《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》是中航華東光電有限公司於2010年11月30日申請的發明專利，該專利申請號為2010105665164，公布號為CN102095132A，專利公布日為2011年6月15日，發明人是陸小松、沈健、李拓輝，該發明涉及液晶顯示領域，尤其涉及一種用於提高背光在故障下的冗餘可用性的LED布局和分組驅動方式。
《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》包括LED、導光板、漫射膜、稜鏡增亮膜、偏振增亮膜、燈板四周的反射罩，及導光板下面的反射膜，LED以編組方式分布於導光板的四邊，側面入射光線在導光板內發生全反射往前傳播，經過導光板下表面印刷網點散亂後部分從上表面射出，再經過位於其上方的漫射膜、稜鏡增亮膜、偏振增亮膜，最後從液晶屏出射。位於同一燈組中的LED在光學布局上儘可能分散到不同的空間位置光學功能上可能有相互影響的燈位安排來自電路失效關聯性最小的燈。該發明的優點在於：在偶發性故障率固定的前提下，最大限度降低了整個系統光學性能下降到不能使用程度的幾率，增加了整體冗餘可用性，降低了維護成本，延長了整個背光模組的使用壽命。
2016年1月，《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》獲得第四屆安徽專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》的摘要附圖）《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》
基本介紹
- 中文名：一種高冗餘度的側光式LED背光架構
- 公布號：CN102095132A
- 公布日：2011年6月15日
- 申請號：2010105665164
- 申請日：2010年11月30日
- 申請人：中航華東光電有限公司
- 地址：安徽省蕪湖市弋江區高新技術開發區華夏科技園
- 發明人：陸小松、沈健、李拓輝
- Int.Cl.：F21S8/00(2006.01)I、G02F1/13357(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
LCD（液晶顯示器）模組主要由框線結構件、背光板、液晶面板、電路板等組成，其中背光板主要由光源、燈罩、背板、塑膠框、反射片、導光板等部件組成。反射片位於導光板的底面，光源安裝在燈罩內，反射片與導光板組合後的相對兩端側分別夾在一燈罩的開口內，並且光源、燈罩、反射片和導光板由一面開口的長方體型背板固定，並且背板的外圍再由塑膠框固定，即形成背光板。然後將鐵框扣向液晶面板及背光板的塑膠框，最後將與液晶面板電連線的電路板鎖固在背光板的背板上，即完成LCD模組的組裝。
有源矩陣液晶顯示器性能的優劣很大程度上取決於其背光單元的亮度、可靠性、發光均勻性等指標。由於能耗、耐用性、無污染等方面的要求，高光效白光LED在背光套用中日益取代以往套用廣泛的CCFL成為背光光源的首選。
LED背光的耐用性優勢一是體現在發光二極體作為全固態器件，本身比冷陰極螢光燈擁有更高的可靠性，其低壓驅動電路也具有較低的故障率，二是LED陣列的套用本身就帶來了冗餘性，彼此獨立的固態發光單元互為補充，單個分立光源的損壞可能不會影響整個系統達到預定的性能指標。
但是當LED發生關聯性或較大比例故障時，由於導光板的散射網點與發光分布不再匹配，整個背光輸出的效果仍然會產生明顯破壞，有可能導致亮度或者均勻性的大幅度下降，從而影響正常使用。
發明內容
專利目的
