超窄边框LED节能背光模组视效优

化对策

摘要：介绍了超窄边侧入式LED模组存在的Hotspot现象产生原因及现行的解决对策。在获取均匀的背光视效下，能够减少液晶电视内的LED灯数量，从而降低液晶电视的生产成本和耗电量，低碳环保。

关键词：Hotspot;LED;背光模组;超窄边;对策;节能环保

1HOtspOt的产生

LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前LED已广泛应用于显示领域，但是由于LED为点性发光体，其发光状态为扇状发射，一般其最中心的发光光强最大，LED光源不像从前的CCFL冷阴极管可发连续的线性光，而是一个个的点性光串联形成一条断续的光条（也称作Lightbar），这种光源结构导致背光源画面的入光部位会有明显的亮暗交替现象，俗称萤火虫或Hot Spot，如图1所示。

若Hotspot现象不能在被遮挡的入光行程内结束，就会外露至背光源的有效发光区域内，形成画面缺陷，造成视效不良。

2解决方案

2.1理论分析

Hotspot现象的根本原因是LED光源发光角度不够大，业界厂家生产的LED发光角度均在120°左右，存在亮暗交替问题，不能像传统的CCFL光源，發射线性光。只要采用点光源LED，Hotspot现象始终会存在，但只要能控制模组有效发光边界在LED的发光交叉状态形成的强光区和弱光区以上或增加正面雾度或遮蔽性，那么人眼就看不到Hotspot现象，也就不会影响整个背光模组的品质。

2.2实现手段

下面是避免背光模组出现Hotspot现象的几种方案：

1）方案一：增加LED颗数，缩小LED光源间距。

增加LED颗数后，LED光源间距缩小，LGP入光面到BLU有效发光区域的距离不变，LED的发光交叉状态形成的强光区和弱光区成形在背光有效发光边界以下，保证萤火虫部分不外露，从而消除模组Hotspot现象（如图2）。

·优点：此改善方法最直接，最简单快捷，还能迅速提升模组亮度。

·缺点：光源成本增加，存在散热不良风险，不符合节能环保趋势。

下面针对常见普通背光简单谈下Hotspot不外漏的安全算法：

A≤0.9*P

其中：A——入光面到有效发光边界的距离;

P LED的中心距。

2）方案二：LED封装后在出光面贴合光学透镜

原理：光学透镜二次光学设计，改变LED出光方向，扩大出光角度，确保LED的发光交叉状态形成的强光区和弱光区成形在背光有效发光边界以下，保证萤火虫部分不外露，以消除H0tspot现象（如图3）。

·优点：改善效果明显，工艺简单。

·缺点：目前各厂家光学透镜都有二次光学设计专利限制，所以供货厂家单一，光源成本增加，且二次透镜占据空间，不符合超窄边框造型需求。

3）方案三：在LGP入光侧加工serration锯齿结构

原理：利用反射原理扰乱光线方向，扩大出光角度（如图4）。

·优点：此加工工艺在小尺寸背光及Notebook背光设计中经常用到，最好的成型方法为在射出成型工艺中随光学网点一起生成，加工成本低。

·缺点：因目前射出成型工艺受尺寸限制，难以在大尺寸TV上做到量产，所以如果在大尺寸LGP上应用入光锯齿结构，LGP需二次加工，相对来说，尺寸和良率较难控制。另外，入光serration锯齿结构会损失5%～10%光能。

4）方案四：在LGP出光面做锯齿微结构，即常说的Lenti-LGP

原理：与光学增亮膜BEF（Brightness EnhancementFilm）微结构处理类似，其利用反射原理扰乱光线方向，使LED前亮区光线反射至两LED间暗区，平衡亮暗分布，从而达到消除Hotspot现象的目的。

·优点：出光面微结构LGP增大了LGP出光效率，比普通平板LGP大约提升4%～8%亮度，其微结构特征的主要参数有Pitch & Height，目前业界使用最多的微结构LGP板材厚度为（1.5～2）mm，50 gm

A≤0.6*P

其中：A——入光面到有效发光边界的距离;

P——LED的中心距。

·缺点：由于其加工工艺更加复杂，其成本比普通LGP增加5%～10%。

其截面放大图如图5所示。

5）方案五：LGP入光网点局部调整

原理：LED光源射出的光线入射普通平板LGP本体材料PMMA/MS后，由于LGP为光密介质（折射率大），光线按照全反射路径传播，只有破坏反射条件后，光线才能逃逸出来，网点的大小决定受光面的大小，从而影响折射的光线数量，利用光学网点破坏全反射的能力，调整网点的疏密和改变网点大小原理相同，网点越密，接收和折射的光线越多，显示越亮，反之越暗。利用这种方法对画面的强光区和弱光区作综合柔和处理，从而解决Hotspot问题。网点示意图如图6所示。

·优点：在不增加成本的前提下改善问题，甚至可以减少材料以节约成本。

·缺点：网点设计调试比较难，改善周期较长，且网点需要与LED位置精确匹配，客制化强，通用性差。

6）方案六：更新背光模组设计，将光学膜片光源侧置于中框上，增加系统遮蔽能力。

原理：容易理解光学膜片置上方案增大了光学膜片与LGP之间的距离，从而增加了系统遮蔽能力，从而达到消除Hotspot现象的目的（如图7）。

·优点：在不增加成本的前提下改善问题，甚至可以减少材料以节约成本;

·缺点：由于光学膜片局部与液晶玻璃距离减小需关注模组运输中的擦伤不良问题;

7）方案七：以上各方案组合

在实际应用中，往往以上一种方法很难达到预期的效果，需要以上几种方案的组合才能取得完美的视效，优先推荐方案四与方案六组合，可以实现A≤（0 35-0.5）*P，从而实现超窄边框造型设计，BLED数量最少。

3建议

显示背光模组中Hotspot一直是很受关注的问题，这不仅会影响显示屏的亮度，也会直接影响其视觉效果，笔者对LED模组设计的几点建议如下。

1）選用LED时尽量保证LED宽度小于LGP厚度，比如厚度为2 mm的LGP，尽量使用4014、4012、4010封装规格的LED，这样一方面可以提升入光效率，另外可以避免零件加工或模组组装带来的漏光不良现象。

2）Light guide网点设计时，为避免Hotspot现象外露，在光源入光处将网点省去，尽量增加留白值，减少对光的反射和折射，减弱hotspot影响。另外，为避免模组入光亮带问题，网点面积大于模组可视边界（3～5）mm即可。

3）在设计背光架构时，建议先参考量产Database，依据系统光学指标，估算LED的安全颗数，拟定LED灯条方案，从而节省模组开发周期。LED灯条打样周期一般为5-7 d，周期较长。

4）设计时尽量将LED中心与导光板中心一致，因LED有一定的发光角度，可以避免光入射角在导光板的上下表面从而形成亮点。

5）在中框上贴附吸光胶带，这样不仅可以避免组装不良带来漏光，对减弱Hotspot现象也有很大的帮助。

4结语

当下全面屏概念盛行，在LED背光源设计中，因消费者对超窄边框模组的极致追求，设计尺寸会越来越受限，显示装置各部件设计尺寸均会接近瓶颈值，Hotspot问题就是其中之一。且由于当下LED制程的飞速发展，单颗LED光通量已经大幅提升，获取相同亮度方案下，LED数量大幅减少。为追求超窄边框，其LED到LGP入光面的距离只有（4～5）mm，若使用传统的设计，Hotspot现象就会充分暴露在背光有效发光区内，为保证模组视效，我们选用方案四与方案六结合的方法，从而解决Hotspot外露问题，获取OK的视效品味。