LED背光设计原理,基础制程介绍

常规LED背光源设计基础介绍LEDLED是发光二极管英文缩写，也就是我们说的芯片。为了方便使用，经常将芯片封装成各种形状。常规背光常用的有：背光源由于液晶玻璃本身不具发光特性，因此，根据需要经常在液晶玻璃后面加上一个发光源，背光源(Backlight)即是提供LCD显示器产品中一个背面光源的光学组件。背光源的工作原理常规LED背光源的工作原理是将点光源变成面光源。LED（点光源）背光源（面光源）根据将点光源变成面光源的方法不同，常规LED背光源可分为底部光和侧部光两种。底部光典型结构底部光原理单颗LED：底部光原理返回侧部光典型结构产品成品外形：侧部光典型结构除去扩散膜：问题：如何做到侧部光原理全反射效应：很多导光板是由PMMA制造的，它的折射系数N1=1.4916而空气的折射系数N2=1当光线从导光板射向边界时,只要入射角I1大于某一角度时，光线不再有折射分量，而是全部被反射回导光板中（如图），根据折射定理：求临界角I0N1sinI0=N2sin90°sinI0=N2/N1=1/1.4916=0.67I0=42.2°结论:当入射角I1≥42.2°时,光线被全反射AIII2NI01N90°1侧部光原理光線在導光板中以全反射傳遞时如果遇到底部散射點，將會有部份光線散射而折射出導光板侧部光原理侧部光原理整个过程就是：LED网点扩散膜导光板反射膜把每个网点看作一颗LED，于是……常规LED背光源光电参数Vf:正向电压If:正向电流Pd:功耗Vr:反向电压Ir:反向电流Lv:亮度ΔLv:均匀性λΡ:波长Topr:操作温度Tstg:储存温度常规LED背光源光电参数之亮度亮度：根据背光源发光区面积的大小，用BM-7按表中规定的选点数（可根据具体情况适当增加或减少）逐点测量亮度，然后算平均值，该平均值就是亮度。A(B)选点数1≤302330~6060~1404140~250常规LED背光源光电参数之亮度背光源的亮度与光源的关系：式中：LV-----产品最低亮度（cd/m2）S---背光源发光面积（mm2）∑IV-----LED发光强度之和（mcd）η------背光源的光效率∑SLηVVI×103=常规LED背光源光电参数之均匀性均匀性：根据背光源发光区面积的大小，用BM-7按表中规定的选点数（可根据具体情况适当增加或减少）逐点测量亮度，均匀性＝亮度最小值÷最大值×100％。A(B)选点数1≤302330~6060~1404140~250常规LED背光源光电参数之波长可见光的波长范围是380nm到780nm。一般颜色用波长表示，白色用色坐标表示。常规LED背光源光电参数之波长颜色蓝色绿色黄绿色橙色琥珀色红色白色代号波长DX=0.280-0.361Y=0.248-0.385常用LED颜色对照表510-530568-578460-480580-600600-620620-640X=0.24-0.35Y=0.24-0.35常规LED背光源光电参数之电压电流1、单颗LED的使用电压蓝色、绿色和白色LED电压一般为2.9V~3.6V，我们用的大部分是2.9V~3.3V的。黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED电压一般为1.7V~2.5V，我们用的大部分是1.9V~2.3V的。2、单颗LED的使用电流除了个别白色LED外，常规背光用的LED的最大使用电流都是20mA，但是为了保证背光性能、寿命和可靠性，我们通常这样设计：蓝色和白色LED使用电流典型值为15mA，最大为20mA。绿色、黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED（四元素芯片LED除外）使用电流典型值为10mA，最大为20mA。四元素芯片的LED（我们现在使用的高亮黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED）使用电流典型值为10mA，最大为15mA。常规LED背光源光电参数之电压电流3、LED电流-电压特性表常规LED背光源光电参数之电压电流4、根据电路确定电压电流假设有一电路如下，其中每颗LED的电压为v，电流为i：那么该电路使用电压为：Vf=m×v使用电流为：If=n×i返回常规LED背光源光电参数之电压电流4、电阻一般客户都是定电压使用，如上面的电路，当客户提供的电压小于我们算出的电压时，电流会减小，背光将不能正常工作。