CN101338878A

CN101338878A - 色温可调的高亮度led背光模块

Info

Publication number: CN101338878A
Application number: CNA2008100215169A
Authority: CN
Inventors: 冯奇斌; 吕国强; 胡跃辉
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2008-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-01-07

Abstract

色温可调的高亮度LED背光模块，采用直下式混合型结构，包括用于固定设置LED发光单元的反射腔底板，及依次设置的反射腔、扩散板、扩散膜和增量膜；其特征是所述LED发光单元是由白光LED和单个或多个各自独立可控的三基色LED组成，所述发光单元中的各LED在反射腔底板上成族布置。本发明能够使LED背光模块既能达到高亮度，又能获得可调和控制的色温。

Description

色温可调的高亮度LED背光模块

技术领域

本发明涉及液晶显示背光模块，更具体地说是一种使用LED的直下型背光模块。

背景技术

液晶显示器LCD作为一种被动显示器件，本身并不发光，需要有背光模块为LCD提供光源。背光模块的性能直接决定了显示器的亮度、颜色，以及功耗等主要指标。目前的背光模块一般是以冷阴极荧光灯CCFL为光源。

随着发光二极管LED亮度的改善，LED背光模块显示出CCFL无法比拟的优点，比如色彩还原性好、寿命长、体积小、环保等，这些都使LED背光模块越来越多地应用在LCD中。

LCD背光按耦合方式的不同分为侧入式和直下式。侧入式结构的光线从侧面入射到导光板扩散成面；直下式结构的光线从底部入射，通过扩散板(膜)扩散成面。侧入式光线通过导光板时会被吸收，大尺寸导光板制造困难、价格高。

目前的LED背光模块在光源的采用上有两种形式，一种是单独使用白光LED，白光LED通过芯片发出的蓝光激发荧光粉产生黄光，蓝光和黄光混合产生白光；另一种是使用RGB，即红、绿、蓝三基色LED，三基色LED通过混合红、绿、蓝三种颜色光而产生白光。这其中，白光LED背光源可以通过采用发光强度大于40lm的大功率白光LED获得高亮度，三基色LED背光源可以通过对三种基色光的单独控制来实现色温调整。但是，白光LED和三基色LED都存在各自的问题，比如白光LED在长期工作的过程中，亮度和温度的变化都会引起色温变化，但白光LED背光源的色温不可调；对于三基色LED背光源来说，若是要达到与白光LED背光源同样的亮度，则需要更多的LED灯，这显然增加了功耗和成本。

中国专利200410048713.3公开了一种背光组合及具有该背光组合体的液晶显示器，采用了侧光式结构，并非以LED作为光源；

中国专利200610052785.2公开了一种轻薄型大功率LED背光源，采用了大功率白光LED，侧光式结构，色温不可调；

中国专利200510034629.9公开了一种使用LED的LCD背光系统，该系统需要将三基色LED封装在单元器件内，由该单元器件排列形成光源；

中国专利200510034645.8和200510034629.9类似，不同之处在于单元器件内封装了具有不同峰值波长范围的6色LED；

中国专利200610052785.2公开了一种使用LED的背光模块，采用了白光LED配合红、绿LED以达到稳定色温的目的，采用侧光式结构，只能稳定色温，不能大范围改变背光模块的色温。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种色温可调的高亮度LED背光模块，以期使LED背光模块既能达到高亮度，又能获得可调和控制的色温。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明采用直下式混合型结构，包括用于固定设置LED发光单元的反射腔底板，及依次设置的反射腔、扩散板、扩散膜和增量膜；

本发明的结构特点是所述LED发光单元是由白光LED和单个或多个各自独立可控的三基色LED组成，所述发光单元中的各LED在反射腔底板上成族布置。

本发明的结构特点也在于：

所述LED发光单元由白光LED和一个单色LED组成，所述一个单色LED为红色、绿色或蓝色LED。

所述LED发光单元由白光LED和三个三基色LED组成，所述三个三基色LED分别为红色、绿色和蓝色。

所述LED发光单元由白光LED和三个以上三基色LED组成，各三基色LED以白色LED为中心，在白色LED的外周均匀分布，相同颜色的三基色LED间隔分布。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明采用直下式结构，避免了使用导光板，提高了背光模块的功效，降低了成本；

2、本发明通过采用大功率白光LED，相对于使用三基色LED混色的背光模块，在同等功效的情况下，可以获得更高的亮度；

3、本发明由于采用白光和单个或多个三基色LED的混合结构，因此所提供的背光模块能够工作在两个或多个色温下。

4、本发明通过配置单个或多个三基色LED，可以实现背光模块的大范围内的色温调整，比如从6500K调整到9300K。

附图说明

图1为本发明中由白光LED与多个三基色LED构成发光单元结构示意图。

图2a、图2b、图2c和图2d为本发明中由白光LED与单个或多个三基色LED构成发光单元的不同实施方式结构示意图。

图3为本发明直下式混合型结构背光模块的结构示意图。

图4为本发明白光LED的光谱曲线。

图中标号：1反射腔、2反射腔底板、3发光单元、30白光LED、31单色LED、32红光LED、33绿光LED、34蓝光LED、4扩散板、5扩散膜、6增量膜、7液晶面板。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

