超窄边框LED 节能背光模组视效优化对策

朋朝明  （深圳创维-RGB电子有限公司，广东 深圳 518108）
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

1  Hotspot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，发射线性 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Hotspot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 Enhancement Film)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 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达到： 

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，且LED
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）选用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。