CN101963313A - 用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源 - Google Patents

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崔晴宇
郭小军
曹太鑫
李奇典
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Abstract

一种液晶显示技术领域的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，LED灯条、导光板、反射罩和PWM控制器，LED灯条位于导光板的入光面的外侧，所述的导光板为扁平形长方体，包括出光面、入光面、其它四个面，所述反射罩紧贴导光板除出光面、入光面的四个面，根据工作方式的不同，PWM控制器与LED灯条直接连接或反馈连接。本装置实现类似于直下式LED背光模组二维动态背光特点的一维侧光式动态背光技术方案。

Description

用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源
技术领域
本发明涉及的是一种液晶显示器技术领域的装置，具体是一种用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源。
背景技术
薄膜晶体管-液晶显示(TFT-LCD)的原理是利用液晶来控制偏振光的通过与否来实现显示功能。传统的TFT-LCD面板的主要结构，通常由液晶面板，背光模组及光源组成，液晶面板包括两个正交的偏振片p偏振片和s偏振片，玻璃导光板，配向膜，液晶层，彩色滤光片。其原理是通过在ITO导电单元上施加电压，进而在液晶层上形成电场来控制液晶的取向，从而控制从p偏振片出射的出射光的偏振态，继而控制从s偏振片的出光量大小，形成控制光通量的光阀；然后通过彩色滤光片进行红、绿、蓝三色滤光以形成彩色像素，达到显示功能。由于液晶本身不具有发光特性，背光模组的作用是向液晶显示面板提供高亮度且分布均匀的面光源，背光模组由反射板，导光板，光学扩散膜以及棱镜增透膜或DBEF膜组成。
经过对现有技术的检索发现，背光模组部分是整体液晶显示器功耗的主要消耗部分，占70％左右。为了适应当前全社会节能减排的主题，有必要拿出有效的方法来降低背光模组部分所消耗的功耗。对于如图1、图2所示的基于LED颗粒的直下式背光模组而言，可以采用二维动态背光技术以匹配面板显示的图像，达到节能同时增强显示的效果。但是直下式的二维动态背光技术，由于固有的混光距离，难以实现薄型化设计。
但是，对于中小尺寸液晶显示器而言，为了降低背光模组的厚度，所用的背光模组一般是采用侧入光技术。就是说，背光模组的光源LED或冷阴极荧光灯线光源分布于导光板的侧面，然后导光板的正面为出光面，导光板底部分布散射网点，将线光源转换为面光源。但是，传统的侧入光式背光模组无法实现动态背光，最多只可以整体调节背光模组出光面亮度，没有办法实现类似于二维动态背光那样的调节效果，从而无法匹配前面板所需的显示效果，达不到更好的节能与提高显示效果的作用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，实现类似于直下式LED背光模组二维动态背光特点的一维侧光式动态背光技术方案。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：LED灯条、导光板、反射罩和PWM控制器，其中：LED灯条位于导光板的入光面的外侧，所述的导光板为扁平形长方体，包括出光面、入光面、其它四个面，所述反射罩紧贴导光板除出光面、入光面的四个面，根据工作方式的不同，PWM控制器与LED灯条直接连接或反馈连接。
所述的导光板底部分布有散射网点，散射网点的最大尺寸小于等于1000μm，散射网点可以凹入导光板底部平面，也可以突出于导光板底部平面；导光板底部单位面积中散射网点的总面积所占的比例，随着与灯条的距离由小变大而逐渐变大。
所述的反射罩由反射膜或反射板组成，可见光波段的反射率要高于80％。
所述的LED灯条包括：若干个均匀排列的LED颗粒组成，每个LED颗粒的出光面正对着导光板的入光面。
所述的LED颗粒的出光面为长条形，该LED颗粒的厚度为0.2mm-5mm。
所述的LED颗粒的光强度的半高宽角小于等于120度。
所述的直接连接是指：PWM控制器输出端口直接与LED灯条的每一个LED颗粒相连，通过脉冲宽度调节实现LED颗粒亮度的单独控制，即在一个周期内使用特定占空比的信号脉冲波形来驱动LED，驱动LED颗粒的平均电流取决于驱动信号的占空比和额定的LED驱动电流。