《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》是針對側光式LED背光的上述特點，綜合考慮了各種可能的失效故障模式，提供了一種高冗餘度的側光式LED背光架構，並通過理論仿真計算和實際檢驗，驗證了這種設計的合理性和優越性，在其中一部分燈由於短路、斷路，焊點或接線問題，長時間工作自然失效，高溫、振動等苛刻環境引起失效等情況下，背光架構仍然具有一定的正常使用功能。
技術方案
1、背光採用四面均直接入射進光的架構，以此來設計燈板燈位和相應的導光板散射網點分布；
2、先根據所需背光亮度，背光面積，導光板、光學膜的傳輸效率和單顆燈的光通量估算出長短邊所需LED的總數，N＝CLA/Φη，其中C是可以通過實驗確定的常數因子，L是亮度，A是面積，Φ是光通量，η是效率，再依據背光長寬比例分配長短邊各自所需的LED數目；
3、根據驅動電路提供的電壓和效率要求，合理的分配每個串聯支路上負載的發光二極體數目，設驅動電壓為U，燈的壓降為U0，則每串有（U-U’）/U0顆燈，其中U’為因恆流驅動額外需要的壓降約1～3伏；
4、假設長邊有M顆燈，短邊排布N顆燈，那么將每個串聯LED中的所有燈儘可能平均且隨機分配到這2（M+N）個燈位中去，分配原則是讓處於同一邊、同一角或對邊相對位置的燈儘可能來自於不同的串聯支路。圖2是其中一種排布示例；
5、為避免出現由驅動電路引起的背光整體失效，當並聯支路數較多時，分拆成兩路獨立驅動互為備份。在每串LED僅集中於一條邊上的情況下，採用長邊與長邊一路，兩短邊上的LED另一路的方法，要比兩路長加短的方法，在一路失效時具有更好的亮度均勻性；
6、以上4、5兩點可以同時運用，也可以結合電路布線的具體可實現性只選用其中一種。因為同時對不同串聯支路和不同路驅動下的LED採取無序分配燈位必然會帶來電路布線的錯雜和混亂，因此應當結合LED電路板的實際加工能力來確定是採用哪一種散亂排位方式還是都運用。
改善效果
利用背光結構中LED在電路布局和光學功能上的離散性，儘量讓失效的可能性平均分攤到空間分布上，降低了局域空間失效幾率的關聯，這種關聯會在部分燈失效情況下導致出射光亮度均勻性的下降。通過合理的光學和電路拓撲結構分配，在偶發性故障率固定的前提下，最大限度地降低了整個系統光學性能下降到影響用戶使用程度的幾率，因此增加了整個系統的冗餘可用性，降低了平均維護成本，延長了整個背光模組的有效使用壽命。
附圖說明
圖1為《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》的結構示意圖；
圖2a為該發明一種高冗餘度的側光式LED背光架構的LED的第一種編組方式電路原理示意圖；
圖2b為該發明一種高冗餘度的側光式LED背光架構的LED等的第一種編組方式結構示意圖；
圖3a為該發明一種高冗餘度的側光式LED背光架構的LED的第二種編組方式電路原理示意圖；
圖3b為該發明一種高冗餘度的側光式LED背光架構的LED的第二種編組方式結構示意圖；
圖4為該發明一種高冗餘度的側光式LED背光架構的LED的第三種編組方式結構示意圖。
權利要求
1.《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》包括LED、導光板、漫射膜、稜鏡增亮膜、偏振增亮膜、燈板四周的反射罩，以及導光板下面的反射膜，側面入射光線在導光板內發生全反射往前傳播，經過導光板下表面印刷網點散亂後部分從上表面射出，再經過位於其上方的漫射膜、稜鏡增亮膜、偏振增亮膜，最後從液晶屏出射，其特徵在於：所述LED以編組方式分布於導光板的四邊每個串聯支路上負載的LED要平均且隨機的分配到所有的燈位中去，分配原則是讓處於同一邊、同一角或對邊相對位置的燈來自於不同的串聯支路；或者當並聯支路數較多時，LED分拆成兩路獨立驅動互為備份，在每串LED僅集中於一條邊上的情況下，採用長邊與長邊的LED屬於同一路驅動，兩短邊上的LED屬於另一路驅動。
