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LED背光源亮度均匀性改善方法.doc

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1、 本文由 herangping 贡献pdf 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT,或下载源文件到本机查看。VACUUM EL ECTRONICS 真空电子技术显示技术专题 ?L ED 背光源亮度均匀性改善方法刘钱飞 1 ,张小宁 1 , 2 ,刘纯亮 1 ,丁兴隆 2(11 西安交通大学 电子物理与器件教育部重点实验室 ,陕西 西安 710049 ; 21 彩虹集团技术中心 ,北京 100085)Improvement f or Lightness Unif ormity of L ED BacklightL IU Qian2fei1 , ZHAN G Xiao2ning

2、1 , 2 , L IU Chun2liang1 , D IN G Xing2lo ng2( 1 . Key L aboratory of Physical Elect ronics an d Devices of t he M i nist ry of Ed ucation , X i J i aoton g U ni versit y , an X i 710049 , Chi na; 2 . Technolog y Cent re of I R I CO Grou p , B ei j i n g 100085 , Chi na) anlated and optimized. The r

3、esult s of calculating t he light ness uniformit y for no n2arrangement of L ED show s t hat t he light ness uniformit y can be achieved above 90 %.列提高背光源亮度均匀性的方法 。在等间距排列的基础上 ,通过测量单颗 L ED 的亮度分布函数 ,计算出水平和垂直方向上的 屏亮度均匀性可达到 90 %以上 。L ED 不等间距排列距离 ,并对该距离进行优化调整 。非均匀排列的 L ED 背光源亮度均匀性仿真计算结果表明 , 背光源的全列一般是等距离的

4、 , 但这样的排列会使背光源的亮 度均匀性比较差 , 特别在 L ED 背光源的边缘 , 亮度 会迅速下降 。L ED 等间距均匀排列时 , 中间区域的 亮度是周围其它区域亮度的叠加 , 虽然边缘区域也 会得到其它区域亮度的叠加 , 但由于 L ED 是点光 源 ,亮度分布随距离的增加衰减很快 , 因此 , 边缘区 域叠加的亮度分量较小 ,从而使 L ED 背光源边缘的 亮度显著小于中间区域的亮度 , 导致全屏的亮度均 匀性变差 。采用动态调光或改善背光源光学系统的 特性对最终显示图像的亮度均匀性会有一定改善 , 但会增加背光系统的成本和复杂性 1 - 3 。 本文从 L ED 的排列分布方式

5、入手改善背光源亮度的均匀性 , 可提高 L ED 背光源边缘亮度 , 从而 改善全屏的亮度均匀性 。在等间距排列的基础上 ,t y of L ED backlight is p ropo sed for t he low light ness o n t he edge of t he direct L ED backlight in liquid crys2 tal display. Based o n t he uniform arrangement , t he light ness dist ributio n f unctio n of a single L ED is meas2

6、ured. Then t he distance of L ED in horizo ntal and vertical directio n of no n2uniformit y arrangement is calcu2传统 L ED 背光源中 ,L ED 在横向和纵向的排摘要 : 针对液晶显示器中直下式 L ED ( light2emitting diode) 背光源边缘亮度较低的问题 ,本文提出了一种 L ED 非均匀排 关键词 : 液晶显示器 ;L ED 背光源 ; 亮度均匀性 ; 非均匀排列 中图分类号 : TN873 + 1 93 文献标识码 :A 文章编号 :1002 - 8

7、935( 2009) 06 - 0017 - 04Abstract :A no n2uniform arrangement of light2emit ting dio de (L ED) to imp rove t he light ness uniformi2 Key words : L CD ; L ED backlight ; Light ness uniformit y ; No n2uniformit y arrangement通过测量单颗 L ED 的亮度分布函数 ,计算出在液晶 电视水平和垂直方向上的 L ED 不等间距排列 ,然后 对等间距排列进行调整 ,并且对这种 L ED

