CN106444158A - 一种大尺寸液晶屏led矩阵直下式高亮背光模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，包括雾板、PCB电路板和设置在所述电路板的LED矩阵模块，所述LED矩阵模块包括多列相互并联连接的LED光源列，每一LED光源列包括12‑24颗LED光源，所述PCB电路板的尺寸匹配LED矩阵模块上每列的LED光源数量和LED光源列的总列数，所述LED光源为表面焊接SMD单芯封装全白色高亮顶光LED灯珠，其封装尺寸为4014，即4.0x1.4mm，LED光源色彩坐标值为X：0.303；Y：0.293附近，LED光源亮度值在7000 mcd以上，以0.1 V分档筛选，LED光源采用额定电流为60mA正向电流标准级电流,灯珠间距以11.6mm为间距值，可做正负10% 的调整。该种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组具有亮度高、能效高、发热量小、散热性能好、性能稳定等现有产品所不具备的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED应用领域的技术方案，特别是一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组。
背景技术
目前，液晶屏的背光已经告别了CCFL时代，市场上大尺寸26寸至84寸的LCD-TV液晶屏为了将屏做得尽量薄，配套的背光源基本上是用LED做侧光式背光，亮度只有300-400流明，只适合室内环境工作，无法在户外强光环境下应用。如本人在2009年的发明专利的“应用于大尺寸LCD超高亮度LED矩阵直下式背光模组”，专利号：ZL200910105907.3 ，就提高LCD屏的亮度到1000-1500流明提供了解决方案。受当时LED封装技术的限制，该方案还存在功耗较高，光电转换效率偏低的问题。
大尺寸LCD屏的背光模组主要有2类，分别是侧光式和直下式（底光式）。目前在消费类市场上主流的LCD-TV宽屏都是用LED做侧光源，侧光式背光是由LED灯条（放在液晶屏的侧边），导光板（透明亚克力板印有反光点），光学反光膜和增光膜，塑胶框和金属框组成，亮度范围都在300-400流明。而直下式背光是由LED矩阵光源板放在液晶屏的背后，雾板（半透明亚克力板），光学反光膜和增光膜，塑胶框和金属框组成。用LED做光源已有几年，目前应用于小尺寸LCD屏，如手机，PDA，平板电脑，手持摄像机屏都是LED侧式背光，笔记本电脑屏和桌面上的LCD显示器也用的是LED侧式背光的LCD屏，亮度范围都是在200-300流明左右，户外阳光下的显示效果不佳。
26寸以上，甚至大到55---84寸的LCD-TV宽屏由于生产厂商追求将屏的厚度做得尽量薄，也都是采用LED侧式背光，亮度只可以达到300-400流明，个别屏的亮度可达到700流明。在高亮LCD屏的市场上，生产厂家都是用LED矩阵制作超高亮直下式背光，如本人专利：ZL200910105907.3中公开的技术方案，制作高亮LCD液晶屏供户外应用。目前国内只有几家公司有能力生产这类产品，但大部分的方案都存在光电转换效率低，达不到目前客户对亮度的更高要求，LED背光功耗偏高，产生的热量高，屏的过热问题严重，可靠性低影响使用寿命。
目前在26寸至55寸，及55寸以上LCD-TV大屏上，国内各生产厂家推出市场的高亮液晶屏产品基本上都是LED直下式背光，亮度都是1500流明的，亮度达不到户外强光环境可视的显示要求；而高功耗和高热，户外高温环境应用会有很大问题，尤其是户外阳光直接照射下，情况更差，屏幕很快会因背光高温和阳光吸热双重原因产生的高温变黑，无法正常显示。
在授权专利：ZL200910105907.3公开的技术方案中，受当时LED灯的封装技术所限，在应用于32寸以上LCD大尺寸屏的高亮背光方案中，采用的是三芯LED灯珠，亮度高但封装尺寸较大，因此灯与灯之间的排列间距较大，灯与雾板的空间高度的距离也较大，造成光电转换效率低，高功耗产生高热，在户外高温环境中阳光直接照射下，屏幕很快会因背光高温和阳光吸热双重原因产生的高温发生黑屏现象，无法正常显示。
本发明所要解决的技术问题就是用LED矩阵制作超高亮度阳光下可视直下式背光模组，将LCD模组的亮度提高5倍以上，达到2000流明以上，甚至更高到3500-5000流明，满足户外阳光下可视的亮度要求，同时将功耗降低减少背光产生的热量，为户外多媒体播放，强光环境LCD显示屏的应用提供可靠性更高，能耗更低的超高亮度阳光下可视LCD显示模组。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，解决了现有技术存在的亮度低，不符合室外使用要求、能耗高、发热量高、可靠性差等技术缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，包括雾板、PCB电路板和设置在所述电路板的LED矩阵模块，所述LED矩阵模块包括多列相互并联连接的LED光源列，每一LED光源列包括12-24颗LED光源，所述PCB电路板的尺寸匹配LED矩阵模块上每列的LED光源数量和LED光源列的总列数，所述LED光源为表面焊接SMD单芯封装全白色高亮顶光LED灯珠，其封装尺寸为4014，即4.0x1.4mm，LED光源色彩坐标值为X：0.303；Y：0.293附近，LED光源亮度值在7000 mcd以上，以0.1 V分档筛选，LED光源采用额定电流为60mA正向电流标准级电流。
