超窄邊框LED節(jié)能背光模組視效優(yōu)

化對(duì)策

摘要：介紹了超窄邊側(cè)入式LED模組存在的Hotspot現(xiàn)象產(chǎn)生原因及現(xiàn)行的解決對(duì)策。在獲取均勻的背光視效下，能夠減少液晶電視內(nèi)的LED燈數(shù)量，從而降低液晶電視的生產(chǎn)成本和耗電量，低碳環(huán)保。

關(guān)鍵詞：Hotspot;LED;背光模組;超窄邊;對(duì)策;節(jié)能環(huán)保

1HOtspOt的產(chǎn)生

LED顯示器集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢的新一代顯示媒體，目前LED已廣泛應(yīng)用于顯示領(lǐng)域，但是由于LED為點(diǎn)性發(fā)光體，其發(fā)光狀態(tài)為扇狀發(fā)射，一般其最中心的發(fā)光光強(qiáng)最大，LED光源不像從前的CCFL冷陰極管可發(fā)連續(xù)的線性光，而是一個(gè)個(gè)的點(diǎn)性光串聯(lián)形成一條斷續(xù)的光條（也稱作Lightbar），這種光源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致背光源畫面的入光部位會(huì)有明顯的亮暗交替現(xiàn)象，俗稱螢火蟲或Hot Spot，如圖1所示。

若Hotspot現(xiàn)象不能在被遮擋的入光行程內(nèi)結(jié)束，就會(huì)外露至背光源的有效發(fā)光區(qū)域內(nèi)，形成畫面缺陷，造成視效不良。

2解決方案

2.1理論分析

Hotspot現(xiàn)象的根本原因是LED光源發(fā)光角度不夠大，業(yè)界廠家生產(chǎn)的LED發(fā)光角度均在120°左右，存在亮暗交替問題，不能像傳統(tǒng)的CCFL光源，發(fā)射線性光。只要采用點(diǎn)光源LED，Hotspot現(xiàn)象始終會(huì)存在，但只要能控制模組有效發(fā)光邊界在LED的發(fā)光交叉狀態(tài)形成的強(qiáng)光區(qū)和弱光區(qū)以上或增加正面霧度或遮蔽性，那么人眼就看不到Hotspot現(xiàn)象，也就不會(huì)影響整個(gè)背光模組的品質(zhì)。

2.2實(shí)現(xiàn)手段

下面是避免背光模組出現(xiàn)Hotspot現(xiàn)象的幾種方案：

1）方案一：增加LED顆數(shù)，縮小LED光源間距。

增加LED顆數(shù)后，LED光源間距縮小，LGP入光面到BLU有效發(fā)光區(qū)域的距離不變，LED的發(fā)光交叉狀態(tài)形成的強(qiáng)光區(qū)和弱光區(qū)成形在背光有效發(fā)光邊界以下，保證螢火蟲部分不外露，從而消除模組Hotspot現(xiàn)象（如圖2）。

·優(yōu)點(diǎn)：此改善方法最直接，最簡單快捷，還能迅速提升模組亮度。

·缺點(diǎn)：光源成本增加，存在散熱不良風(fēng)險(xiǎn)，不符合節(jié)能環(huán)保趨勢。

下面針對(duì)常見普通背光簡單談下Hotspot不外漏的安全算法：

A≤0.9*P

其中：A——入光面到有效發(fā)光邊界的距離;

P LED的中心距。

2）方案二：LED封裝后在出光面貼合光學(xué)透鏡

原理：光學(xué)透鏡二次光學(xué)設(shè)計(jì)，改變LED出光方向，擴(kuò)大出光角度，確保LED的發(fā)光交叉狀態(tài)形成的強(qiáng)光區(qū)和弱光區(qū)成形在背光有效發(fā)光邊界以下，保證螢火蟲部分不外露，以消除H0tspot現(xiàn)象（如圖3）。

·優(yōu)點(diǎn)：改善效果明顯，工藝簡單。

·缺點(diǎn)：目前各廠家光學(xué)透鏡都有二次光學(xué)設(shè)計(jì)專利限制，所以供貨廠家單一，光源成本增加，且二次透鏡占據(jù)空間，不符合超窄邊框造型需求。

3）方案三：在LGP入光側(cè)加工serration鋸齒結(jié)構(gòu)

原理：利用反射原理擾亂光線方向，擴(kuò)大出光角度（如圖4）。

·優(yōu)點(diǎn)：此加工工藝在小尺寸背光及Notebook背光設(shè)計(jì)中經(jīng)常用到，最好的成型方法為在射出成型工藝中隨光學(xué)網(wǎng)點(diǎn)一起生成，加工成本低。

·缺點(diǎn)：因目前射出成型工藝受尺寸限制，難以在大尺寸TV上做到量產(chǎn)，所以如果在大尺寸LGP上應(yīng)用入光鋸齒結(jié)構(gòu)，LGP需二次加工，相對(duì)來說，尺寸和良率較難控制。另外，入光serration鋸齒結(jié)構(gòu)會(huì)損失5%～10%光能。

4）方案四：在LGP出光面做鋸齒微結(jié)構(gòu)，即常說的Lenti-LGP

原理：與光學(xué)增亮膜BEF（Brightness EnhancementFilm）微結(jié)構(gòu)處理類似，其利用反射原理擾亂光線方向，使LED前亮區(qū)光線反射至兩LED間暗區(qū)，平衡亮暗分布，從而達(dá)到消除Hotspot現(xiàn)象的目的。