8、 排列方式 的亮度均匀性进行了仿真计算和分析 ,结果表明 ,背 光源的全屏亮度均匀性达到 90 %以上 。1 ED 亮度分布函数 4 - 5 LL ED 为点光源 ,它存在一定的发射角度和峰值波长 ,并且随着扩散范围的增大 , 其亮度值逐渐衰 减 ,这些因素在非均匀性排列计算中都必须要考虑 。 要得到合理的 L ED 排列方式 , 首先要知道 L ED 点 光源的亮度分布函数 , 然后根据点光源的亮度分布 函数来计算非均匀性排列间距 , 以期望在全屏的范 围内能得到比较好的亮度均匀性 。 11 1 ED 亮度分布测量 L 以 32 英寸 L ED 背光源设计为例 ,在 32 英寸的17 200

9、9 - 06 真空电子技术 VACUUM EL ECTRONICSL ED 背光源的中心放置一颗 L ED ( 以白色 L ED 为 例) ,保持原背光模组光学元件不变 。试验中 L ED在色温 9300 K 下满负荷工作 ,在全屏的范围内均匀 取 25 共 375 个点 ,采用色彩分析仪 CA2000 测 15 量 L ED 透过背光源光学系统后的亮度分布 ,从而得 到 375 个亮度值 ,具体测量装置图如图 1 所示 。度分布相对集中在以 L ED 为中心半径为 50 mm 的 范围内 ; 当距离超过 100 mm 时 ,L ED 的亮度衰减 达到 97 %左右 , 所以在考虑 L ED

10、对周围区域的亮 度影响时 ,可以只考虑其周围半径为 100 mm 的区 域内 。这就为非均匀排列的设计提供了分析的依 据 ,在非均匀性排列设计中 , 各 L ED 之间的亮度叠 加是一个必须考虑的因素 , 以上分析结果体现在分 析 L ED 亮度叠加时 ,可以只考虑一定范围内的亮度 数据 。图 1 ED 亮度分布函数测量装置图 L采用 MA TL AB 对测量所得的 375 个亮度值进 行曲线拟合 ,所得结果如图 2 所示 。曲线以 L ED 的 位置为中心建立坐标系 , x 和 y 轴为与 L ED 中心的 间距 , z 为对应的亮度值 。2 ED 均匀排列的亮度均匀性 L图 2 单个白色

11、L ED 的亮度分布曲线由图 2 可以看出 ,单个 L ED 的亮度分布大致是 一个高斯曲面 ,而且亮度相对集中在 d = 100 mm 的 范围内 , 超过 100 mm 的区域 ,L ED 对其的亮度影 响就变得非常小 。下面我们将对亮度的横向和纵向 两个方向进行分析 。 11 2 ED 亮度分布分析 L 以 L ED 的位置为中心 ,根据前面所测得的数据 按横向和纵向两个方向分别对 L ED 亮度分布进行 分析 。以 L ED 的中心位置亮度为标准计算各测试 点相对亮度 ,对数据进行洛伦兹拟合 ,所得拟合结果 如下 ( L x 和 L y 为相对亮度 , x 和 y 为距离) : 横向

12、:试验 所 用 L ED 背 光 源 排 列 为 : 横 向 45 个 L ED ,间距为 15 mm ; 纵向 20 个 L ED , 间距为 19 mm ,均为等距离排列 。根据亮度分布的拟合曲线 方程 ( 1) 和 ( 2) , 可以从理论上计算出在现有的排列 下横向和纵向两个方向的相对亮度分布 , 从而可以 与实际测得的亮度分布进行对比 。实际的亮度是在 全屏点亮的情况下用取 15 共 75 个点测得的 。 5 图 4 和图 5 显示了在横向和纵向两个方向上理 论计算的亮度分布和实际测量的分布的对比图 , 亮 度值是以 L ED 背光源中心位置亮度为标准计算所 得相对亮度 。 从图 4

