CN202065814U - 一种发光二极管背光源及其液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发光二极管背光源及其液晶显示器，其中，背光源由自身背板上的多个背光模块和自身对每个发光二极管分别控制的驱动控制电路组成；每个背光模块由发光二极管和对应的导光板组成。采用本实用新型的背光源及其液晶显示器，能在降低背光源厚度的同时，采用动态背光控制技术来降低背光源的功耗，同时能满足液晶显示器的画面显示需求。

Description

一种发光二极管背光源及其液晶显示器

技术领域

本实用新型涉及液晶显示器设计技术，尤其涉及一种新结构液晶显示器的发光二极管(LED，Light Emitting Diode)背光源及其液晶显示器。

背景技术

在液晶显示器中，背光源作为液晶显示器的发光部分，是非常重要的组成部分，而且背光源对液晶显示器显示画面的质量也起着极其重要的作用。由于液晶显示器的大部分功耗都来自背光源，因此，只有降低了背光源的功耗，才能极大地降低液晶显示器的功耗。

相对于传统的冷阴极荧光灯管(CCFL，Cold Cathode Fluorescent Lamp)背光源来说，LED背光源有着非常明显的优势：1)采用LED背光源，可以提高液晶显示器显示画面的色彩饱和度、提高对比度；2)由于LED背光源极快的响应速度，还可以消除液晶显示器自身无法克服的拖影问题；3)LED背光源是一种绿色固体光源，无污染，对环境的可持续发展有着重要的意义。鉴于以上优点，自2009年开始，LED背光源在市场中的占有率快速增加，在不久的将来，势必将取代传统的CCFL背光源而成为主流背光源。

目前的LED背光源通常有如下两种实现方案：

方案一、直下式LED背光源或称为矩阵式LED背光源，其结构上采用无导光板的设计，由于没有导光板，只有LED，因此，需要保证足够长度的混光距离L1才能满足画面显示的设计需求，导致直下式LED背光源较厚的缺陷。但是，在对LED的控制方式上，本方案可以对多个LED采用动态背光控制，不仅具有亮度高、均匀性好等优点，还能大大降低背光源的功耗。

方案二、侧光式背光源或称为边缘式LED背光源，其结构设计上采用一整块导光板的设计，由于导光板有让光源发散的作用，因此，区别于上述方案一的结构设计(方案一需要保证足够长度的混光距离L1才能满足画面显示的设计需求)，本方案二无需使用过长的混光距离L2就能满足画面显示的设计需求(即L2＜L1)，从而能减低背光源的厚度，具备背光源厚度轻薄，降低制造成本的优点。但是，在对LED的控制方式上，由于采用了一整块导光板的设计，因此无法采用动态背光控制，因为对多个LED的控制落到一整块导光板上，没法均匀发散，是没有实际控制意义的。由于无法采用动态背光控制，因此难以降低背光源的功耗，导致背光源的功耗大大提高。

综上所述，鉴于以上方案的设计优劣，目前迫切需要一种新结构的方案，能兼具以上两个方案的优点，能在降低背光源厚度的同时，可以采用动态背光控制技术，以降低背光源的功耗，且能同时满足液晶显示器的画面显示需求。然而，目前并未有这样的解决方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种LED背光源及其液晶显示器，通过结构设计上的改进，能在降低背光源厚度的同时，采用动态背光控制技术来降低背光源的功耗，同时能满足液晶显示器的画面显示需求。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种发光二极管背光源，所述背光源由自身背板上的多个背光模块和自身对每个LED分别控制的驱动控制电路组成；每个背光模块包括LED和对应的导光板。

其中，所述背板上设置有光学膜材，所述光学膜材位于所述导光板之上并与导光板有一定的距离；

提供光源的LED所出射的光线，通过所述LED对应的导光板，经所述距离到达所述光学膜材。

其中，所述导光板与所述光学膜材之间的距离具体为3mm-10mm。

其中，所述LED之间的间距具体为：15mm-30mm。

其中，所述导光板的边缘部分为弧形或楔形；所述导光板之间的间距具体为：3mm-10mm。

其中，所述驱动控制电路，包括有：转换电源输入电压为LED工作电压、将在控制信号作用下输出的驱动电流作为LED工作电流的驱动电路，以及将输入的视频信号根据当前区域LED要显示的色彩和亮度转换为驱动电路能接收的控制信号的控制电路。