参见图3，采用直下式混合型结构，包括用于固定设置LED发光单元3的反射腔底板2，及依次设置的反射腔1、扩散板4、扩散膜5和增量膜6；LED发光单元发出的光线通过反射腔1经过扩散板4和扩散膜5形成均匀面光源，并照射在液晶面板7上。使用增量膜6可以有效提高LCD屏前亮度。

参见图1，本实施例中，设置在反射腔底板2上的LED发光单元3是由白光LED和单个或多个各自独立可控的三基色LED组成，发光单元3中的各LED在反射腔底板上成族布置。

具体实施中包括：

如图2a所示，LED发光单元3由白光LED 30和一个单色LED 31组成，一个单色LED31为红色、绿色或蓝色LED。

如图2b所示，LED发光单元3由白光LED 30和三个三基色LED组成，三个三基色LED分别为红色LED 32、绿色LED 33和蓝色LED 34。

LED发光单元3还可以由白光LED 30和三个以上三基色LED组成，各三基色LED以白色LED 30为中心，并在白色LED 30的外周均匀分布，相同颜色的三基色LED间隔分布。

图2c所示，包括了一个白光LED 30，一个红光LED 32，一个蓝光LED 34，两个绿光LED 33。

图2d所示，包括了一个白光LED 30，一个红光LED 32，一个绿光LED 33，两个蓝光LED 34。

三基色LED的具体配置形式需要考虑将要调整达到的色温和所选白光LED的色温。

为了在白光中添加红、绿、蓝光线以实现色温调节，需要知道不同色温下红、绿、蓝三色所需比例。色温和色坐标的关系见式1。得到某色温下参考白光的色坐标后，代入式2得到相应的三基色的光通量。根据对白光LED光谱曲线的分析，得到需要补偿的RGB三原色的光通量。根据选用的三基色LED的光谱曲线和电光曲线，改变红、绿、蓝三基色LED的驱动电流即可达到要求的色温。

\{\begin{matrix} T = - 437 n^{3} + {3601 n}^{2} - 6861 n + 5514.31 \\ n = \frac{x - 0.3320}{y - 0.1858} \end{matrix} - - - (1)

(\begin{matrix} Φ_{R} \\ Φ_{G} \\ Φ_{B} \end{matrix}) = Φ_{LED} {(\begin{matrix} \frac{x_{R}}{y_{R}} & \frac{x_{G}}{y_{G}} & \frac{x_{B}}{y_{B}} \\ 1 & 1 & 1 \\ \frac{1 - x_{R} - y_{R}}{y_{R}} & \frac{1 - x_{G} - y_{G}}{y_{G}} & \frac{1 - x_{B} - y_{B}}{y_{B}} \end{matrix})}^{- 1} (\begin{matrix} \frac{x_{w}}{y_{w}} \\ 1 \\ \frac{1 - x_{w} - y_{w}}{y_{w}} \end{matrix}) - - - (2)

具体实施中，单个或多个三基色LED可以根据实际情况进行组合。三基色LED的光谱范围分别是：蓝色LED：425nm～525nm；绿色LED：450nm～600nm；红色LED：580nm～700nm。

图4所示为本发明所采用的白光LED的光谱曲线。该白光LED能够达到6500K的色温。通过式1和式2，可以分析得出9300K色温下白光包括的红光、绿光强度和6500K色温下白光包括的红光、绿光强度基本相同。但9300K色温下的白光比6500K下的白光包括更多的蓝光。故本实例只需要补充适当的蓝光即可。图2a所示为一个白光LED 30配合一个蓝光LED 31，其中，白光LED 30采用菲利普公司的冷白光LED，在350mA、3.5V的驱动下，发光强度是40lm，光谱曲线如图4所示。对图4的光谱曲线进行分析，得知当背光源需要工作在9300K色温时，需要补充4.44lm的蓝光，故配置一个菲利普公司的蓝光LED即可。

实际工作时，如果背光源要求工作在6500K，则只打开白光LED。如果要求改变背光源的色温到9300K，接通蓝光LED的电源，调整蓝光LED的电流在190mA。

Claims

1、色温可调的高亮度LED背光模块，采用直下式混合型结构，包括用于固定设置LED发光单元(3)的反射腔底板(2)，及依次设置的反射腔(1)、扩散板(4)、扩散膜(5)和增量膜(6)；其特征是所述LED发光单元(3)是由白光LED和单个或多个各自独立可控的三基色LED组成，所述发光单元(3)中的各LED在反射腔底板上成族布置。

2、根据权利要求1所述的色温可调的高亮度LED背光模块，其特征是所述LED发光单元(3)由白光LED和一个单色LED组成，所述一个单色LED为红色、绿色或蓝色LED。

3、根据权利要求1所述的色温可调的高亮度LED背光模块，其特征是所述LED发光单元(3)由白光LED和三个三基色LED组成，所述三个三基色LED分别为红色、绿色和蓝色。

4、根据权利要求1所述的色温可调的高亮度LED背光模块，其特征是所述LED发光单元(3)由白光LED和三个以上三基色LED组成，各三基色LED以白色LED为中心，在白色LED的外周均匀分布，相同颜色的三基色LED间隔分布。

5、根据权利要求1所述的色温可调的高亮度LED背光模块，其特征是所述白光LED(30)是发光强度为不低于40lm的大功率白光LED(30)。