CN101706073A - 一种温升小的led超高亮度背光源 - Google Patents
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Abstract
一种温升小的LED高亮度背光源，属于LED照明和电视技术领域。包括控制扫描板、LED背光模组、电源板；控制扫描板产生驱动扫描数据通过数据控制总线送到LED背光模组控制LED灯的驱动，LED背光模组中的多块LED灯板通过数据环接电缆串联起来；电源板分不同的工作电压分别给控制扫描板和LED背光模组供电。优点在于，可以用于制造室外的液晶电视的超高亮白色光源，高亮度背光源产生的亮度可使液晶屏的亮度达1800cd/m2到2200cd/m2，由此制成的电视可以在太阳光直射下清晰显示图像，可以广泛用于步行街、公交岗亭、商店或饭店门外，室外广场等场所。
Description
技术领域
本发明属于LED照明和电视技术领域，特别是提供了一种温升小的LED超高亮度背光源，可以用于制造室外的液晶电视的超高亮白色光源，超高亮度背光源产生的亮度可使液晶屏的亮度达1800cd/m2到2200cd/m2。
技术背景
普通的民用液晶电视的亮度一般设计亮度均在400～600CD/m2，针对商用的液晶电视的亮度有代表性的是三星推出的DID液晶屏，亮度也只有700CD/m2，均难以实现在室外使用。三星和夏普均有计划在2010年推出可以用于室外的液晶电视，设计亮度也只有1500CD/m2，相对于室外有阳光情况下或电视台高亮度灯光下的高照度而言，1500CD/m2的亮度仍然不能适应在有阳光环境下的使用。
室外显示屏目前基本上都被高亮度的LED屏幕占有，室外LED的亮度一般设计峰值亮度均在5000以上，视频平均亮度在2000CD/m2以上，但LED屏的像素点间距一般均在4mm以上，近距离观看的图像显得比较粗糙，小尺寸的LED屏幕由于像素数量不够，对于文字和图像的表现力均非常差，难以满足用户对小屏幕显示高清图像和文字的要求，开发可以用于室外高清晰显示的显示设备具有广阔的市场需求。
液晶电视的亮度取决于背光源的亮度，开发高亮度的LED背光源的技术难点主要集中的散热上，使LED光源变亮很容易，选用高亮度的LED灯并加大密度采用静态恒流驱动就可以实现LED屏的超高亮度，但随之而来的是巨大的散热要求，LED灯在高温下使用会极大地降低LED灯的使用寿命，而且过大的热量如果无法快速散出去，也会使液晶屏体的温度急剧上升，对于常温液晶而言，在液晶屏体温度大于60℃时就会烧坏液晶屏，所以解决LED背光源的高亮度实际上是解决高亮度背光源的散热问题。
LED灯的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。过高的温度不仅会影响LED灯的寿命，而且会影响LED灯的发光效率，加速LED灯的光衰。
LED灯板的发热主要来自恒流芯片、LED灯本身、分压电阻和灯板上的导线，常规的LED灯的供电电压一般在3.0～3.8v，而供电的直流电源的电压为5v，电路的设计需要增加分压电阻，恒流芯片的供电电流最大设计为20mA.在恒流时，分压电阻的阻值越大，分压电阻的发热量越大；导线越长、越细，导线的阻值越大，则导线的发热量也越大；恒流芯片本身也有一定的阻值，恒流芯片的供电电流越大，则恒流芯片的发热量越大；LED灯的发光效率越低，阻值越大，发热量越大.选择发光效率高的高亮度LED灯是常规的增加亮度，减少发热量的办法，已经被广泛采用，恒流芯片、PCB板电路布线减少散热的措施也基本上受制于当前的技术，很难再有更好的办法.可以变化的是分压电阻和电压，提高电压减少分压电阻的阻值可以保证在同样的功率下，减少电流、减少发热量.
