LED液晶電視背光源主要結(jié)構(gòu)形式對比及未來發(fā)展趨勢概述

周華平

【摘要】LED液晶電視其實是LCD電視的一種，與傳統(tǒng)的液晶電視相比，最主要的不同在于發(fā)光源不同，傳統(tǒng)的液晶電視使用的是CCFL（冷陰極熒光燈管），LED電視采用的是LED（發(fā)光二極管），LED背光源在壽命、能耗、畫質(zhì)、輕薄等方面具有明顯的優(yōu)勢，已經(jīng)逐步取消CCFL發(fā)光源。

【關(guān)鍵詞】液晶電視背光源;直下式;側(cè)入式;結(jié)構(gòu)設(shè)計

引言：液晶電視顯示屏主要由三大部分構(gòu)成，分別為背光源，信號驅(qū)動控制板，液晶面板，其中液晶面板本身不能發(fā)光，背光源為其提供了發(fā)光源，背光源的發(fā)光效果直接關(guān)系到液晶電視的視覺效果，目前市面上的LED液晶電視背光源結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：直下式背光源和側(cè)入式背光源，使用的都是白色LED。本文通過對本公司生產(chǎn)的兩款液晶電視屏進行結(jié)構(gòu)方面的簡單比較來介紹二者的區(qū)別以及代表未來發(fā)展趨勢的側(cè)入式液晶屏的關(guān)鍵技術(shù)。

1. 直下式和側(cè)入式LED背光源發(fā)光原理概述

直下式背光源是將LED顆粒呈陣列式布置在液晶面板的下部，通過LED顆粒下布置的反射片的反射和擴散板將點光源變成面光源，照射到液晶面板上。由于直下式是把LED顆粒均勻地布置在液晶面板的后方（圖1左），這樣背光源的光亮度和均勻性就很容易得到控制。

側(cè)入式背光源是把LED顆粒布置在液晶電視屏的側(cè)面，一般布置在左右或上下兩側(cè)，也可以布設(shè)在一側(cè)，通過導(dǎo)光板的導(dǎo)光和反射片的反射將光從導(dǎo)光板的兩側(cè)輸送到發(fā)光面上，由于導(dǎo)光板下表面上設(shè)計了很多網(wǎng)點，兩側(cè)入光側(cè)的網(wǎng)點較稀疏，中間部位較密，網(wǎng)點具有反射光的作用，這樣確保了兩側(cè)入光處的較強的光線得到削弱，而屏幕的中間部位得到加強，這個畫面的光線就能夠均勻的顯示。

2. 直下式和側(cè)入式LED背光源主要區(qū)別

外觀尺寸： 厚度較厚是直下式背光源的一個顯著的缺點，由于直下式是將LED布設(shè)在擴散板的下方，為了消除LED顆粒的燈影，就必須保證LED和擴散板之間有足夠的距離，本文中直下式型號的LED和擴散板之間間隙為18.5mm，使得背光的整體厚度達到了32.5mm，而側(cè)入式背光源的LED布設(shè)在導(dǎo)光板的側(cè)面，背光的厚度構(gòu)成主要有導(dǎo)光板和光線膜片和金屬背板，中間無間隙，這樣背光的整體厚度就只有20.4mm，可以制造出相對比較薄的液晶電視。

LED光源布設(shè)及光的傳播途徑：直下式背光的光源布設(shè)在背光的底面，光線直接傳送到覆蓋在LED燈帶上的擴散板，由于擴散板在PC基材中添加了光擴散劑，使得光線在擴散板中發(fā)生不同方向的折射、反射與散射，這樣光線就能充分擴散，均勻的從背光源表面發(fā)出。側(cè)入式背光的LED布設(shè)在導(dǎo)光板的側(cè)面，光從導(dǎo)光板的側(cè)面進入，經(jīng)過導(dǎo)光板下面的反射板的反射和導(dǎo)光板及下表面布設(shè)的網(wǎng)點的折射、反射再經(jīng)過多層光學(xué)膜片的擴散和增加從而得到比較均一的面光源。