13、 可以看出 , 横向方向上理论计算的相对 亮度分布和实际测量得到的相对亮度分布曲线很接 近 。当距离中心位置 200 mm 的范围内时 , 两者相 对亮度的差别不大 ; 超过 250 mm 以后 ,相对亮度急 剧下降 ,在 300 mm 处 ,亮度衰减达到 30 %左右 。18 2009 - 06 L x = - 01 00969 +纵向 :L y = - 01 02676 +拟合的曲线如图 3 所示 , 可以看出 ,L ED 的亮图 3 水平和垂直方向的 L ED 亮度拟合曲线28551 1069 4 ( y + 01 33398) 2 + 27571 875623341 3392 4 (

14、x - 01 42427 ) 2 + 23041 6384( 1)( 2)VACUUM EL ECTRONICS 真空电子技术为 na = 45 个 , 纵向为 nb = 20 个 , 已知单颗 L ED 的 尺寸为 la ( 长) lb ( 宽) ,相邻两颗 L ED 中心的间距 可能为 la ( lb ) 和 l/ 2 之间的任意值 ,根据实际应用要 求 ,L ED 排列间距变化的步长取 l , 即任意两颗 L ED 排列间距的可能值为 la , la + l , la + 2 l , la +3 l , 直到 l/ 2 结束 。以水平方向间距计算为例 , 采用 MA TL AB 对非均匀

15、性排列间距进行仿真计 算 ,流程图如图 6 所示 。图 4 ED 横向实际相对亮度分布和理论 L 相对亮度分布曲线图 5 ED 纵向实际相对亮度分布和理论 L 相对亮度分布曲线从图 5 可以看出 , 纵向方向上理论计算的相对 亮度分布和实际测量得到的相对亮度分布曲线很接 近 。当距离中心位置 100 mm 的范围内时 , 相对亮 度的差别不大 ; 超过 150 mm 以后 ,相对亮度急剧下 降 ,在 180 mm 处 ,亮度衰减达到 40 %左右 。 综合可知 L ED 背光源均匀排列时 ,位于中心区 域的亮度相对较大 ,亮度的差别也比较小 ; 但在周边 区域的亮度就下降的很快 , 从而导致了

16、边缘区域偏 暗 ,影响了全屏亮度的均匀性 。因此我们有必要对L ED 的排列进行适当的改进 , 以提高周围的亮度 ,图 6 ED 非均匀排列间距计算流程图 L其中 D i 为第 i 颗 L ED 和第 i + 1 颗 L ED 的间 距 , f i ( j ) 表示第 j 个 L ED 在 i 点的亮度值 。垂直方 向的间距计算公式与水平方向类似 , 只是任意两颗 L ED 排列间距的可能值为 lb , lb + l , lb + 2 l , lb + 3 l ,直到 l/ 2 结束 。 对均匀性排列 L ED 进行非均匀调整之后的亮 度分布如图 7 所示 ,可以看出 L ED 的间距调整后亮

17、 度的均匀性有了很大的提高 。纵向的相对亮度达到 了 90 %以上 ,横向的相对亮度达到了 95 %以上 。由 此可见不等间距的排列对于提高亮度均匀性是非常 有效的 。在仿真计算的基础上 , 根据水平和垂直两 个方向的计算间距对均匀性排列进行调整 , 从而得 到亮度均匀一致的 L ED 背光源 。从而达到更好的亮度均匀性 。3 ED 非均匀排列的亮度均匀性 L由前面的结果可知 , 当 L ED 均匀排列时 ,L ED 背光源周边区域的亮度相对于中心位置会很小 , 从 而影响了全屏的亮度均匀性 。为了提高全屏亮度的 均匀性 ,可以采用 L ED 的非均匀排列 。这样可以降 低中心区域的亮度 ,提

