超窄邊框LED 節能背光模組視效優(yōu)化對策

朋朝明? （深圳創(chuàng )維-RGB電子有限公司，廣東?深圳?518108）
摘? 要：介紹了超窄邊側入式LED模組存在的Hotspot現象產(chǎn)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(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；對策；節能環(huán)保

1  Hotspot的產(chǎn)生 

LED顯示器集微電子技術(shù)、計算機技術(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(cháng)、工作穩定可靠等優(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)光光強最大，LED光源不像從前的CCFL冷陰極管 可發(fā)連續的線(xiàn)性光，而是一個(gè)個(gè)的點(diǎn)性光串聯(lián)形成一條 斷續的光條(也稱(chēng)作Lightbar)，這種光源結構導致背光源 畫(huà)面的入光部位會(huì )有明顯的亮暗交替現象，俗稱(chēng)螢火蟲(chóng) 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(huì )外露至背光源的有效發(fā)光區域內，形成畫(huà)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(fā)光角度不夠 大，業(yè)界廠(chǎng)家生產(chǎn)的LED發(fā)光角度均在120°左右，存 在亮暗交替問(wèn)題，不能像傳統的CCFL光源，發(fā)射線(xiàn)性 光。只要采用點(diǎn)光源LED，Hotspot現象始終會(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(huì )影響整個(gè)背光模 組的品質(zhì)。 

2.2 實(shí)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(fā)光區域的距離不變，LED的發(fā)光交叉狀態(tài)形成 的強光區和弱光區成形在背光有效發(fā)光邊界以下，保證螢 火蟲(chóng)部分不外露，從而消除模組Hotspot現象（如圖2）。

● 優(yōu)點(diǎn)：此改善方法最直接，最簡(jiǎn)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，不符 合節能環(huán)保趨勢。 

下面針對常見(jiàn)普通背光簡(jiǎn)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)設計，改變LED出光方 向，擴大出光角度，確保LED的發(fā)光交叉狀態(tài)形成的強 光區和弱光區成形在背光有效發(fā)光邊界以下，保證螢火 蟲(chóng)部分不外露，以消除Hotspot現象（如圖3）。

● 優(yōu)點(diǎn)：改善效果明顯，工藝簡(jiǎn)單。 

● 缺點(diǎn)：目前各廠(chǎng)家光學(xué)透鏡都有二次光學(xué)設計專(zhuān) 利限制，所以供貨廠(chǎng)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(xiàn)方向，擴大出光角度 （如圖4）。

● 優(yōu)點(diǎn)：此加工工藝在小尺寸背光及Notebook背光 設計中經(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 用入光鋸齒結構，LGP需二次加工，相對來(lái)說(shuō)，尺寸 和良率較難控制。另外，入光serration鋸齒結構會(huì )損失 5%~10%光能。 

4）方案四：在LGP出光面做鋸齒微結構，即常說(shuō) 的Lenti-LGP 

原理：與光學(xué)增亮膜BEF(Brightness Enhancement Film)微結構處理類(lèi)似，其利用反射原理擾亂光線(xiàn)方 向，使LED前亮區光線(xiàn)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(yōu)點(diǎn)：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(yè)界使用最多的微 結構LGP板材厚度為(1.5~2) mm，50 μm<Height<90 μm，150 μm<Pitch<200 μm,，使用Lenti-LGP后的背光 Hotspot不外漏的安全算法可達到： 

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)局部調整 

原理：LED光源射出的光線(xiàn)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(xiàn)按照全反射路徑傳播，只有破壞反射條件 后，光線(xiàn)才能逃逸出來(lái)，網(wǎng)點(diǎn)的大小決定受光面的大小，從而影響折射的光線(xiàn)數量，利用光學(xué)網(wǎng)點(diǎn)破壞全反 射的能力，調整網(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(xiàn)越多，顯示越亮，反之越 暗。利用這種方法對畫(huà)面的強光區和弱光區作綜合柔和 處理，從而解決Hotspot問(wèn)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(wèn)題，甚至可 以減少材料以節約成本。 

● 缺點(diǎn)：網(wǎng)點(diǎn)設計調試比較難，改善周期較長(cháng)，且 網(wǎng)點(diǎn)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(xué)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(xué)膜片置上方案增大了光學(xué)膜片 與LGP之間的距離，從而增加了系統遮蔽能力，從而達 到消除Hotspot現象的目的（如圖7）。

● 優(yōu)點(diǎn)：在不增加成本的前提下改善問(wèn)題，甚至可 以減少材料以節約成本； 

● 缺點(diǎn)：由于光學(xué)膜片局部與液晶玻璃距離減小需 關(guān)注模組運輸中的擦傷不良問(wèn)題； 

7）方案七：以上各方案組合 

在實(shí)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(yōu)先推薦方案四與方案六組合，可以實(shí)現A≤ （0.35~0.5）*P，從而實(shí)現超窄邊框造型設計，且LED
數量最少。

3  建議 

顯示背光模組中Hotspot一直是很受關(guān)注的問(wèn)題，這 不僅會(huì )影響顯示屏的亮度，也會(huì )直接影響其視覺(jué)效果， 筆者對LED模組設計的幾點(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(lái)的漏光不良現象。 

2）Light guide網(wǎng)點(diǎn)設計時(shí)，為避免Hotspot現象外 露，在光源入光處將網(wǎng)點(diǎn)省去，盡量增加留白值，減少 對光的反射和折射，減弱hotspot影響。另外，為避免模 組入光亮帶問(wèn)題，網(wǎng)點(diǎn)面積大于模組可視邊界(3~5) mm 即可。 

3）在設計背光架構時(shí)，建議先參考量產(chǎn)Database， 依據系統光學(xué)指標，估算LED的安全顆數，擬定LED 燈 條方案，從而節省模組開(kāi)發(fā)周期。LED燈條打樣周期一 般為5~7 d，周期較長(cháng)。 

4）設計時(shí)盡量將LED中心與導光板中心一致，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(lái)漏光，對減弱Hotspot現象也有很大的幫助。

4  結語(yǔ) 

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(huì )越來(lái) 越受限，顯示裝置各部件設計尺寸均會(huì )接近瓶頸值， Hotspot問(wèn)題就是其中之一。且由于當下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(huì )充分暴露在背光有效發(fā)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(wèn)題， 獲取OK的視效品味。