发明内容
本发明的目的在于提供一种温升小的LED超高亮度背光源。解决LED灯的散热问题，一方面是减少热源的散热量，另一方面是增加散热量。
本发明包括控制扫描板、LED背光模组、电源板。如图1所示。控制扫描模块产生驱动扫描数据通过数据控制总线送到LED背光模组控制LED灯的驱动，LED背光模组中的多块LED灯板通过数据环接电缆串联起来。电源板分不同的工作电压分别给控制扫描板和LED背光模组供电。
本发明在LED背光模组散热方面，采用散热片加垂直送风和垂直吸风系统，组成散热片的强制对流散热系统。LED背光模组的散热片采用垂直于画面布置，在底部设置有与LED背光模组散热片等长度或略大于散热片的带强制送风的细缝平行风，在散热片的凹凸底部垂直于向上送风，在LED背光模组散热片的顶部有于底部形状对称的抽风装置，如图5所示，形成LED背光模组的通风散热装置。
本发明在减少LED背光模组发热量方面，采用电源板给LED背光模组的供电是9.6v供电，LED背光模组的电路设计采用4层板设计，将地线、电源驱动线、信号线分布在不同的电路层。选择高性能的恒流芯片(恒流芯片支持电压范围在0～7.0V，电压输入范围：-0.4～7.4V，输出的恒流电流最大可达90mA，输出的工作电压范围：-0.5～20.0V，时钟频率25MHz，反相接地电流可达1440mA)。
LED背光模组中的LED灯选用带散热封装的三合一LED灯，三合一LED灯中的晶片选择发光效率高的低功率驱动的LED晶片，亮度在5500-6600mcd，色温选择正白，工作电压在：2.9-3.2V，功率只有0.18W。电路采用将三合一LED灯的管脚串联的方式，以提高整体供电电压，减少恒流芯片和发热量，采用专用的可提供9.6V、12V、5V工作电压的电源板，直接用9.6V供电给三合一LED灯，减少分压电阻，采用占空比数据驱动恒流芯片，完全数字化的逐点亮度调整处理，实现数字化的亮度程序控制。其基本原理是：根据三合一LED灯的亮度指标，导光板系统、平面镜、滤色镜对光的透射率和要求屏体的亮度值来设计三合一LED灯的间隔密度，选择对应的恒流芯片数量，设计相应的数据控制接口，设计独立的逐点亮度数据控制和程序控制的控制扫描板，该控制扫描板可实现对LED背光模组中多块LED灯板的环接控制，实现整屏的亮度均匀性数字化调整和亮度程序控制。
LED超高亮度背光源电路逻辑由控制扫描板、LED背光模组、电源板三部分组成如图1所示。
LED背光模组包括6块(或4块)LED灯板，采用2行3列(或2行2列)分布。其控制关系是通过控制扫描板上的两个16P数据接口，分别控制3块(2块)级联的LED灯板，共6块(或4块)LED灯板，LED灯板之间采用16P级联接口连接，控制扫描板设计程序接口可接收液晶电视驱动板的程序指令，也可接收计算机的程序指令便于调试。整个控制逻辑如图2所示。
LED灯板采用2个16PIN数据控制接口，其中一个为16PIN输入控制，一个为16PIN输出控制.输入信号经过总线缓存器74H245后，控制恒流驱动芯片，恒流芯片驱动三合一LED灯.LED灯板采用专用的9.6V电源供电，使用DC-DC转换电路输入+9.6V/输出+5V为恒流芯片提供工作电源.LED灯板的电路逻辑如图3所示.