18、高边缘区域的亮度 ,进而达到 很好的全屏亮度均匀性 目前所用 32 英寸液晶电视背光源的长度 l =701 71 cm ,宽 w = 391 78 cm , 所需的 L ED 数目横向19 2009 - 06 真空电子技术 VACUUM EL ECTRONICSL ED 的亮度均匀性可以达到 90 %以上 , 从而说明 L ED 的非均匀排列对于改善全屏的亮度均匀性是很有效的 ,也是可行的 。参考文献 1 Munisamy Anandan. Progress of L ED Backlight s for 2 Koichiro K , Makoto S , Takeo A , et al1 T

19、echnology of 2007 , Sympo sium Digest Tech ,2007 :1232 - 12361 2006 , Seminar Lect ure Notes ,20061 12331 Seminar Lect ure Notes 11 ,20031 Gamut and High Bright ness Assured by t he Suppo rt of 2003 , Sympo sium Digest Tech Papers 35 , 2003 :1230 L CDsJ 1 Journal of t he SID , 2008 , 16 (2) : 287 -

20、3101Wide Color Gamut Backlight wit h R GB Light Emitting图 7 ED 间距调整后的亮度分布 L4 结论本文主要研究了 L ED 非均匀排列方法 。在等 间距排列的基础上 ,通过 L ED 的亮度分布函数可以 从理论上计算出在现有的等距离排列下的亮度分 布 ,并与实际测得的亮度分布进行对比 ,从而证明我 们可以从理论上计算出 L ED 的排列 。通过仿真计 算得出非均匀性 L ED 排列方案 ,在这种排列方式下 ,动态信息稀土新材料助力绿色照明产业快速发展来源 : 生意社 稀土是 21 世纪的战略资源 ,以其独特的化学和光 、 、 电 磁等

21、物理化学性质成为新材料开发领域的重要元 素 ,已广泛应用于照明及 L ED 、 玻璃 、 陶瓷 、 冶金及钢材 、 石油化工 、 电子通信 、 机械 、 能源 、 轻工纺织印染 、 环 境保护 、 、 农业 磁性材料 、 仪器仪表 、 、 、 汽车 航天 军工等领域 。 笔者从 2010 中国国际稀土资源及其新材料应用展览会获悉 ; 稀土荧光材料 、 电光源材料 、 长余辉稀土发 光材料及其他混合稀土在照明行业的不断运用 ,使照明产品性能更好 、 质量更佳 。 最近发明的长余辉稀土发光材料是一种新型的无污染的节能型环保储光材料 , 它能把从太阳光 、 荧光 灯、 白炽灯等照射下得到的能量贮存在

22、材料中 ,然后以发光的形式 ( 在暗处可清晰地看到这种光) 缓慢地释放 这些能量 ,从而起到了在暗环境下指示照明的目的 ,而且这种材料可重复使用 。稀土作为荧光灯的发光材料 ,是节能性的光源 ,特点是光效好 、 光色好 、 寿命长 。比白炽灯可节电 75 % 80 % ,每年至少节约 1520 亿度电 。稀土荧光粉用量每年超过 70 %的增长 ,其中投影电视 、 荧光灯 、 CD L 背光源 、 PDP 荧光粉的用量将增长近 1 倍 。 稀土新材料的开发及应用将助力绿色照明行业快速发展及产品升级 。2010 中国国际稀土资源及其新 材料应用展览会将于 5 月 17 日在上海光大会展中心正式开幕

23、 。目前各项筹备工作进展顺利 。20 2009 - 06 3 Anandan M1 Backlight for L CD TV/ Mo nitor A 1 SID 4 Silverstein L1 Color in Elect ronic Displays A 1 SID 2003 , 5 Sugiura H , Kaneko H , Kagawa S , et al1 Wide Color L ED Backlighting in WU XGA L CD Monito r C 1 SIDDiode for Liquid Crystal Display Televisio n C 1 SID收稿日期 :2009 - 11 - 011

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