超窄邊框LED節能背光模組視效優

化對策

摘要：介紹了超窄邊側入式LED模組存在的Hotspot現象產生原因及現行的解決對策。在獲取均勻的背光視效下，能夠減少液晶電視內的LED燈數量，從而降低液晶電視的生產成本和耗電量，低碳環保。

關鍵詞：Hotspot;LED;背光模組;超窄邊;對策;節能環保

1HOtspOt的產生

LED顯示器集微電子技術、計算機技術、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動態范圍廣、亮度高、壽命長、工作穩定可靠等優點，成為最具優勢的新一代顯示媒體，目前LED已廣泛應用于顯示領域，但是由于LED為點性發光體，其發光狀態為扇狀發射，一般其最中心的發光光強最大，LED光源不像從前的CCFL冷陰極管可發連續的線性光，而是一個個的點性光串聯形成一條斷續的光條（也稱作Lightbar），這種光源結構導致背光源畫面的入光部位會有明顯的亮暗交替現象，俗稱螢火蟲或Hot Spot，如圖1所示。

若Hotspot現象不能在被遮擋的入光行程內結束，就會外露至背光源的有效發光區域內，形成畫面缺陷，造成視效不良。

2解決方案

2.1理論分析

Hotspot現象的根本原因是LED光源發光角度不夠大，業界廠家生產的LED發光角度均在120°左右，存在亮暗交替問題，不能像傳統的CCFL光源，發射線性光。只要采用點光源LED，Hotspot現象始終會存在，但只要能控制模組有效發光邊界在LED的發光交叉狀態形成的強光區和弱光區以上或增加正面霧度或遮蔽性，那么人眼就看不到Hotspot現象，也就不會影響整個背光模組的品質。

2.2實現手段

下面是避免背光模組出現Hotspot現象的幾種方案：

1）方案一：增加LED顆數，縮小LED光源間距。

增加LED顆數后，LED光源間距縮小，LGP入光面到BLU有效發光區域的距離不變，LED的發光交叉狀態形成的強光區和弱光區成形在背光有效發光邊界以下，保證螢火蟲部分不外露，從而消除模組Hotspot現象（如圖2）。

·優點：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：光源成本增加，存在散熱不良風險，不符合節能環保趨勢。

下面針對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透鏡

原理：光學透鏡二次光學設計，改變LED出光方向，擴大出光角度，確保LED的發光交叉狀態形成的強光區和弱光區成形在背光有效發光邊界以下，保證螢火蟲部分不外露，以消除H0tspot現象（如圖3）。

·優點：改善效果明顯，工藝簡單。

·缺點：目前各廠家光學透鏡都有二次光學設計專利限制，所以供貨廠家單一，光源成本增加，且二次透鏡占據空間，不符合超窄邊框造型需求。

3）方案三：在LGP入光側加工serration鋸齒結構

原理：利用反射原理擾亂光線方向，擴大出光角度（如圖4）。

·優點：此加工工藝在小尺寸背光及Notebook背光設計中經常用到，最好的成型方法為在射出成型工藝中隨光學網點一起生成，加工成本低。

·缺點：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，所以如果在大尺寸LGP上應用入光鋸齒結構，LGP需二次加工，相對來說，尺寸和良率較難控制。另外，入光serration鋸齒結構會損失5%～10%光能。

4）方案四：在LGP出光面做鋸齒微結構，即常說的Lenti-LGP

原理：與光學增亮膜BEF（Brightness EnhancementFilm）微結構處理類似，其利用反射原理擾亂光線方向，使LED前亮區光線反射至兩LED間暗區，平衡亮暗分布，從而達到消除Hotspot現象的目的。

·優點：出光面微結構LGP增大了LGP出光效率，比普通平板LGP大約提升4%～8%亮度，其微結構特征的主要參數有Pitch & Height，目前業界使用最多的微結構LGP板材厚度為（1.5～2）mm，50 gm

A≤0.6*P

其中：A——入光面到有效發光邊界的距離;

P——LED的中心距。

·缺點：由于其加工工藝更加復雜，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入光網點局部調整

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（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，網點的大小決定受光面的大小，從而影響折射的光線數量，利用光學網點破壞全反射的能力，調整網點的疏密和改變網點大小原理相同，網點越密，接收和折射的光線越多，顯示越亮，反之越暗。利用這種方法對畫面的強光區和弱光區作綜合柔和處理，從而解決Hotspot問題。網點示意圖如圖6所示。

·優點：在不增加成本的前提下改善問題，甚至可以減少材料以節約成本。

·缺點：網點設計調試比較難，改善周期較長，且網點需要與LED位置精確匹配，客制化強，通用性差。

6）方案六：更新背光模組設計，將光學膜片光源側置于中框上，增加系統遮蔽能力。

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

·優點：在不增加成本的前提下改善問題，甚至可以減少材料以節約成本;

·缺點：由于光學膜片局部與液晶玻璃距離減小需關注模組運輸中的擦傷不良問題;

7）方案七：以上各方案組合

在實際應用中，往往以上一種方法很難達到預期的效果，需要以上幾種方案的組合才能取得完美的視效，優先推薦方案四與方案六組合，可以實現A≤（0 35-0.5）*P，從而實現超窄邊框造型設計，BLED數量最少。

3建議

顯示背光模組中Hotspot一直是很受關注的問題，這不僅會影響顯示屏的亮度，也會直接影響其視覺效果，筆者對LED模組設計的幾點建議如下。

1）選用LED時盡量保證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象。

2）Light guide網點設計時，為避免Hotspot現象外露，在光源入光處將網點省去，盡量增加留白值，減少對光的反射和折射，減弱hotspot影響。另外，為避免模組入光亮帶問題，網點面積大于模組可視邊界（3～5）mm即可。

3）在設計背光架構時，建議先參考量產Database，依據系統光學指標，估算LED的安全顆數，擬定LED燈條方案，從而節省模組開發周期。LED燈條打樣周期一般為5-7 d，周期較長。

4）設計時盡量將LED中心與導光板中心一致，因LED有一定的發光角度，可以避免光入射角在導光板的上下表面從而形成亮點。

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，對減弱Hotspot現象也有很大的幫助。

4結語

當下全面屏概念盛行，在LED背光源設計中，因消費者對超窄邊框模組的極致追求，設計尺寸會越來越受限，顯示裝置各部件設計尺寸均會接近瓶頸值，Hotspot問題就是其中之一。且由于當下LED制程的飛速發展，單顆LED光通量已經大幅提升，獲取相同亮度方案下，LED數量大幅減少。為追求超窄邊框，其LED到LGP入光面的距離只有（4～5）mm，若使用傳統的設計，Hotspot現象就會充分暴露在背光有效發光區內，為保證模組視效，我們選用方案四與方案六結合的方法，從而解決Hotspot外露問題，獲取OK的視效品味。