作为上述技术方案的改进，所述LED矩阵模块电路将12-24颗LED光源串联成列，数十列所述LED光源列并联连接，所述LED矩阵模块电路采用升压式DC-DC恒流驱动。
作为上述技术方案的进一步改进，所述PCB电路板与雾板之间的距离为12.5-15mm。
作为上述技术方案的进一步改进，所述LED矩阵模块上的LED光源的横向间距为10-12.8mm，所述LED矩阵模块上的LED光源的纵向间距为10-12.8mm。
作为上述技术方案的进一步改进，LED矩阵模块上的LED光源纵横之间的距离以11.6mm为间距值，可做正负10%的调整。
作为上述技术方案的进一步改进，所述PCB电路板为厚度1.0-1.6mm的单面铝基板电路板。
作为上述技术方案的进一步改进，所述PCB电路板设有LED光源的一面设置涂设有纯白色反光油漆，PCB电路板上涂设有反光油漆的一面设置有反光膜，所述反光膜上开设有用于LED光源穿过的通孔。
作为上述技术方案的进一步改进，所述PCB电路板背部设置有E型铝型材散热板，所述E型铝型材散热板与PCB电路板之间采用散热硅胶紧密粘合。
作为上述技术方案的进一步改进，所述E型铝型材散热板上方设置有若干散热风扇。
作为上述技术方案的进一步改进，所述供电电压为恒定电压，所述供电电流为恒定电流，供电电压和供电电流可同步控制。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，本发明提供了高亮背光模组为LED矩阵高亮直下式背光模组，其亮度可达到2000流明以上，甚至达到3500-5000流明，满足户外阳光下可视的应用，应用范围广；该种背光模组功耗只有现有LED直下式高亮背光的65%甚至更低，低功耗无过热问题；所述LED光源是表贴焊接在铝基板电路板上的，配合E型散热铝型材散热板直接散热，散热性很好；所用的电源是升压式DC-DC直流驱动电源，具有92%以上的高转换效率、可靠性高；模块化LED矩阵木块和模块化配套电源设计，方便扩展应用到任何尺寸的LCD大屏，无需为超大尺寸高亮LCD屏的驱动电源的开发、设计和生产再投入时间和资金，经济性好，节省成本和时间。
该种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组解决了现有技术存在的亮度低，不符合室外使用要求、能耗高、发热量高、可靠性差等技术缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明装配示意图；
图2是本发明结构拆分图；
图3是本发明另一角度的结构示意图
图4是本发明中LED光源的电流示意图；
图5是本发明第一实施例的结构示意图；
图6是本发明第二实施例的结构示意图；
图7是本发明的剖面结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1-7。
在专利：ZL 200910105907.3所述方案，受当时LED灯的封装技术所限，在应用于32寸以上LCD大尺寸屏的高亮背光方案中，采用的是三芯LED灯珠，亮度高但封装尺寸较大，因此灯与灯之间的排列间距较大，灯珠与雾板的空间高度的距离也较大，造成光电转换效率低，高功耗产生高热，在户外高温环境中阳光直接照射下，屏幕很快会因背光高温和阳光吸热双重原因产生的高温发生黑屏现象，无法正常显示。
本发明的目的是应用LED封装技术改进后的新型LED灯珠制作LED矩阵直下式超高亮度背光模组，亮度在专利ZL200910105907.3的基础上提高一倍以上，可以提高到2000流明，甚至更高达到3500-5000流明，既可满足户外阳光下亮丽可视的更高亮度要求，又能解决功耗过大和产生的过热问题；整体背光模组是升压式DC-DC直流电源供电，提高电源转换效率，并改善了整机的可靠性和稳定性，模块化背光设计，方便拼接和扩展，可极方便地应用到任何尺寸的LCD大屏上，也方便了背光电源的模块化扩展配套，无需为更大的LCD屏制造更大功率的背光电源；LED矩阵的亮度可控范围大，可将亮度降到最高亮度的5-15%，为提高动态对比度提供了可行性，大大改善夜晚黑暗环境的显示效果，并节能环保。
本发明最主要的要点就是如何在目前市场上众多的LED产品中选用最适合的一款LED，其在市场上的产能相对较大成本又低、有较大的价格优势，设计什么电路和矩阵模式而能最大限度发挥该LED的发光功效，达到本发明的最高亮度要求、亮度可控和良好的均匀度指标，如何将LED热量引导到背光模组外面及散热方式。
