LED背光模组的设计与实现
21:10:31来源: 中国LED网
　　液晶屏自身并不发光，为了可以清楚地看到显示屏的内容，需要一定的白光背光源。背光源是存在于液晶显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学辅助组件构成。LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段，性能要远远优于CCFL背光源。目前，背光源已经在中小尺寸面板中普及，如手机、数码相框等，随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟，LED液晶电视将可能逐步取代传统的CCFL液晶电视。&
　　背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。直下式背光源，直接把LED光源放在出光面下面，光源发出的光经过一段空间距离和扩散板的扩散和混合后，成为面光源发射出来，直下式背光源需要一定的混光距离。而侧光式背光结构对超薄化的模块设计则更具优越性，随着“超薄风”的刮起，大尺寸超薄侧光式LED背光源成为各大电视厂商及上游企业的研究热点。
　　1 结构设计
　　本文所设计的LED背光源是侧光式超薄结构，整个结构包括：LED灯条、驱动板、膜材、导光板、散热块、上框架、背板。背光源采用白光LED，整个结构设计以Active Area的中心点为所有部件的设计中心，以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提，设计其它尺寸。综合考虑及光学设计的要求，对结构进行设计。结构设计先从UⅣOUT布局图着手，表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系，然后着手零件图结构设计。上框架采用分段式设计，在长度方向上分段，避免长度过长。灯条的出线端设置在背板的四个角处，减少绕线长度。
　　2 光学设计
　　的作用是把点光源发出的光通过漫反射使之成为面光源。为了得到合格的面光源，首先要选择合适的LED，本设计采用的是白光双芯片LED。通过预设白场光度指标，结合对液晶屏、光学膜等影响因素的研究分析，完成对整个背光源所需光通量的计算。根据计算的光通量，结合LED的光学特性计算出所需LED的颗数。表1所示为所选LED的电学及光学特性。
　　表1 LED电学及光学特性
　　为了提高背光源的亮度，膜材结构搭配为：一层扩散片+一层BEF+一层DBEF。其中，扩散片的作用是借扩散物质的折射与反射将光雾化，让射出的光更加均匀：BEF的作用是将光线聚拢，使其垂直进入液晶模块以提高辉度：DBEF是利用原先被传统吸收型偏光片吸收的50%的光线来增加亮度。导光板网点直径为0.54～1.55mm.图1所示为导光板的部分网点分布图。
　　图1 导光板网点分布图
　　3 电路设计
　　LED背光源电路设计主要包括灯条设计和驱动控制电路设计，图2所示为整个电路部分的结构。
　　图2 电路结构框图3.1 灯条设计
　　光源采用双芯片白光LED，灯条分布在背光源的四周。为了达到更好的电流均一性，灯条采用串并混联，实行两并多串。为了取得更好的散热效果，LED灯条采用铝基板加工制作。整个系统输入电压为24V，此电压由外部提供。
　　3.2 驱动控制电路设计
　　驱动芯片是三路峰值电流模式PWM控制器，通过闭环控制输出电流提供高精度LED电流。该芯片包含三个峰值电流模式控制器，给IC提供反馈，以确保更高效率和更高精度。芯片上的极驱动器进行了优化，用来驱动0.25A源电流或O.5A沉电流的逻辑电平FET，每个输出电流可通过线性或PWM调光方法进行单独调光。
　　该芯片的闭环系统能动态调节它的输出电压，以适应LED电流的线路和负载调整。单一内集成的三路驱动器保证了每串间有更好的电流匹配，同时降低了整个系统的芯片数量。具有40V线性稳压器，提供5V给lC供电，三个转换器的开关频率由内部振荡器控制，三路有1200的差，以降低输入电流波纹。高压驱动，电流匹配度良好。LED串间电流精度为4-2%，支持线性和PWM调光。
　　图3&&PW_M_波形图
　　3.3 散热设计
　　由于LED的光效较低，工作时会产生大量的热量，如果不解决散热问题，会导致LED发光亮度的衰减和使用寿命的缩短。为了抑制LED产生的热量影响背光模组的辉度和色度，就要对LED进行散热设计。
　　为了达到更好的散热效果，将LED阵列焊接在铝基板上(MCPCB)，铝基板比普通的PCB(FR4材质的PCB)散热效果要好很多倍。在铝基板下面，设计了长条形的散热块。在散热块和灯条之间贴敷导热双面胶，并用螺钉固定铝基板和散热块。在背光源的四周热量聚积地带，贴敷带保护膜的导热片。为了降低热阻，在LED焊盘上加导热过孔。这样，减少了PCB板垂直于热流方向的截面积，从而减少了顶层和底层之间的热阻而加强了LED灯热量的传导。最后，依靠电视机壳里的空气对流将热量散掉。
