侧入式背光模组亮度均匀性的提高设计

侧入式背光模组亮度均匀性的提高设计

李江声

关键词：侧入式背光模组亮度均匀性线路板布线

引言：随着时代与技术的发展，人们对液晶显示模组的追求和要求越来越高。随着近几年超薄概念的诞生，侧入式显示模组因其扁平、美观、时尚的特性大受欢迎。由于液晶显示屏本身不发光，背光模组的作用是为液晶显示屏提供亮度合适且分布均匀的光源，所以为液晶显示模组提供所有光源的背光模组发挥着十分重要的作用。对于侧入式液晶显示模组，背光模组的亮度均匀性决定了其面内的亮度均匀性，而背光模组的亮度均匀性很大程度上又受其“线性”光源LED灯条的影响。

1侧入式背光模组

目前背光模组根据入光方式的不同，可以分为直下式和侧入式两种。其中侧入式背光模组是光源射出的光由导光板的侧边入射到导光板内进行混光转化为面光源，经过导光板的传导然后从导光板的正面射出，导光板上还有扩散片和棱镜片等对光起到扩散和收聚作用。侧入式背光模组的亮度均匀性主要是受入射光源的亮度均匀性和导光板的网点影响，其中光源的亮度均匀性影响最大，导光板网点作用次之。

侧入式背光模组的光源一般为线光源，随着LED技术的兴起与发展，具有节能、轻薄、寿命长、发光稳定等优势的LED逐渐代替了传统的冷阴极荧光灯（CCFL）成为侧入式背光模组的主要光源，现行侧入式背光模组多是通过使用贴有多颗LED点光源的灯条作为其线性光源。

2传统灯条线路板布线

根据LED的光电特性，可知LED的亮度随其驱动电流的大小而不同，在额定电压下，其亮度几乎和其驱动电流直接成正比关系。因为LED需要一定的驱动电压和驱动电流才能正常发光，而且LED的发光亮度容易受电流波动的影响而产生明显的亮暗变化，对于LED颗数较多的灯条，为了控制电源板的电压电流在合适的范围内，以及出于对电性安全、质量稳定的考虑，一般会对LED进行合适的串联和并联，以使电压电流参数最优化。按照灯条的输入输出端的位置来分，可以把灯条分成以下三类：①输入输出端在左边；②输入输出端在右边；③输入输出端在中部。对于侧入式背光模组，按照灯条数量来分，一般分为以下三种情况：①一条灯条；②两条灯条；③三条及三条以上灯条。对于以上三类灯条和三种背光模组，任意搭配，只要单条灯条存在左右亮度差异较大的问题，均会导致背光模组的出现亮度均匀性偏低的现象，难以通过调整导光板网点提升面内的亮度均匀性。

根据电阻定律R=ρL/S（R为电阻值，ρ为电阻率，L为导线长度，S为横截面积），可以知道在电阻率不变，横截面积相同的情况下，导线约长，导线电阻值越大。在实际生产中，为了简化灯条线路板布线设计，一般会把灯条的各串LED从输入输出端开始，顺着外型结构的方向逐一进行串联并联。但是这样的设计极容易导致各串LED的总布线长度存在较大差异，布线长度的会影响线路电阻，相当于在不同支路LED之中加入不同阻值的电阻。根据串联电路和并联电路的电性关系，可以知道不同阻值的电阻串进并联电路支路会增大各并联支路的电流差异，继而影响各串LED的发光亮度。

3新型灯条线路板布线

为解决这种灯条线路板各并联支路阻值容易存在较大差异的问题，本论文提出一种各串LED总布线长度相同的布线设计，在布线宽度基本一致的情况下，通过在各支路增加不同长度的导线布线，使各串LED的总布线长度相同。以输入输出端在灯条左边、三路并联为例，传统布线是从左到右逐一并联，新型布线则是输入输出的其中一端先绕到右边，再从右到左逐一进行并联，以使三个支路的线路长度相同，图一给出了这种增加各支路导线布线长度的示意图。对于传统布线，各支路导线的长度的关系为L1（Lha+Laf+Lfg）＜L2（Lha+Lab+Lbe+Lef+Lfg）＜L3（Lha+Lab+Lbc+Lcd+Lde+Lef+Lfg）。对于新型布线，各支路导线的长度关系为L1’（LHC+LCB+LBA+LAF+LFG）=L2’（LHC+LCB+LBE+LEF+LFG）=L3’（LHC+LCD+LDE+LEF+LFG）。

按照这种新型布线，通过调整各支路的总布线长度，使各支路的总布线长度相同或者接近，根据电阻率的计算公式，可以推论得知各支路的线路阻值相同或者接近。所以，本文所述采用每串LED总布线长度相同的布线设计，能够明显降低各支路线路阻值差异。

图一传统布线与新型布线的差异示意图

4实际验证

使用21.5寸侧入式液晶背光模组对该新型布线方式进行研究。该背光模组具有2pcs棱镜片，2pcs扩散片和1pcs反射片，导光板为2TMS微结构导光板。选用输入输出端在左边、10串8并的LED灯条，按照以上方法进行布线设计。本次验证所采用的LED为4014单晶LED，线路板材质为覆铜铝基板，板宽为4.5mm，主要线宽设计值为0.3mm。为方便计算，选取并1（靠左）和并8（靠右）两个线路长度差异最大的支路作为研究对象，在输入输出端提供恒流或恒压驱动，分别控制并1支路和并8支路的电路接入。

对于传统布线，在分别对并1和并8提供恒流70mA驱动的情况下，积分球测试并1LED串的光通量为261lm，并8LED串的光通量为259lm；在恒压30V驱动的情况下，测得并1LED串的光通量为234.5lm，电流为66mA，测得并8LED串的光通量为226.5lm，电流为61.5mA。分析可知在恒流70mA驱动时，并1支路的光通量比并8支路的高0.8%；在恒压30V驱动时，并1支路的光通量比并8支路的高3.5%，电流高7.3%。

另外取使用新型布线设计的灯条进行测试进行比对分析，在分别使用恒流70mA驱动的情况下，并1LED串的光通量为259lm，并8串LED的光通量为259.5lm。分别使用恒压30V驱动测试，并1串LED的光通量为226.3lm，电流为61.0mA，并8串LED的光通量为226.8lm，电流为61.2mA。由此可以知道，对于新型布线设计，在恒流70mA驱动时，并1支路的光通量与并8支路的光通量基本相同；在恒压30V驱动时，并1支路的光通量比并8支路低0.2%，电流低0.3%。

将两种不同布线设计的灯条分别组装到21.5寸背光模组内，其它结构物料和光学物料不变，使用相同的恒流560mA（10串8并的总电流）驱动灯条，测试并计算其9点的亮度均匀性，传统布线设计的左边亮度均匀性平均值与右边的相差4.1%，而新型布线设计的只相差0.3%。

4结论

本文提出一种新型背光灯条线路板布线设计，用以提高改善线光源的亮度均匀性，通过在21.5寸背光模组上进行实际验证，使背光模组的左右均匀性差异由4.1%降低到0.3%，实现了背光均匀性的提高。

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