2.如權利要求1所述的一種高冗餘度的側光式LED背光架構，其特徵在於：其中導光板的四邊的LED的總數根據所需背光亮息背光面積，導光板、光學膜的傳輸效率和單顆燈的光通量計算出，N＝CLA/Φη，其中N是LED的總數，C是常數因子，L是所需背光亮度，A是背光面積，Φ是單顆燈的光通量，η是導光板、漫射膜、稜鏡增亮膜、偏振增亮膜的總傳輸效率，等於導光板的傳輸效率、漫射膜的傳輸效率、稜鏡增亮膜的軸向亮度增益因子，以及偏振增亮膜的軸向亮度增益因子之積，再依據導光板長寬比例分配導光板長短邊各自所需的LED數目。
3.如權利要求2所述的一種高冗餘度的側光式LED背光架構，其特徵在於：確定好導光板的四邊的LED的總數後，再根據驅動電路提供的電壓和效率要求，合理的分配每個串聯支路上負載的LED數目，設驅動電壓為U，燈的壓降為U0，則每串有（U-U’）/U0顆燈，其中U’為因恆流驅動額外需要的壓降，為1～3伏。
4.如權利要求1所述的一種高冗餘度的側光式LED背光架構，其特徵在於：所述LED的總數為40顆燈，所述40顆燈分成10串驅動，其中導光板的長邊12顆LED，短邊8顆LED，且每串燈在各邊上都有分布且避免集中在同一角兩側位置和對邊相對位置。
實施方式
參閱圖1所示，《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》包括LED1、導光板2、漫射膜3、稜鏡增亮膜4、偏振增亮膜5、燈板四周的反射罩7，以及導光板下面的反射膜8。 所述LED1以編組方式分布於導光板2的四邊，側面入射光線在導光板2內發生全反射往前傳播，經過下表面印刷網點散亂後部分從上表面射出，再經過位於其上方的漫射膜3、稜鏡增亮膜4、偏振增亮膜5達到均勻混光和提高軸向亮度的效果，最後從液晶屏6出射，反射罩7以及反射膜8起到提高光線利用率的作用。
其中導光板2的四邊的LED的總數根據所需背光亮度，背光面積，導光板、光學膜的傳輸效率和單顆燈的光通量估算出，N＝CLA/Φη，其中N是LED的總數，L是所需背光亮度，A是背光面積，Φ是單顆燈的光通量，η是導光板2、漫射膜3、稜鏡增亮膜4、偏振增亮膜5的總淨傳輸效率（等於各部分傳輸效率之積，例如導光板2光線傳輸效率為85％，漫射膜3傳輸效率為60％，稜鏡增亮膜4的軸向亮度增益因子為1.3，偏振增亮膜4的軸向亮度增益因子為1.4，那么η＝85％×60％×1.3×1.4＝0.93），C是可以通過實驗確定的常數因子，例如對於上述η為0.93的背光架構，使用1001m總光通量的LED裝配到面積為0.03平方米的類似結構的試驗模組上產生了1700cd/平方米的背光亮度，那么C＝100×0.93/（0.03×1700）＝1.82）。再依據導光板長寬比例分配導光板長短邊各自所需的LED數目。 確定好導光板2的四邊的LED的總數後，再根據驅動電路提供的電壓和效率要求，合理的分配每個串聯支路上負載的LED數目，設驅動電壓為U，燈的壓降為U0，則每串有（U-U’）/U0顆燈，其中U’為因恆流驅動額外需要的壓降約1～3伏。
參閱圖2a，以40顆燈分成10串的驅動方式作為示例，在圖2b中長邊12顆LED，短邊8顆LED，每顆燈上的數字表示相應於圖2a的串序號。可以看到每串燈儘量在各邊上都有分布且避免集中在同一角兩側位置和對邊相對位置。
參閱圖3a和圖3b，圖3b中空白框表示處於第一路驅動中的並聯支路LED，實心框表示第二路驅動中的LED。與圖2a、2b中不同的是，每串LED內的所有LED仍然連續排布在某個特定邊上，冗餘性依靠的是不同路驅動電路里燈發光的互補關係。也可以將組間錯亂排布與兩路獨立驅動結合起來，形成如圖4中的排布方式。
榮譽表彰
2016年1月，《一種高冗餘度的側光式LED背光架構》獲得第四屆安徽專利獎優秀獎。