其中，所述LED通过卡口方式固定到背板上。

其中，所述导光板通过卡口方式固定到背板上。

其中，所述光学膜材固定到背板上并位于导光板的上方。

一种液晶显示器，所述液晶显示器包括上述权利要求1-9中任一项所述的背光源。

本实用新型由背光源自身背板上的多个背光模块和该背光源自身对每个LED分别控制的驱动控制电路组成；每个背光模块包括LED和对应的导光板。本实用新型还包括该背光源的液晶显示器。

由于本实用新型区别于现有方案，采用了多个背光模块，即：不仅采用了导光板，而且是采用多个小尺寸的导光板，而不是一整块导光板，因此，基于这种多个背光模块的结构改进，对多个LED的控制落到与其对应的多块小尺寸的导光板上，光线能均匀发散，是有实际控制意义的。

采用本实用新型，由于采用导光板能缩短混光距离，因此，能降低背光源的厚度；而且，在降低背光源厚度的同时，由于结构设计上是采用多个与LED对应的小尺寸的导光板，因此，能用驱动控制电路分别对每一个LED进行动态背光控制，从而降低了背光源的功耗，同时能满足液晶显示器的画面显示需求，即：并不会因为降低背光源的功耗而影响到液晶显示器原有的画面显示需求。

附图说明

图1为本实用新型背光源的整体结构组成示意图；

图2为图1中位于背光源背板上多背光模块结构的组成示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图1中背光源驱动控制电路板的组成结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的基本思想是：背光源由自身背板上的多个背光模块和自身对每个LED分别控制的驱动控制电路组成，且每个背光模块包括LED和对应的导光板。同时还公开了包括该背光源的液晶显示器。

本实用新型提出的一种发光二极管背光源，由背光源自身背板上的多个背光模块和背光源自身的驱动控制电路组成，每个背光模块包括LED和对应的导光板。

这里，背板上固定有光学膜材，光学膜材位于导光板之上，提供光源的LED出射的光线，通过LED对应的导光板，经由混光距离到达光学膜材。其中，所述混光距离为：导光板与光学膜材之间的距离；混光距离的调整方式为根据背光源设计厚度、亮度及均匀性的要求进行调整；混光距离具体可以为：3mm-10mm。

这里，LED之间的间距设置方式为：对背光源中所有LED，通过LED的光通量和发光角度建模仿真，确定各LED之间的间距。其中，LED之间的间距具体为：15mm-30mm。

这里，导光板设置方式为：对背光源中所有导光板进行建模仿真，使其边缘部分为弧形或楔形，并确定各导光板之间的间距，且采用与LED之间的间距设置相同的比例。其中，导光板之间的间距具体为：3mm-10mm。

这里，对每个LED分别控制的驱动控制电路，由驱动电路和控制电路组成。其中，驱动电路为所述LED提供工作所需要的电压和电流，电源输入电压通过驱动电路转换为所述LED工作所需要的电压，驱动电路在控制信号作用下输出的驱动电流为所述LED工作所需要的电流。控制电路为所述LED的色彩和亮度的动态实时控制部分，输入的视频信号通过控制电路解码、区域划分、分别对每个区域的视频信号统计得到当前区域LED要显示的色彩和亮度、根据当前区域LED要显示的色彩和亮度确定控制信号的方式，转换为驱动电路能接收的控制信号，以便驱动电路根据该控制信号调整提供给所述LED工作所需的电流，随着电流的调整，由LED获得的最终液晶显示器的色彩、对比度和亮度就能得到动态、实时控制，降低了背光源的功耗。

本实用新型提出的一种液晶显示器，该液晶显示器包括上述背光源，背光源由自身背板上的多个背光模块和自身对每个LED分别控制的驱动控制电路组成；每个背光模块包括LED和对应的导光板。