　　4 测试结果
　　本文所设计的液晶电视用超薄LED背光源为侧光式结构，光源采用白光LED。图4所示为组装后的LED背光源，厚度为9.9mm。利用BM一7进行九点测试，中心辉度为5，500nit，亮度均齐性为82%，色彩还原性达到95%@CIE 1976。背光源整体功率为150W，其中LED为135W，驱动电路效率达90%。背光系统的驱动电路属于高压驱动，电路简单，电流一致性良好。
　　图4 组装后的背光源
　　5 结论
　　本文设计了一款大尺寸超薄液晶电视用LED背光源，中心亮度达到5，500nit，整体背光源功率为150W，亮度均齐度为82%。整机厚度为9.9mm，达到业内领先水平。本文设计的背光源已通过信赖性测试，为量产打下了基础。
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编辑：探路者
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现任华润矽威科技（上海）有限公司市场部经理/高工，上海市传感技术学会理事、副秘书长。led显示屏模组的作用和重要性
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　　跟着光电工作的开展,led显示屏的使用也越来越广泛,led模组便是把(发光二极管）按一定规则摆放在一起再封装起来，加上一些防水处理构成的产品。它是led显示屏的中间有些,简略的便是用一个装有led的线路板和外壳就成了一个led模组。
　　杂乱的就加上一些控制，恒流源和有关的散热处理使led寿数和发光强度非常好。
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　　LED模组的参数
　　颜色：这是一底子的参数，不一样颜色使用在不一样的场合。按颜色品种可以分为单色、全彩单点控制二种。单色便是单种颜色，不能改动。接上电源就可以工作了。
　　全彩单点便是可以控制到每一个模组的颜色，在模组的数量抵达一定程度的时分可以完结显示图画和视频的效果。全彩单点要加上控制体系才华完结效果。
　　电压：这是一个很重要的参数，当时12V的低压模组是比照广泛的。在联接电源和控制体系的时分一定要查看电压值的正确性，才华通电，否则就会损坏LED模组。
　　工作温度：:便是说LED正常工作的温度。通常情况在-18&C?+58&C之间，假设需求规划比照高的场合就要进行格外的处理,比如说加空调或排风扇。
　　发光角度：没有带透镜的LED模组发光角度首要由LED来决议，LED的不一样发光角度也不一样，通常以厂家供应的LED的发光角度为LED模组的角度。
　　亮度:一说到亮度,我们就想到高亮度这个词,这个参数是我们比照注重的一个参数。
　　亮度在LED里边是比照杂乱的疑问，我们通常在LED模组中所说的亮度通常是发光强度和透明度,通常是每个模组有关的度数相加得出来的。
　　防水等级：这个首要是关于户外,这个确保LED模组能不能在户外长时间工作的重要方针。通常情况在全露天的情况最佳防水等级要抵达IP65
　　标准：这个比照简略，便是通常所说的长宽高等标准。
　　单条联接的最大长度：这个参数我们在做大型工程的时分用得比照多，它的意思便是在一条串联LED模组中，所联接的LED模组的个数。这个与LED模组的联接线的大小有联络。也要根据实践情况来定做。
　　功率：根据阅历它有专门的阅历公式：
　　模组的功率=单个LED的功率*LED的个数*1.1以上是led模组的底子参数,通常客人买led显示屏时都要注重的这个疑问点，也可以经过这点首要判别适不适合您的需求了。
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液晶屏逻辑板和屏坏简易判断及检修
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屏电路就是逻辑板，一直以来都被很多师傅误以为是不可维修的，主要是因为逻辑板是随屏一起由液晶屏厂家一起提供，厂家出于对技术的保密，其相关资料很少，加之接触的少，因此对逻辑板的组成和工作原理也是甚是模糊不清，所以被误认为逻辑板是不可维修的，很多维修工把逻辑板电路故障判为屏坏，针对这种认识上的误解，通过维修实例、维修技巧及经验交流供大家参考，以便让大家对逻辑板电路的工作原理有一个初步的认识，以增强大家勇于实践的信心，打破其不可维修的神话。
LC320W01-SLA1逻辑板.jpg (201.32 KB, 下载次数: 26)
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屏逻辑板损坏造成的故障现象有：黑屏、白屏、灰屏、负像、噪波点、竖带、图像太亮或太暗等，不同的液晶屏一般需要选择不同的 LVDS 程序，当程序不匹配时多会出现彩色不对或图像不正常等现象，也就是通常说的屏参不对，屏参可通过总线调整即可恢复着正常图像，不在本讨论范围之内，以下说的是指排线正常情况下的检修过程和原理。
