使用LUXEON大功率側(cè)面發(fā)光器就能達(dá)到這一要求。在與光軸正交的±20°之內(nèi)側(cè)面發(fā)光器大約發(fā)出它光的80%。當(dāng)有效的填滿背光孔時，光軸周圍360°的散射使平均自由路徑最優(yōu)化。

由于離散的有色LED有9mm的間距，在緊靠陣列的地方除了正上方外的所有方向，都能獲得好的顏色混合。在正上方，LED發(fā)出的光是靠近屏幕區(qū)域相對準(zhǔn)分布光的15%。為了減小LED正上方任何顏色影響，柔光器被用于改變光的方向讓其返回LED和朗伯(Lambertian)反射腔。這就改變了來自發(fā)光器的軸線上的光，讓光返回反射腔，在反射腔里增長了平均自由路徑，能夠發(fā)生額外的混合。

柔光鏡的非常小，寬度只有約6mm，以防止LED屏幕上任何陰影的影響，這種陰影可能影響背光板的亮度輪廓。在亮度輪廓的處理中，柔光器是個關(guān)鍵的元件，能夠影響側(cè)面發(fā)光器大約6-40%的發(fā)光。這就允許把發(fā)光器陣列設(shè)置在普通、簡單的反射腔里，只需要調(diào)節(jié)柔光器就可以實現(xiàn)各種需要的亮度輪廓。如果在一個50mm深的腔里用一個6mm的柔光器改變光的方向，那么大約50%的LED發(fā)光將直接投射在22"腔的側(cè)壁上。LED頂端到LCD背面之間的距離大約是40mm。在腔和LCD之間放置一塊2mm厚的散光片，如果反射率為30-40%，就可能獲得最好的結(jié)果。一般需要這種級別的反射，以達(dá)到顏色和亮度的高度均勻。

增亮膜(BEF)可以放在散光片和LCD之間，以增加屏幕的亮度。

3． 結(jié)論

結(jié)果表明：將紅光、綠光和藍(lán)光LUXEON大功率側(cè)面發(fā)光器集成為一個直照式背光源的設(shè)計，在顏色和亮度上都能提供完美的性能，已經(jīng)達(dá)到大約70%的光學(xué)效率。目前，大多數(shù)努力都集中于更高的光學(xué)效率(更低的功率)和更薄的直照式背光源的設(shè)計。在不久的將來，采用本直照式背光源設(shè)計的LUXEON設(shè)備將會擁有更優(yōu)異的前屏性能，比CCFL背光源的功率還低。

LCD-TV市場有望快速增長，對這個市場來說，深信本文中介紹的直照式背光源解決方案有吸引人的特點。LEXEON直照式背光源有如下優(yōu)點：長壽命(顧客希望LCD-TV維持像CRT那樣長的時間)，寬色彩飽和度(NTSC覆蓋范圍)，非常高的效率和亮度。此外，它不像CCFL那樣含水銀。

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