本发明所采用的主要技术方案为：
一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，包括雾板1、PCB电路板2和设置在所述电路板2的LED矩阵模块3，所述LED矩阵模块3包括多列相互并联连接的LED光源列，每一LED光源列包括12-24颗LED光源31，所述PCB电路板2的尺寸匹配LED矩阵模块上每列的LED光源31数量和LED光源列的总列数，所述LED光源31为表面焊接SMD单芯封装全白色高亮顶光LED灯珠，其封装尺寸为4014，即4.0x1.4mm，LED光源31色彩坐标值为X：0.303；Y：0.293附近，LED光源31亮度值在7000 mcd以上，以0.1 V分档筛选，LED光源31采用额定电流为60mA正向电流标准级电流。
首先本发明技术方案中，所选用的LED光源3是单芯小尺寸封装的LED灯珠，典型型号是4014，其尺寸为4.0x1.4mm，LED光源31为表面焊接SMD单芯封装全白色高亮顶光LED，色彩坐标值为X：0.303；Y：0.293附近，与日光颜色接近，LED光源31亮度值在7000 mcd以上，60mA正向电流标准级（小功率级），要求以0.1 V分档筛选，保证在低电压小电流工作状态时良好的一致性。为了达到良好的亮度和均匀度指标，LED矩阵模块3所用的LED光源31数量较多，是高密度排列；选用这款60mA标准级LED，是为了将总功率尽量降低，达到低功耗，减少背光产生的过热问题。虽然市场上有亮度更高的大功率LED，如120mA正向电流大功率级和陶瓷封装大功率级，但单点亮度太高点光源效应太强，反而难于达到良好的均匀度，而如选用大功率的LED，总功率必然会增加太多，造成功耗过大和过热问题。本发明的LED背光是模块化方式，每个LED矩阵模块3所用的LED光源31的数量可控制在600-900颗，在这个数量内做到每个LED矩阵模块3所用的LED光源采用0.1V分档是完全可行的，即LED是3.0-3.1V、3.1-3.2V、3.2-3.3V、3.3-3.4V分档，分别用在单个LED矩阵模块3上，而每个背光模块之间的电压差别可由其供电电源作出调整，达到模块组的一致。
进一步地，所述PCB电路板2为厚度为1.0-1.6mm单面铝基板电路板，PCB电路板2背部设置有10-15mm厚的E型铝型材散热板4，PCB电路板2上设有LED光源2的一面涂上纯白色反光油漆，增加反光效果，见图1；所述PCB电路板2上设有LED光源31的这一面再加一片反光膜, 反光膜上预先按LED光源31的大小尺寸和位置预先打好孔，然后再贴在PCB电路板2上，进一步增加反光效果； 所述E型铝型材散热板4可由多片拼接而成，E型铝型材散热板4的尺寸可与整体背光模组的底板面积一样，见图2；焊好LED光源31的PCB电路板2用散热硅胶紧密粘合在E型铝型材散热板4上并用螺丝固定，做成LED背光模组底板，采用E型铝型材散热板4的目的是为了将LED的热量直接引导出来，提高背光模组的散热性能；在LED背光模组E型铝型材散热板4的上方，可适当加装散热风扇，增加散热效果，见图3。
优选地，所述LED矩阵模块3的电路是采用串、并相结合的电路，目前LCD-TV屏的背光电源大多数是采用24VDC直流工作电压供电，根据这个标准，本发明的电路是用12-24粒LED电源31串联成列，数十列并联组成一块LED矩阵模块3的电路，根据屏的尺寸大小确定并联组的数量和矩阵模块的长度，见电路原理图4；LED矩阵模块3的数量及其排列组合方式也是根据屏的尺寸大小确定其数量和排列组合方式，可全垂直组合排列，如26寸和32寸屏，见图5；或水平对分组合排列，如42寸至84寸以上的屏，见图6。
优选地，LED矩阵模块3排列的方式和数量是以达到最高亮度要求和实现良好的均匀度为原则，LED矩阵模块3以18粒LED光源31串联电路为一列，每粒LED光源31的横向和纵向的间距是10-12.8mm，根据屏的大小在此范围内作出调整，每列LED串联电路的行间距离也是10-12.8mm，这样各个LED光源31纵横之间组成方型矩阵，所述PCB电路板2的长度与行的数量根据这样的排列组合方式一直延伸到LCD屏可视区的两边，同样根据屏的大小作出调整，以满足LED矩阵模块3排列的面积与LCD显示区一致。
优选地，本发明的LED矩阵模块3排列中最重要的数据是各个LED光源31纵横之间的距离以11.6mm为间距值，可做正负10%的调整，过密会增加LED使用数量，增加功耗，间距过大会影响亮度和均匀度，影响整体显示效果。根据该LED光源31间距将PCB电路板2与雾板1之间的距离拉近，缩短到14mm，目前大多数大尺寸屏的直下式背光中，为了减少灯珠的数量，通常采用大尺寸LED灯珠加散光灯罩，为了满足均匀度的要求，LED灯板与雾板间的距离必须足够大，大部分都是20-25mm；本发明采用的技术方案是小尺寸LED光源31高密度排列，拉近与雾板1的距离，将LED光源31投射光的损耗减到尽量小，本发明中所用的LED光源31发光角度是120度，各LED光源31的有效光投射区在各个LED光源31之间需要有部分重叠，来改善均匀度，见图7。