逻辑板电路有的是单独的一块电路板，有的和屏连接在一起，单独的逻辑板可以摘板维修，和屏连接在一起的维修过程中一定小心，避免碰伤或高温损坏菲林模组和液晶屏幕。
白屏故障在实际维修中占有相当大的比例，遇到白屏故障首先要检查3个电压，
1、屏供电电压是5V或者是12V，
2、VGH: Vgatehigh,是指gate级的高电位,也就是打开gate级的电压。 18V---24v
3、VGL: Vgatelow,是gate级的低电位,也就是关闭gate级的电压,在二阶驱动时此电压有效,在三阶驱动时,此电压只是用来产生V&&-6v----&&-7v
VGH是由5V或12V的屏供电电压经过一个DC----DC变换电路输出的后产生的电压18V或者是24V，由屏而定。VGL负7V，它也是由DC---DC变换电路输出的。一般屏电路这三个电压都正常，最后才考虑主芯片；一般屏的DC变换电路，第一要检查的就是滤波电容，第二个就是DC---DC电路，IC坏的多，检查以上几步如果还不能修好，建议直接更换逻辑板，如果是一体屏，那就只有更换屏了，伽马校正电路故障率不是很高，故也不讨论。
& &&&液晶LCD屏出现竖线，由于和屏连接的菲林模组是用专业压屏机完成，一般维修部没有该设备，故可以用热风枪加铝片处理，一般竖线是屏驱动和屏连接的排线松动，用手按着就好。因排线是软塑料制成不能用热风枪直接加温，就借用铝片去按压排线，然后加热铝散热片。用手按着不要松动，温度控制在200摄氏度，太高会把排线烧坏，风枪温度要自己掌握好不然会把屏吹报废，如果还不能修复那就只能报废，还有部分液晶LCD屏出现竖线是由于屏内电路损坏，这是无法维修的。
一般的故障判断如下：
1、花屏一般检查lvds连接线，多是接口处连接松，或潮湿，芯片坏的也有。
2、调节时菜单乱码，是主板故障，更换主芯片或则存储器，或则直接更换主板。
3、黑屏故障，大部分是背光电路故障，少部分主板故障。
长虹，康佳等多种机型白屏通病是屏逻辑板上的DC-DC电路坏， 可换DC-DC电路解决， 不用换板即可修复。
采用TPS65161的DC/DC典型电压：
电路主要电压释义
• VGL:GATE OFF控制电压；本屏:-5.6V
• VGH：GATE ON控制电压；本屏：21V
• VCOM:显示屏的基准电压。Vcom电压生成电路由接近共
模电压(VDD/2)的10位D/A转换器组成。
• VDD：数字电源,VDD18表示1.8V,其他同。
• AVDD/VDA:模拟电源,供给U6/HX8915产生GAMMA电压；
• M/POL：液晶驱动极性转换信号，用于产生VCOM信号
• GVON,GVOFF:VGH时序控制信号，来自于CM1682A第36脚，37
• PWRON，DC/DC转换IC开启信号，来自于CM1682A第33脚；
关于伽马校正电路的维修案例（本案例只是说明伽马校正电路维修中的处理，实际工作中不不多见）：
故障现象：开机字符，雪花点一切基本正常，当接上信号后，发现图像在亮的地方有彩色镶边，就像LVDS线接触不良一样！越亮的地方越严重。亮度低的时候，基本看不出来，屏是AU的T370XW02.。
分析与处理：首先打开菜单，在对比度调整选项中，将对比度打到最高，发现图像镶边极其严重，基本看不到正常的图像了，但是把对比度调低，发现，当对比度低于50的情况下，画面基本和正常无异，基本看不出故障来了。这说明了故障范围可以排除主板了，不是屏线接触不好，就应该是逻辑板或是屏损坏。于是将LVDS线拔出，在触点上用橡皮仔细插了几遍，再从新固定。开机故障依旧！反复晃动屏线故障也无变化，说明屏线正常。那么故障基本就锁定在屏上，或是逻辑板上了。
& && & 出现此类故障是典型的屏GAMMA控制电压异常，于是按照逻辑板的标识找到GAMMA1-GAMMA22的测试点，逐一测试这22个检测点电压。正常情况下该电压应该是从GAMMA1-GAMMA递减的。结果测试发现，从GAMAM1-GAMMA20确实电压基本正常从15V多见到3V左右，倒是到了GAMMA21却发现电压突然升到了8V多，这显然是不对的！按照线路查找，发现这个逻辑板的GAMMA 控制是有AS15-F这个芯片完成的，GAMMA21电压正是出自这个芯片的一个引脚上，大致检测芯片外围电阻无变值的，电容无漏电后果断更换GAMMA控制IC AS15-F后故障排除。
& && & 在逻辑板上都有很小的一个圆形可调电阻，有的直接在保护的铁壳上有孔可以方便用螺丝刀调节，这个是VREF调整电路，转动这个可调电阻，可以调整vref电压，对应的是屏的色彩变化，非工厂模式不建议调整。
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