所述的反馈连接是指：在所述LED灯条上每一个LED颗粒对应串联一个与PWM控制器的反馈端口相连接的电阻，电阻上的电压信号反映了流过LED颗粒的电流，PWM控制器根据电压信号输出具有占空比的脉冲信号以驱动LED颗粒。
与现有技术对比，本发明综合了侧光式背光模组薄型化的优点和直下式LED背光模组动态背光的优点，实现了一维侧光式动态背光功能，一定程度上降低了侧光式LED背光模组的功耗，同时也增强了显示的效果。
附图说明
图1为本发明结构侧视图
图2为本发明结构正视图。
图3为通过控制工作电流实现的LED颗粒亮度单独控制电路图
图4为通过调节脉冲宽度实现的LED颗粒亮度单独控制电路图
图5为仅第10颗LED颗粒发光时背光模组的照度分布图。
图6为所有LED颗粒同等亮度时背光模组的照度分布图。
图7为测试图形1侧光式动态背光的结果图。
图8为测试图形2侧光式动态背光的结果图。
图9为实际要显示的灰度图像。
图10为对应于图7的侧光式动态背光结果图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1-图2所示，本实施例包括：LED灯条1、导光板2、反射罩3和PWM控制器4，其中：LED灯条1位于导光板2入光面6的外侧，所述的导光板2为扁平形长方体，包括：出光面5、入光面6以及四个侧面7，所述反射罩3设置于导光板2的四个侧面7，PWM控制器4与LED灯条1直接连接或反馈连接。
所述的LED灯条1由42个均匀排成一列的LED颗粒8组成，该LED颗粒8正对着导光板2的入光面6。
所述的导光板2的尺寸是0.9mm×184mm×318mm，材质是PMMA。
所述的导光板2底部分布有散射网点9，这是为了实现更均匀的出光效果，散射网点9的最大尺寸小于等于100μm，其单位面积上的分布密度在靠近LED灯条1的区域较小，在远离LED灯条1的区域较大，散射网点9具体为凹入导光板2底面，每个散射网点9的形状为半球形，直径在30μm。
所述的相邻散射网点9的中心间隔相同且为100μm，相邻行在与行平行的方面相错此间隔的一半，即50μm。而散射网点9的行间距则是根据与LED灯条5的远近来确定，距离灯条近的行间距大些，距离灯条远的行间距小些。
所述的LED颗粒8的出光面5为长条形，该LED颗粒8的厚度为0.2mm-5mm；
所述的导光板2的入光面6的厚度为0.2mm-5mm；
所述的LED颗粒8的光强度的半高宽角小于等于120度。
通过程序设计得到的背光模组最好的出光均匀度是96.8％。
如图3所示，所述的反馈连接是指：在所述LED灯条1上每一个LED颗粒8对应串联一个与PWM控制器的反馈端口相连接的电阻R2，电阻R2上的电压信号反映了流过LED颗粒8的电流，PWM控制器4根据电压信号输出具有占空比的脉冲信号，经过R1和C1组成的低通滤波器滤波后驱动LED颗粒8。
如图4所示，所述的直接连接是指：PWM控制器4输出端口直接与LED灯条1的每一个LED颗粒8相连，通过脉冲宽度调节实现LED颗粒8亮度的单独控制，即在一个周期内使用特定占空比的信号脉冲波形来驱动LED，驱动LED颗粒的平均电流取决于驱动信号的占空比和额定的LED驱动电流，决定PWM控制器4输出驱动信号占空比的信息是通过端口FB来输入的。
本装置中的PWM控制器4中显示了核心芯片，本实施例采用的是SG6840，其端口功能为：GND，接地脚；VDD，电源输入；GATE，驱动器输出；SENSE，电流取样；FB，反馈脚；Ri，基准设定；RT，过热保护；VIN，起动电流输入脚。
如图5所示，在背光模组已经达到很高的整体出光均匀度基础上(如图6所示)，得到了单个LED颗粒8点亮时背光模组的出光分布。图5显示的是第10颗LED颗粒8点亮时背光模组的出光分布，可以说离此LED颗粒8越近的区域，光强越强。整个背光模组出光面接近一半的区域光强很接近，约为整个背光模组出光面最强光强的四分之一到五分之一。这样的不均匀光强分布表明可以通过调节LED灯条1上各个LED颗粒8的亮度来实现侧光式动态背光。
为此对两个测试图形进行了验证，如图7，图8所示。黑区域的灰度值是0，灰色区域的灰度值是128，最高的灰度值设定为256。图7的归一化功耗为0.43855，图8的归一化功率是0.49131。在这两个测试图形下，侧光式动态背光节能的效果很明显。从图7，图8中可以看出侧光式动态背光对于前板要显示的灰度的匹配效果，按照特定的侧光式动态背光算法得到的灯条1亮度分布，不是每个LED都达到最高的发光功率。图9、图10显示的是对一个实际灰度图像的侧光式动态背光的调节效果，归一化功率为0.8385。图9是要显示的灰度信息，图10是对应于图9的背光亮度分布，越黑的地方亮度越低。
这些节省功耗的效果都是侧光式LED灯条1中LED颗粒8的亮度可以单独控制所带来的结果。达到了前文所述的优点，综合了侧光式背光模组薄型化和直下式LED背光模组动态背光的特点，实现了一维侧光式动态背光功能，降低了侧光式LED背光模组的功耗。