高亮LCD模组与市场上标准低亮的LCD屏有其不同的特点和应用方法，标准低亮的LCD屏的亮度调节是用OSD调节显示图象的增益来实现的，不是调节背光的实际亮度；高亮LCD模组是不能用这个调节方式的，因为OSD增益调节范围太小，必须要调节背光的实际亮度。对高亮LCD模组来说，一方面它的亮度高，适合在白天和强光环境中应用，另一方面，在晚间和黑暗环境中，亮度必须可以降下来，否则就太刺眼。这就需要非常细微的、线性的亮度可调控制电路；而对于整体功耗和温度的控制，总电流的限定和控制就尤其至关重要。针对该要求和特性，本发明的LED矩阵高亮直下式背光模组对供电控制电路有特殊严格的要求，电压和电流都要做到是相对恒定，既是恒流源又是恒压源，并且同步双控，电压升同时电流也升，电压降同时电流也降；由于是升压式DC-DC驱动电路，由最暗到最亮的输入电压调整的范围，以18 粒LED光源31串连电路为例，是在41.4 - 57.6V之间，在最高亮度状态时，每粒LED光源31上的电压降不超过3.05-3.2V，每一组的电流最大值是45mA，相当于额定电流的75%, 以此控制LED光源31温度不会过热，在最暗状态可降到接近3-5mA，LED光源31在最高亮度工作时，其基底以不超过55oC为限，此为本发明的最重要的数据，超过电流最大值，LED光源31的发光将因过热而不升反降。由于采用E型铝型材散热板4，LED光源31的热量可以直接经E型铝型材散热板4导出，在E型铝型材散热板4再加装风扇提高散热效果。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：包括雾板（1）、PCB电路板（2）和设置在所述电路板（2）的LED矩阵模块（3），所述LED矩阵模块（3）包括多列相互并联连接的LED光源列，每一LED光源列包括12-24颗LED光源（31），所述PCB电路板（2）的尺寸匹配LED矩阵模块上每列的LED光源（31）数量和LED光源列的总列数，所述LED光源（31）为表面焊接SMD单芯封装全白色高亮顶光LED灯珠，其封装尺寸为4014，即4.0x1.4mm，LED光源（31）色彩坐标值为X：0.303；Y：0.293附近，LED光源（31）亮度值在7000 mcd以上，以0.1 V分档筛选，LED光源（31）采用额定电流为60mA正向电流标准级电流。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述LED矩阵模块电路将12-24颗LED光源（31）串联成列，数十列所述LED光源列并联连接，所述LED矩阵模块电路采用升压式DC-DC恒流驱动。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述PCB电路板（2）与雾板（1）之间的距离为12.5-15mm。
4.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述LED矩阵模块上的LED光源（31）的横向间距为10-12.8mm，所述LED矩阵模块上的LED光源（31）的纵向间距为10-12.8mm。
5.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：LED矩阵模块上的LED光源（31）纵横之间的距离以11.6mm为间距值，可做正负10%的调整。
6.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述PCB电路板（2）为厚度1.0-1.6mm的单面铝基板电路板。
7.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述PCB电路板（2）设有LED光源（31）的一面设置涂设有纯白色反光油漆，PCB电路板（2）上涂设有反光油漆的一面设置有反光膜，所述反光膜上开设有用于LED光源（31）穿过的通孔。
8.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述PCB电路板（2）背部设置有E型铝型材散热板（4），所述E型铝型材散热板（4）与PCB电路板（2）之间采用散热硅胶紧密粘合。
9.根据权利要求8所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述E型铝型材散热板（4）上方设置有若干散热风扇。
10.根据权利要求1所述的一种大尺寸液晶屏LED矩阵直下式高亮背光模组，其特征在于：所述供电电压为恒定电压，所述供电电流为恒定电流，供电电压和供电电流可同步控制。
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