直下式LED 液晶显示器背光模组的超薄化设计

姜震 江苏无线电厂有限公司

引言

直下式LED 液晶显示器背光模组有其自身的结构和应用性能，考虑到厚度过大而限制其应用的局限性，本文重点关注和探讨直下式LED 液晶显示器背光模组的超薄化设计和散热设计，满足人们对直下式LED 液晶显示器背光模组的轻薄、美观、实用性需求。

1 带圆台的超薄直下式背光模组设计

传统的直下式背光光源位于模组的底部，其照度、亮度和均匀度均佳，然而需要一定的混光高度才能获得理想的均匀度，这就增大了显示器的厚度，与现代轻薄化、美观化的应用需求不相契合。为此，本文设计一种带有圆台的超薄直下式LED 背光模组，使LED 设计于圆台的侧面，无须光学透镜，即可在降低混光高度的同时满足其均匀度要求。

1.1 光学设计方案。该直下式LED 背光模组由圆台、LED 灯珠、圆锥、反射隔板、底板、边框、扩散膜等构成，将4 颗LED 灯珠设计于每个圆台的斜面，保持垂直分布的状态。圆台则设计为正六边形，分别对应正六边形的一个角，中心设置一个圆锥，通过表面反射面和周边的反射隔板形成独立照明单元，在各单元拼接之后即形成不同尺寸的背光模组。

1.2 照度分布设计。该设计中的LED 类似于朗伯型发光体，在设计中考虑到照度、照明面积等因素，灯珠尺寸为2×2×1mm，排列间距为26mm，隔板边长为43.32mm，将LED 灯珠设置于圆台的倾斜侧面，圆台底面直径为17.32mm，倾角为30°，斜面长度为4mm，临界混光高度为16mm，从而使背光模组更加轻薄和均匀。设计采用正六边形的排列方式，能够有效减少LED 的数量，并在中心位置设置圆锥体反射面，圆锥半径和高度均为10mm，能够较好地避免中间部位出现混光盲区的现象，改变光线方向，从而较好地改善背光模组的光斑均匀度，使均匀度达到94.96%，有效降低混光高度，提升光能利用率。

2 直下式LED 液晶显示器背光模组的散热设计分析

随着直下式LED 液晶显示器背光模组的超薄化设计趋势，要重点关注背光模组的散热问题，考虑到工作环境温度升高会对内部元件产生损坏，缩减LED 的光学性能和使用寿命，为此要探讨LE 液晶显示器的散热问题，提高LED 背光模组的光电特性和稳定可靠性。

2.1 LED 内部发热的原因分析。LED 产生热量的内部成因主要归结于量子效率低，因原材料自身品质、制作工艺存在欠缺，由此引发电子由激发态跃迁至基态时产生无辐射跃迁，导致热量的生成而降低载流子的转换效率。

2.2 LED 液晶显示器散热的设计方法。（1）提高LED 芯片散热性能。考虑到LED 液晶显示器背光模组的内量子效率极低，电能难以完全转换为光能，为此可以引入外延生长技术和多量子阱结构，设计波长为625nm AlGalnP 基LED，使其内量子效率达到近乎100%，大幅提升LED 芯片的光电转化效率。同时，还要重点提升LED 芯片的外量子效率，采用改变芯片的外形、引入倒装芯片技术、表面粗糙化技术和光子晶体技术的方法，设计生长分布布拉格反射层（DBR）结构，有效地提升LED 液晶显示器背光模组的外量子效率。（2）以散热工具为载体，通过降低工作环境温度的方式实现LED 产品的降温。具体来说，可以采用风冷、液冷、半导体制冷等主动式散热方法，主动进行热量的转移和导出，如：散热风扇。还可以将LED 的发热端连至散热器，扩大散热面积，达到快速有效的散热。

2.3 直下式LED 液晶显示器背光模组的散热方案。结合超薄化设计考虑，选择散热圆台和导热硅胶片相结合的散热系统，具体包括以下内容：（1）散热圆台。将圆台设计为散热片的形状，与支撑曲面构成一个散热整体，圆台下方底板开挖一个圆形孔洞，并在圆台和底板间设置环形导热硅胶片，用于填补中间的缝隙，并实现对热量的传导，有效提高单颗LED 的平均散热面积。（2）导热硅胶片散热系统。将导热硅胶片与每个圆台相连接，将热量传导至通气孔附近，有效提高背光模组中部的散热能力。并在单个完整的正六边形照明单元中以条形硅胶片连接各个圆台，中间涂覆导热硅脂，起到良好的导热功效。而中部相邻单元的三角区域，则设计采用Y 形导热硅胶片进行连接。由此可见，通过上述设计方式，能够将背光模组中心区域的热量传导至外部空间，达到有效的降温效果，延长LE 光源的寿命。

3 小结

综上所述，直下式LED 液晶显示器背光模组要突破厚度在的先天缺陷，可以引入相关技术和方法，进行直下式LED 液晶显示器背光模组的超薄化设计，设计一种带有圆台的、有正六边形独立单元结构的直下式LED 背光模组，在保证高均匀度的同时降低厚度，实现背光模组的超薄化设计。并利用圆台散热片和导热硅胶片实现内部散热。未来还要进一步开展软件模拟研究，搭建实物模型进行背光模组的实验测试，并进行散热设计的模拟实验，使之不断完善和优化。