这里，背板上设置有光学膜材，光学膜材位于导光板之上并与导光板有一定的距离。提供光源的LED所出射的光线，通过LED对应的导光板，经插入混光距离到达光学膜材。

这里，导光板与光学膜材之间的距离具体为3mm-10mm。

这里，LED之间的间距具体为：15mm-30mm。

这里，导光板的边缘部分为弧形或楔形；导光板之间的间距具体为：3mm-10mm。

这里，驱动控制电路，包括有：转换电源输入电压为LED工作电压、将在控制信号作用下输出的驱动电流作为LED工作电流的驱动电路，和将输入的视频信号根据当前区域LED要显示的色彩和亮度转换为驱动电路能接收的控制信号的控制电路。

这里，LED通过卡口方式固定到背板上。

这里，导光板通过卡口方式固定到背板上。

这里，光学膜材固定到背板上并位于导光板的上方。

以下结合附图对实用新型的具体实现进行举例阐述。

实施例：

如图1、图2、图3(图3为图2这一前视图的俯视图)所示，背光源由背板1、以及与背板1相连的驱动控制电路2组成；所述背板1上设置有LED3及其对应的导光板4、以及光学膜材6，所述光学膜材6位于导光板4之上。LED3出射的光线，通过与LED3对应的导光板4，经由混光距离7到达光学膜材6；其中，混光距离7为：导光板4与光学膜材6之间的距离。

这里，LED3是背光源的发光源，经过光学建模仿真设计后，按照一定的间距排布，具体的，为得到亮度和均一性满足液晶显示器显示设计要求的LED，LED之间的间距设置方式为：对背光源中所有LED，通过LED的光通量和发光角度建模，进行光学仿真，以确定各LED之间的间距。这样的间距设置，其好处是能保证各LED之间的光线既相互补充满足背光源亮度和均一性要求，又不会使用过多的LED。

LED应在仿真模型中设定的恒定电压下工作，进行光电转换，发出的光线满足设计要求的亮度、色度和对比度。LED可根据显示画面的色彩及亮度进行实时调整，是通过驱动控制电路实现的。LED的发光亮度与电流的大小成正比，其发出的光亮度、色度单一，可以是白光，也可以是红、绿、蓝等单色光，其个数为复数。

这里，导光板4是光学器件，其形状为矩形，经过光学建模仿真设计后其边缘部分为弧形或楔形，采用与LED之间的间距设置相同的比例，按照设置的间距固定在背板上。LED的光线经过导光板以后，应得到一个面光源，而各个面光源的光线经过设置的混光距离后，相互补充，成为一个满足亮度和均一性要求的完整背光源。为消除各导光板相交处光线较暗的问题，需在对导光板光学建模仿真设计中，使其边缘部分为弧形或楔形，以使导光板边缘处的光线较为柔和，需要同时对多个导光板进行光学建模仿真，以确定各导光板之间的距离。导光板的尺寸形状经裁切或注塑得到。导光板经光学建模仿真设计后，其上需要有一定数量的光学网点，光学网点的个数可以为复数。可将LED发出的光线进行发散，通过导光板后的光线为发散的、均匀的光线。

这里，背板1能够保持较好的平整度，可以将导光板、LED以及光学膜材进行固定；作为LED和导光板承载体的背板，按照导光板的排布情况，设计有固定LED和导光板的卡扣式结构，使导光板和LED可以固定在背板上，且易于组装；背板上端设有固定光学膜材的结构。

这里，光学膜材6可将经过导光板后的光线进行反射、折射，从而得到亮度均匀，色度合适的面光源。

这里，混光距离7是导光板与光学膜材6之间的距离，是经光学建模仿真设计后确定的，其可将各个导光板发出的光进行混合，从而使光线经过光学膜材后，能够混成亮度、色度较均匀的光线。在建立导光板的仿真模型后，需对混光距离进行光学仿真，以保证各导光板出射的光经过混光距离后透过光学膜材，可以得到满足亮度和均一性要求的光线。混光距离的距离可以按照背光源厚度、亮度和均一性的要求进行调整。

