直下式LED 液晶顯示器背光模組的超薄化設(shè)計

姜震 江蘇無線電廠有限公司

引言

直下式LED 液晶顯示器背光模組有其自身的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用性能，考慮到厚度過大而限制其應(yīng)用的局限性，本文重點(diǎn)關(guān)注和探討直下式LED 液晶顯示器背光模組的超薄化設(shè)計和散熱設(shè)計，滿足人們對直下式LED 液晶顯示器背光模組的輕薄、美觀、實用性需求。

1 帶圓臺的超薄直下式背光模組設(shè)計

傳統(tǒng)的直下式背光光源位于模組的底部，其照度、亮度和均勻度均佳，然而需要一定的混光高度才能獲得理想的均勻度，這就增大了顯示器的厚度，與現(xiàn)代輕薄化、美觀化的應(yīng)用需求不相契合。為此，本文設(shè)計一種帶有圓臺的超薄直下式LED 背光模組，使LED 設(shè)計于圓臺的側(cè)面，無須光學(xué)透鏡，即可在降低混光高度的同時滿足其均勻度要求。

1.1 光學(xué)設(shè)計方案。該直下式LED 背光模組由圓臺、LED 燈珠、圓錐、反射隔板、底板、邊框、擴(kuò)散膜等構(gòu)成，將4 顆LED 燈珠設(shè)計于每個圓臺的斜面，保持垂直分布的狀態(tài)。圓臺則設(shè)計為正六邊形，分別對應(yīng)正六邊形的一個角，中心設(shè)置一個圓錐，通過表面反射面和周邊的反射隔板形成獨(dú)立照明單元，在各單元拼接之后即形成不同尺寸的背光模組。

1.2 照度分布設(shè)計。該設(shè)計中的LED 類似于朗伯型發(fā)光體，在設(shè)計中考慮到照度、照明面積等因素，燈珠尺寸為2×2×1mm，排列間距為26mm，隔板邊長為43.32mm，將LED 燈珠設(shè)置于圓臺的傾斜側(cè)面，圓臺底面直徑為17.32mm，傾角為30°，斜面長度為4mm，臨界混光高度為16mm，從而使背光模組更加輕薄和均勻。設(shè)計采用正六邊形的排列方式，能夠有效減少LED 的數(shù)量，并在中心位置設(shè)置圓錐體反射面，圓錐半徑和高度均為10mm，能夠較好地避免中間部位出現(xiàn)混光盲區(qū)的現(xiàn)象，改變光線方向，從而較好地改善背光模組的光斑均勻度，使均勻度達(dá)到94.96%，有效降低混光高度，提升光能利用率。

2 直下式LED 液晶顯示器背光模組的散熱設(shè)計分析

隨著直下式LED 液晶顯示器背光模組的超薄化設(shè)計趨勢，要重點(diǎn)關(guān)注背光模組的散熱問題，考慮到工作環(huán)境溫度升高會對內(nèi)部元件產(chǎn)生損壞，縮減LED 的光學(xué)性能和使用壽命，為此要探討LE 液晶顯示器的散熱問題，提高LED 背光模組的光電特性和穩(wěn)定可靠性。

2.1 LED 內(nèi)部發(fā)熱的原因分析。LED 產(chǎn)生熱量的內(nèi)部成因主要?dú)w結(jié)于量子效率低，因原材料自身品質(zhì)、制作工藝存在欠缺，由此引發(fā)電子由激發(fā)態(tài)躍遷至基態(tài)時產(chǎn)生無輻射躍遷，導(dǎo)致熱量的生成而降低載流子的轉(zhuǎn)換效率。

2.2 LED 液晶顯示器散熱的設(shè)計方法。（1）提高LED 芯片散熱性能?？紤]到LED 液晶顯示器背光模組的內(nèi)量子效率極低，電能難以完全轉(zhuǎn)換為光能，為此可以引入外延生長技術(shù)和多量子阱結(jié)構(gòu)，設(shè)計波長為625nm AlGalnP 基LED，使其內(nèi)量子效率達(dá)到近乎100%，大幅提升LED 芯片的光電轉(zhuǎn)化效率。同時，還要重點(diǎn)提升LED 芯片的外量子效率，采用改變芯片的外形、引入倒裝芯片技術(shù)、表面粗糙化技術(shù)和光子晶體技術(shù)的方法，設(shè)計生長分布布拉格反射層（DBR）結(jié)構(gòu)，有效地提升LED 液晶顯示器背光模組的外量子效率。（2）以散熱工具為載體，通過降低工作環(huán)境溫度的方式實現(xiàn)LED 產(chǎn)品的降溫。具體來說，可以采用風(fēng)冷、液冷、半導(dǎo)體制冷等主動式散熱方法，主動進(jìn)行熱量的轉(zhuǎn)移和導(dǎo)出，如：散熱風(fēng)扇。還可以將LED 的發(fā)熱端連至散熱器，擴(kuò)大散熱面積，達(dá)到快速有效的散熱。

2.3 直下式LED 液晶顯示器背光模組的散熱方案。結(jié)合超薄化設(shè)計考慮，選擇散熱圓臺和導(dǎo)熱硅膠片相結(jié)合的散熱系統(tǒng)，具體包括以下內(nèi)容：（1）散熱圓臺。將圓臺設(shè)計為散熱片的形狀，與支撐曲面構(gòu)成一個散熱整體，圓臺下方底板開挖一個圓形孔洞，并在圓臺和底板間設(shè)置環(huán)形導(dǎo)熱硅膠片，用于填補(bǔ)中間的縫隙，并實現(xiàn)對熱量的傳導(dǎo)，有效提高單顆LED 的平均散熱面積。（2）導(dǎo)熱硅膠片散熱系統(tǒng)。將導(dǎo)熱硅膠片與每個圓臺相連接，將熱量傳導(dǎo)至通氣孔附近，有效提高背光模組中部的散熱能力。并在單個完整的正六邊形照明單元中以條形硅膠片連接各個圓臺，中間涂覆導(dǎo)熱硅脂，起到良好的導(dǎo)熱功效。而中部相鄰單元的三角區(qū)域，則設(shè)計采用Y 形導(dǎo)熱硅膠片進(jìn)行連接。由此可見，通過上述設(shè)計方式，能夠?qū)⒈彻饽＝M中心區(qū)域的熱量傳導(dǎo)至外部空間，達(dá)到有效的降溫效果，延長LE 光源的壽命。

3 小結(jié)

綜上所述，直下式LED 液晶顯示器背光模組要突破厚度在的先天缺陷，可以引入相關(guān)技術(shù)和方法，進(jìn)行直下式LED 液晶顯示器背光模組的超薄化設(shè)計，設(shè)計一種帶有圓臺的、有正六邊形獨(dú)立單元結(jié)構(gòu)的直下式LED 背光模組，在保證高均勻度的同時降低厚度，實現(xiàn)背光模組的超薄化設(shè)計。并利用圓臺散熱片和導(dǎo)熱硅膠片實現(xiàn)內(nèi)部散熱。未來還要進(jìn)一步開展軟件模擬研究，搭建實物模型進(jìn)行背光模組的實驗測試，并進(jìn)行散熱設(shè)計的模擬實驗，使之不斷完善和優(yōu)化。