CN101839423A - 一种提高led背光源亮度均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高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***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。

Description

一种提高LED背光源亮度均匀性的方法

技术领域

本发明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)背光源亮度均匀性的方法，特别是一种通过LED的不等间距排列，得到全屏亮度均匀的LED背光源。

背景技术

目前液晶显示器(LCD)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匀的，从而使LED背光源的全屏亮度均匀性，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***之间的关系，提出一种非均匀排列LED的方法，改善LED背光源的亮度均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种提高LED背光源亮度均匀性的方法，降低成本，提高LED背光源亮度。

本发明提出的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***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***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***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Δl，即任意两颗LED排列间距的可能值为la，la+Δl，la+2Δl，la+3Δl...，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:Δl: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；

Dk＝Dk-1，Dk+1＝Dk-2......Dna-1＝D1；

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+1之间。任意点的亮度值计算方法如下：

for Di＝la:Δl:l/2；

i取1到k，求得第i和第i+1颗LED的可能排列间距Di；

Dk+1＝Dk-1，Dk+2＝Dk-2......Dna-1＝D1；

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；

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+Δl，lb+2Δl，lb+3Δl...，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。

作为本发明的一种简化，侧入式和直下式中LED的非均匀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匀对称排列。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。

本发明根据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***，不增加成本，只改变LED的排列方式的情况下，提高了LED背光源的亮度均匀性。

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；

下面结合附图对本发明的内容作进一步详细说明。

具体实施方式

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(x)计算出在水平方向LED灯管110的排列间距x1，x2...xn-1，按该间距排列LED灯管110，可以得到亮度均匀性较高的背光源。

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匀排列，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之后的亮度分布函数L＝f(x，y)，其中x为水平方向任意一点到LED背光源中心垂直垂线的距离，y为垂直方向任意一点到LED背光源中心水平垂线的距离，L为亮度值。然后根据背光源所需要的LED灯管110总数，以及单颗LED灯管110的亮度分布函数f(x，y)在水平方向和垂直方向的分量，分别计算出水平方向LED灯管110的排列间距x1，x2...xn-1和垂直方向LED灯管110的排列间距y1，y2...ym-1，从而得到整个背光源中所有LED灯管110的排列方式和排列间距。按该间距排列LED灯管110，可以得到亮度均匀性较高的背光源。

本发明所提出的LED背光源排列方法具有如下的优点：

根据LED灯管的特征参数和亮度分布函数，不改变LED背光模组光学***，只改变LED的排列方式，提高背光源的性能，同时，使背光源亮度均匀性更好。

(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背光源的尺寸为l(长)×w(宽)，在长和宽方向上排列的LED数量分别为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***的透过率等参数，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***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Δl，即，任意两颗LED排列间距的可能值为la，la+Δl，la+2Δl，la+3Δl...，直到l/2结束，另外无论是水平还是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:Δl:l/2；(第一颗和第二颗LED的可能排列间距)

for Di+1＝Di:Δl:l/2；(第二颗和第三颗LED的可能排列间距)

for Di+2＝Di+1:Δl:l/2；(第三颗和第四颗LED的可能排列间距)

……

for Dk-1＝Dk-2:Δl:l/2；(第K-1颗和第K颗LED的可能排列间距)

Dk＝Dk-1，Dk+1＝Dk-2......Dna-1＝D1；

Li＝f(1)+f(2)+f(3)…+f(na)(任意点的亮度计算方法)

当LED个数na为偶数时，则中心位置介于k＝na/2和k+1之间。任意点的亮度值计算方法如下：

for Di＝la:Δl:l/2；(第一颗和第二颗LED的可能排列间距)

for Di+1＝Di:Δl:l/2；(第二颗和第三颗LED的可能排列间距)

for Di+2＝Di+1:Δl:l/2；(第三颗和第四颗LED的可能排列间距)

……

for Dk-1＝Dk-2:Δl:l/2；(第K-1颗和第K颗LED的可能排列间距)

for Dk＝Dk-1:Δl:l/2；(第K颗和第K+1颗LED的可能排列间距)

Dk+1＝Dk-1，Dk+2＝Dk-2......Dna-1＝D1；

Li＝f(1)+f(2)+f(3)…+f(na)(任意点的亮度计算方法)

如Li满足亮度均匀性的要求，则记录下所有对应的LED排列间距数据组，作为第二个测试点亮度值计算的排列间距数据库。根据第一个测试点筛选出的LED排列间距数据库，计算第二个测试点处LED的亮度值，挑选出使第二个测试点满足亮度均匀性的数据组，作为第三个测试点亮度值计算的排列间距数据库。以此类推，可以得到使最后一个测试点满足亮度均匀性要求的LED排列间距数据组，也就得到使所有测试点亮度值满足均匀性要求的排列数据组。在这些满足要求的数据组中，求出使所有测试点亮度值的均方差最小的排列数据组，即为所求的非均匀LED排列间距。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+Δl，lb+2Δl，lb+3Δl...，直到l/2结束。

(5)在计算出LED非均匀排列间距的基础上，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。

在侧入式背光源装置中，根据LED灯管亮度沿电路板的一维分布函数，计算出沿电路板方向各LED灯管的排列间距，通常情况下，排列间距是不等间距的。

在直下式背光源装置中，根据LED灯管的二维分布函数计算出背光源中LED灯管排列间距和排列方式为沿水平和垂直方向排列。

在直下式背光源装置中，以水平和垂直方向排列的LED背光源，水平方向和垂直方向排列的LED之间的间距是不相等的。

在直下式背光源装置中，水平和垂直方向的LED均呈不等间距排列，且水平和垂直方向的不等间距排列方式可以相同，也可以不同。

Claims (1)

1.一种提高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***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***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***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；

Dk＝Dk-1，Dk+1＝Dk-2......Dna-1＝D1；

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+1之间。任意点的亮度值计算方法如下：

for Di＝la:Δ1:l/2；

i取1到k，求得第i和第i+1颗LED的可能排列间距Di；

Dk+1＝Dk-1，Dk+2＝Dk-2......Dna-1＝D1；

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；

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。

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