超窄邊框LED 節(jié)能背光模組視效優(yōu)化對策
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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(xiàn)象產(chǎn)生原因及現(xiàn)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(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。
關鍵詞：Hotspot；LED；背光模組；超窄邊；對策；節(jié)能環(huán)保
1 Hotspot的產(chǎn)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(tài)范圍廣、亮度高、壽命 長、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，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域，但是由于LED 為點性發(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(xù)的線性光，而是一個個的點性光串聯(lián)形成一條 斷續(xù)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(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)結束，就 會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。只要采用點光源LED，Hotspot現(xiàn)象始終會存在，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(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，也就不會影響整個背光模 組的品質(zhì)。
2.2 實現(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：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(jié)能環(huán)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(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(fā)光交叉狀態(tài)形成的強 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Hotspot現(xiàn)象（如圖3）。
● 優(yōu)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(jù)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(yōu)點：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 隨光學網(wǎng)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(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 Enhancement Film)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(qū)光線反射至兩LED間暗區(qū)，平衡亮暗 分布，從而達到消除Hotspot現(xiàn)象的目的。
● 優(yōu)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(shù)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：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，利用光學網(wǎng)點破壞全反 射的能力，調(diào)整網(wǎng)點的疏密和改變網(wǎng)點大小原理相同， 網(wǎng)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(qū)和弱光區(qū)作綜合柔和 處理，從而解決Hotspot問題。網(wǎng)點示意圖如圖6所示。
● 優(yōu)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(jié)約成本。
● 缺點：網(wǎng)點設計調(diào)試比較難，改善周期較長，且 網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)遮蔽能力，從而達 到消除Hotspot現(xiàn)象的目的（如圖7）。
● 優(yōu)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(jié)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(yōu)先推薦方案四與方案六組合，可以實現(xiàn)A≤ （0.35~0.5）*P，從而實現(xiàn)超窄邊框造型設計，且LED
數(shù)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(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)點設計時，為避免Hotspot現(xiàn)象外 露，在光源入光處將網(wǎng)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(wǎng)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(chǎn)Database， 依據(jù)系統(tǒng)光學指標，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）設計時盡量將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。
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(xiàn)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(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)的設計， Hotspot現(xiàn)象就會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 合的方法，從而解決Hotspot外露問題， 獲取OK的視效品味。
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