应用实例：如图4所示为背光源驱动控制电路的具体实例。

驱动控制电路2，是本实用新型新结构的背光源的能量来源，其为背光源的LED提供发光所需要的电能量，驱动控制电路2由驱动电路8和控制电路10组成。电源输入电压9通过驱动电路8转换为LED工作所需要的电压；输入的视频信号11通过控制电路10解码、区域划分、分别对每个区域的视频信号统计得到当前区域LED要显示的色彩和亮度、根据当前区域LED要显示的色彩和亮度确定控制信号的方式，转换为驱动电路8能接收的控制信号；驱动电路8在控制信号作用下输出的驱动电流12为LED工作所需要的电流。

这里，驱动电路8是光电能量的转换部分，根据输入电源的电压、功率等进行电路功能的设计，比如将输入的任意恒定直流电压(5V、12V、24V)经过电路拓扑结构，将电源输入的能量转换为可供LED工作所需要的电压值。而LED工作所需要的电流值，可以在接收控制电路提供的控制信号后，在控制信号(个数可以为复数)的作用下输出相应的驱动电流，调整驱动电流的大小，以控制LED的亮度。

这里，控制电路10是LED的控制部分，控制电路将输入的视频信号进行解码后，得到视频信号的R、G、B分量。将整个背板上的LED划分为多个区域，对每个区域内的视频信号进行统计计算，利用直方图统计法，确定该区域当前LED要显示的色彩和亮度，从而生成该区域当前LED的控制信号。

控制电路将控制信号转换为驱动电路可接收的8位或12位数字信号格式，利用SPI或I2C协议，将控制信号传输给驱动电路，以通过驱动电路对LED的电流调整，控制相应LED的亮度和色度，达到动态实时控制LED的目的。其中，该输入的视频信号是LED控制的依据，包含了显示画面R、G、B像素信息的VGA、DVI或HDMI等格式的信号，利用模数转换芯片可以将输入的视频信号转化为驱动电路可处理的数字信号格式。该输出的驱动电流为LED提供工作所需的恒定的电流能量，并可以在控制信号的作用下进行电流大小的调整，以便使LED能够在设定的电流下发出相应的光线，为LED提供所需的亮度、色度和对比度。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管背光源，其特征在于，所述背光源由自身背板上的多个背光模块和自身对每个发光二极管分别控制的驱动控制电路组成；每个背光模块包括发光二极管和对应的导光板。

2.根据权利要求1所述的背光源，其特征在于，所述背板上设置有光学膜材，所述光学膜材位于所述导光板之上并与导光板有一定的距离；

提供光源的发光二极管所出射的光线，通过所述发光二极管对应的导光板，经所述距离到达所述光学膜材。

3.根据权利要求2所述的背光源，其特征在于，所述导光板与所述光学膜材之间的距离具体为3mm-10mm。

4.根据权利要求1至3任一项所述的背光源，其特征在于，所述发光二极管之间的间距具体为：15mm-30mm。

5.根据权利要求4所述的背光源，其特征在于，所述导光板的边缘部分为弧形或楔形；所述导光板之间的间距具体为：3mm-10mm。

6.根据权利要求1至3任一项所述的背光源，其特征在于，所述驱动控制电路，包括有：转换电源输入电压为发光二极管工作电压、将在控制信号作用下输出的驱动电流作为发光二极管工作电流的驱动电路，以及将输入的视频信号根据当前区域发光二极管要显示的色彩和亮度转换为驱动电路能接收的控制信号的控制电路。

7.根据权利要求1至3任一项所述的背光源，其特征在于，所述发光二极管通过卡口方式固定到背板上。

8.根据权利要求1至3任一项所述的背光源，其特征在于，所述导光板通过卡口方式固定到背板上。

9.根据权利要求1至3任一项所述的背光源，其特征在于，所述光学膜材固定到背板上并位于导光板的上方。

10.一种液晶显示器，其特征在于，所述液晶显示器包括上述权利要求1-9中任一项所述的背光源。

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