恒流芯片的每一路输出驱动一个三合一封装的LED灯，每个三合一的3个LED串联在一起，LED与恒流芯片分别供电。10P+9.6V输入为三合一LED灯直接提供电源，DC-DC转换输出的+5V为恒流芯片提供工作电源，恒流电阻可调整恒流电流的大小。电路如图4所示。
本发明可以用于制造室外的液晶电视的超高亮白色光源，超高亮度背光源产生的亮度可使液晶屏的亮度达1800cd/m2到2200cd/m2，由此制成的电视可以在太阳光直射下清晰显示图像，可以广泛用于步行街、公交岗亭、商店或饭店门外，室外广场等场所。
附图说明：
图1LED背光源电路逻辑框图。
图2LED背光源控制逻辑。
图3LED灯板电路逻辑。
图4恒流驱动电路逻辑。
图5LED背光源散热示意图。其中，散热器1、抽风机2、吹风机3。
具体实施方式
图1～5为本发明的一种具体实施方式。
图1：LED超高亮度背光源电路逻辑由控制扫描板、LED背光模组、电源板三部分组成。
图2：一个控制扫描板可以控制LED背光模组的多块LED灯板，LED灯板之间通过16P的数据线级联，采用占空比数据驱动恒流芯片，完全数字化的逐点亮度调整处理，达到LED背光模组亮度的一致性，实现数字化的亮度程序控制，真正实现整屏的亮度均匀性。
图3：LED背光模组中每一块LED灯板采用2个16PIN数据控制接口，其中一个为16PIN输入控制，一个为16PIN输出控制。输入信号经过总线缓存器74H245后，控制恒流驱动芯片，恒流芯片驱动三合一LED灯。LED灯板采用9.6V工作电压直接供电，使用DC-DC转换电路输入+9.6V/输出+5V为恒流芯片提供工作电压。
图4：恒流芯片的每一路输出驱动一个三合一封装的LED，每个三合一的3个LED灯串联在一起，LED与恒流芯片分别供电。10P+9.6V输入为三合一LED灯直接供电，DC-DC转换输出的+5V为恒流芯片提供工作电源，恒流电阻可调整恒流电流的大小。
图5：LED背光模组的散热，采用散热片加垂直送风和垂直吸风系统，组成散热片的强制对流散热系统。LED背光模组的散热片采用垂直于画面布置，在底部设置有与LED背光模组散热片等长度或略大于散热片的带强制送风的细缝平行风，在散热片的凹凸底部垂直于向上送风，在LED背光模组散热片的顶部有于底部形状对称的抽风装置。
Claims (5)
1.一种温升小的LED超高亮度背光源，其特征在于：包括控制扫描板、LED背光模组、电源板；控制扫描模块产生驱动扫描数据通过数据控制总线送到LED背光模组控制LED灯的驱动，LED背光模组中的多块LED灯板通过数据环接电缆串联起来；电源板分不同的工作电压分别给控制扫描板和LED背光模组供电；
LED背光模组散热采用散热片加垂直送风和垂直吸风系统，组成散热片的强制对流散热系统；LED背光模组的散热片采用垂直于画面布置，在底部设置有与LED背光模组散热片等长度或略大于散热片的带强制送风的细缝平行风，在散热片的凹凸底部垂直于向上送风，在LED背光模组散热片的顶部有于底部形状对称的抽风装置。
2.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于：在减少LED背光模组发热量方面，采用电源板给LED背光模组的供电是9.6v供电，LED背光模组的电路设计采用4层板设计，将地线、电源驱动线、信号线分布在不同的电路层，选择高性能的恒流芯片；所述高性能的恒流芯支持电压范围在0～7.0V，电压输入范围：-0.4～7.4V，输出的恒流电流最大90mA，输出的工作电压范围：-0.5～20.0V，时钟频率25MHz，反相接地电流1440mA。
2、根据权利要求1所述的背光源，其特征在于：LED背光模组中的LED灯选用带散热封装的三合一LED灯，三合一LED灯中的晶片选择发光效率高的低功率驱动的LED晶片，亮度在5500-6600mcd，色温选择正白，工作电压在：2.9-3.2V，功率0.18W；电路采用将三合一LED灯的管脚串联的方式，采用提供9.6V、12V、5V工作电压的电源板，直接用9.6V供电给三合一LED灯，减少分压电阻，采用占空比数据驱动恒流芯片，完全数字化的逐点亮度调整处理，实现数字化的亮度程序控制。
3.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于：LED背光模组包括6块或4块LED灯板组成，采用2行3列或2行2列分布；其控制关系是通过控制扫描板上的两个16P数据接口，分别控制3块或2块级联的LED灯板，LED灯板之间采用16P级联接口连接，控制扫描板设计程序接口接收液晶电视驱动板的程序指令，或接收计算机的程序指令调试。
4.根据权利要求3所述的背光源，其特征在于：LED灯板采用2个16PIN数据控制接口，其中一个为16PIN输入控制，一个为16PIN输出控制；输入信号经过总线缓存器74H245后，控制恒流驱动芯片，恒流芯片驱动三合一LED灯；LED灯板采用的9.6V电源供电，使用DC-DC转换电路输入+9.6V/输出+5V为恒流芯片提供工作电源。
5.根据权利要求4所述的背光源，其特征在于：恒流芯片的每一路输出驱动一个三合一封装的LED灯，每个三合一的3个LED串联在一起，LED与恒流芯片分别供电；10P+9.6V输入为三合一LED灯直接提供电源，DC-DC转换输出的+5V为恒流芯片提供工作电源，恒流电阻可调整恒流电流的大小。
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