·優(yōu)點(diǎn)：出光面微結(jié)構(gòu)LGP增大了LGP出光效率，比普通平板LGP大約提升4%～8%亮度，其微結(jié)構(gòu)特征的主要參數(shù)有Pitch & Height，目前業(yè)界使用最多的微結(jié)構(gòu)LGP板材厚度為（1.5～2）mm，50 gm

A≤0.6*P

其中：A——入光面到有效發(fā)光邊界的距離;

P——LED的中心距。

·缺點(diǎn)：由于其加工工藝更加復(fù)雜，其成本比普通LGP增加5%～10%。

其截面放大圖如圖5所示。

5）方案五：LGP入光網(wǎng)點(diǎn)局部調(diào)整

原理：LED光源射出的光線入射普通平板LGP本體材料PMMA/MS后，由于LGP為光密介質(zhì)（折射率大），光線按照全反射路徑傳播，只有破壞反射條件后，光線才能逃逸出來，網(wǎng)點(diǎn)的大小決定受光面的大小，從而影響折射的光線數(shù)量，利用光學(xué)網(wǎng)點(diǎn)破壞全反射的能力，調(diào)整網(wǎng)點(diǎn)的疏密和改變網(wǎng)點(diǎn)大小原理相同，網(wǎng)點(diǎn)越密，接收和折射的光線越多，顯示越亮，反之越暗。利用這種方法對(duì)畫面的強(qiáng)光區(qū)和弱光區(qū)作綜合柔和處理，從而解決Hotspot問題。網(wǎng)點(diǎn)示意圖如圖6所示。

·優(yōu)點(diǎn)：在不增加成本的前提下改善問題，甚至可以減少材料以節(jié)約成本。

·缺點(diǎn)：網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)調(diào)試比較難，改善周期較長，且網(wǎng)點(diǎn)需要與LED位置精確匹配，客制化強(qiáng)，通用性差。

6）方案六：更新背光模組設(shè)計(jì)，將光學(xué)膜片光源側(cè)置于中框上，增加系統(tǒng)遮蔽能力。

原理：容易理解光學(xué)膜片置上方案增大了光學(xué)膜片與LGP之間的距離，從而增加了系統(tǒng)遮蔽能力，從而達(dá)到消除Hotspot現(xiàn)象的目的（如圖7）。

·優(yōu)點(diǎn)：在不增加成本的前提下改善問題，甚至可以減少材料以節(jié)約成本;

·缺點(diǎn)：由于光學(xué)膜片局部與液晶玻璃距離減小需關(guān)注模組運(yùn)輸中的擦傷不良問題;

7）方案七：以上各方案組合

在實(shí)際應(yīng)用中，往往以上一種方法很難達(dá)到預(yù)期的效果，需要以上幾種方案的組合才能取得完美的視效，優(yōu)先推薦方案四與方案六組合，可以實(shí)現(xiàn)A≤（0 35-0.5）*P，從而實(shí)現(xiàn)超窄邊框造型設(shè)計(jì)，BLED數(shù)量最少。

3建議

顯示背光模組中Hotspot一直是很受關(guān)注的問題，這不僅會(huì)影響顯示屏的亮度，也會(huì)直接影響其視覺效果，筆者對(duì)LED模組設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議如下。

1）選用LED時(shí)盡量保證LED寬度小于LGP厚度，比如厚度為2 mm的LGP，盡量使用4014、4012、4010封裝規(guī)格的LED，這樣一方面可以提升入光效率，另外可以避免零件加工或模組組裝帶來的漏光不良現(xiàn)象。

2）Light guide網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，為避免Hotspot現(xiàn)象外露，在光源入光處將網(wǎng)點(diǎn)省去，盡量增加留白值，減少對(duì)光的反射和折射，減弱hotspot影響。另外，為避免模組入光亮帶問題，網(wǎng)點(diǎn)面積大于模組可視邊界（3～5）mm即可。

3）在設(shè)計(jì)背光架構(gòu)時(shí)，建議先參考量產(chǎn)Database，依據(jù)系統(tǒng)光學(xué)指標(biāo)，估算LED的安全顆數(shù)，擬定LED燈條方案，從而節(jié)省模組開發(fā)周期。LED燈條打樣周期一般為5-7 d，周期較長。

4）設(shè)計(jì)時(shí)盡量將LED中心與導(dǎo)光板中心一致，因LED有一定的發(fā)光角度，可以避免光入射角在導(dǎo)光板的上下表面從而形成亮點(diǎn)。

5）在中框上貼附吸光膠帶，這樣不僅可以避免組裝不良帶來漏光，對(duì)減弱Hotspot現(xiàn)象也有很大的幫助。

4結(jié)語

當(dāng)下全面屏概念盛行，在LED背光源設(shè)計(jì)中，因消費(fèi)者對(duì)超窄邊框模組的極致追求，設(shè)計(jì)尺寸會(huì)越來越受限，顯示裝置各部件設(shè)計(jì)尺寸均會(huì)接近瓶頸值，Hotspot問題就是其中之一。且由于當(dāng)下LED制程的飛速發(fā)展，單顆LED光通量已經(jīng)大幅提升，獲取相同亮度方案下，LED數(shù)量大幅減少。為追求超窄邊框，其LED到LGP入光面的距離只有（4～5）mm，若使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，Hotspot現(xiàn)象就會(huì)充分暴露在背光有效發(fā)光區(qū)內(nèi)，為保證模組視效，我們選用方案四與方案六結(jié)合的方法，從而解決Hotspot外露問題，獲取OK的視效品味。