当客户提供的电压大于我们算出的电压时，背光电流会增大，可能会烧坏背光；这时我们可以加一个电阻消耗掉多余的电压，使背光正常工作。如下，假设LED电压为v，电流为i，客户提供的电压为Vf：那么电阻阻值为：R=Vf-m×vn×i常规LED背光源光电参数之电路设计一般情况下，我们电路设计时应该注意两点：1、LED可以充分点亮。2、尽量使功耗最小。优先考虑第1点。例：客户要求我们设计一背光，需用5V使用，6颗白色LED，电路应该怎么设计呢？（1）（2）常规LED背光源光电参数之电路设计由于单颗白色LED要2.9~3.3V才能充分点亮，所以左边的电路中，要充分点亮LED需要5.8~6.6V，而客户只提供5V，所以电路设计错误。在左边的电路中，要充分点亮LED需要2.9~3.3V，客户提供5V，多出的电压可以用电阻消耗掉，所以电路设计正确。（1）（2）常规LED背光源光电参数之电路设计例2：客户要求我们设计一背光，需用5V使用，6颗黄绿色LED，电路应该怎么设计呢？（1）（2）常规LED背光源光电参数之电路设计在左边的电路中，LED可以充分点亮，但此电路电流典型值为60mA，功耗典型值为300mA，比上面的电路高一倍，所以电路设计不合理。由于单颗黄绿色LED要1.9~2.2V可以充分点亮，所以左边的电路中，要充分点亮LED需要3.8~4.4V，而客户提供5V，多出的电压可以用电阻消耗掉，所以电路设计正确。此电路电流典型值为30mA，功耗典型值为150mW。（1）（2）常规LED背光源结构之AK出脚方式背光源常见的A、K出脚方式有：1、PCB直接出脚：注：1、每个脚宽度一般需大于1.2mm，最小为0.8mm。2、脚的宽度、间距公差一般需大于±0.15mm，最小为±0.1mm；脚的长度一般需大于±0.5mm，最小为±0.2mm。3、脚宽度小于1.0时可考虑采用5面镀铜方式以便于焊接，但成本较高且脚的外观不太平整。常规LED背光源结构之AK出脚方式2、引线出脚:注：1、一般情况下引线长度需大于20mm。2、一般情况下引线长度公差需大于±5mm，最小为±3mm，线头部分公差需大于±2mm，最小为±1mm。常规LED背光源结构之AK出脚方式3、引线+端子出脚:注：1、一般情况下引线长度需大于20mm。2、引线＋端子长度公差需大于±5mm。常规LED背光源结构之AK出脚方式4、金属PIN针出脚:注：1、一般情况下使用φ0.5mm和φ0.8mm的PIN针。2、PIN针直径公差为±0.1mm；长度公差一般要求大于±0.5mm，最小为±0.3mm。常规LED背光源结构之PCB安装方式背光源常见的PCB安装方式有：1、卡钩式：常规LED背光源结构之PCB安装方式2、卡槽+点胶：常规LED背光源结构之PCB安装方式3、侧面铆接：常规LED背光源结构之PCB安装方式4、底面铆接：常规背光源LED数量和位置1、底部光LED数量最小值r=h×tg—θ2D=√2rh一般等于厚度H-0.9，底部光最常用的LED的θ约为96°，因此当厚度为5mm时，为了不出现暗格，LED间距最大约为6.44mm，这样可以根据V.A区尺寸算出最少需要多少LED，如果亮度不理想，可适当增加LED。常规背光源LED数量和位置2、侧部光LED的数量和位置①普通LED发光面离V.A区距离需要至少3.5mm以上，否则会LED前面区域会出现亮点。因此如果采用卡钩或卡钩＋点胶固定PCB，一般情况下背光最边缘离V.A区至少需要6.0mm。低亮黄绿色、橙色、琥珀色、红色LED需要距离可以减少1mm，高亮或体积较大的贴片距离需要增加。常规背光源LED数量和位置②为了避免LED间出现暗区，放LED的位置只有6.0mm时，LED间距最大为15mm；7.0mm时，间距最大为20mm。放LED的位置越大，间距可以随之适当加大。这样可以根据V.A区算出最少需要多少颗LED，如果亮度不理想，再适当增加LED。常规背光源尺寸公差1、基本公差和最小公差2、极限尺寸：①导光板厚度最小为0.8mm，加上膜片后最小为1.1mm。②通常PCB宽度最小为1.8mm，加上膜片后，装PCB的地方厚度最小为2.1mm。当PCB长度小于20mm时可以做得更小。基本尺寸~3535~8080~130基本公差±0.2±0.2±0.3最小公差±0.1±0.15±0.2常规背光源尺寸公差注：当背光厚度要求小于2.1mm时可参考下图设计，PCB可以高出导光板。