Claims (10)

1.一种用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，包括：LED灯条、导光板、反射罩和PWM控制器，其特征在于：LED灯条位于导光板的入光面的外侧，所述的导光板为扁平形长方体，包括出光面、入光面、其它四个面，所述反射罩紧贴导光板除出光面、入光面的四个面，根据工作方式的不同，PWM控制器与LED灯条直接连接或反馈连接。
2.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的导光板底部分布有散射网点，散射网点的最大尺寸小于等于1000μm。
3.根据权利要求2所述的导光板底部分布的散射网点，其特征是，可以凹入导光板底部平面，也可以突出于导光板底部平面。
4.根据权利要求2或3所述的导光板底部分布的散射网点，其特征是，导光板底部单位面积中散射网点的总面积所占的比例，随着与灯条的距离由小变大而逐渐变大。
5.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的LED灯条包括：若干个均匀排成列的LED颗粒组成，每个LED颗粒的出光面正对着导光板的入光面。
6.根据权利要求5所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的LED颗粒的亮度可单独调节。
7.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的直接连接是指：PWM控制器输出端口直接与LED灯条的每一个LED颗粒相连，通过脉冲宽度调节实现LED颗粒亮度的单独控制，即在一个周期内使用特定占空比的信号脉冲波形来驱动LED，驱动LED颗粒的平均电流取决于驱动信号的占空比和额定的LED驱动电流。
8.根据权利要求1所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的反馈连接是指：在所述LED灯条上每一个LED颗粒对应串联一个与PWM控制器的反馈端口相连接的电阻，电阻上的电压信号反映了流过LED颗粒的电流，PWM控制器根据电压信号输出具有占空比的脉冲信号以驱动LED颗粒。
9.根据权利要求5至8中任一所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的LED颗粒的出光面为长条形，该LED颗粒的厚度为0.2mm-5mm。
10.根据权利要求5至8中任一所述的用于液晶显示器的一维侧光式动态背光光源，其特征是，所述的LED颗粒的光强度的半高宽角小于等于120度。
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