局部調(diào)光功能：直下式背光的LED顆粒是矩陣式布設(shè)，可以通過驅(qū)動芯片來實現(xiàn)局部的LED的亮度調(diào)節(jié)，實現(xiàn)液晶電視的分區(qū)控制和智能控制，從而滿足某些特殊需要，但是對每塊分區(qū)都設(shè)置驅(qū)動芯片也增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，降低了液晶電視的可靠性，另外部件的增加也導(dǎo)致成本較高。而側(cè)入式由于光源是從導(dǎo)光板的側(cè)面進入，這個畫面的光學(xué)效果是一體的，所以就很難對電視畫面的局部進行亮度調(diào)節(jié)。

有無導(dǎo)光板：直下式背光的光源將光線直接打在擴散板上，通過擴散板的初步霧化，然后再通過擴散膜片的進一步霧化均勻，最后通過光學(xué)棱鏡膜片將光線的發(fā)散角度控制在視野角范圍內(nèi)，從而從發(fā)光面發(fā)出，所以直下式背光不需要導(dǎo)光板。側(cè)入式背光由于需要將側(cè)面射入的線光源變成發(fā)光面發(fā)出的面光源，這一功能的實現(xiàn)就需要通過導(dǎo)光板來進行，導(dǎo)光板的下表面設(shè)置了不均勻的大小不一的微小網(wǎng)點結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)點的大小和疏密來實現(xiàn)光路的強弱，從而將線光源調(diào)和成均勻的面光源，達到發(fā)光面均勻射出光線的效果。

能耗：直下式背光的LED呈矩陣布設(shè)在背光的底部，LED顆粒使用較多，而側(cè)入式背光的LED布設(shè)在側(cè)面，LED顆數(shù)大大減少，從而降低背光的能耗，而液晶電視的主要能耗就體現(xiàn)在背光上，目前主流品牌的側(cè)入式液晶電視能耗都控制在60W以內(nèi)，而同樣尺寸的直下式液晶電視能耗普遍在100W以上，能耗的降低使得液晶電視廠家的產(chǎn)品更能滿足國家新的能耗標準。

3. 側(cè)入式背光的關(guān)鍵技術(shù)

導(dǎo)光板網(wǎng)點設(shè)計：側(cè)入式背光最關(guān)鍵的光學(xué)部件就是導(dǎo)光板，工作原理是在導(dǎo)光板的下表面布設(shè)一定分布規(guī)律的微小結(jié)構(gòu)（網(wǎng)點），光線從側(cè)面進入導(dǎo)光板后，通過導(dǎo)光板下面的反射板進行光的反射，這種微小結(jié)構(gòu)破壞了原有的全反射現(xiàn)象并改變了光線傳播路徑。為了保證發(fā)光面的均勻，需要對網(wǎng)點的布設(shè)進行設(shè)計。由于側(cè)入式背光的LED光源布設(shè)在導(dǎo)光板的側(cè)面，所以在入光側(cè)的光強度較強，而遠離入光側(cè)的中間部位光的強度就較小，為了讓光線較均勻的從發(fā)光面發(fā)出，就需要對導(dǎo)光板下表面進行非均勻的網(wǎng)點排布設(shè)計，在靠近入光側(cè)的導(dǎo)光板下表面設(shè)置較小尺寸的網(wǎng)點，且網(wǎng)點的布設(shè)較疏，而在遠離入光側(cè)的中間部位設(shè)置較大尺寸的網(wǎng)點，且網(wǎng)點密度較大，這樣較疏較小的網(wǎng)點反射的光就弱，較密較大的網(wǎng)點反射的光就強，通過這種不均勻網(wǎng)點布設(shè)就可以得到較好均一度的發(fā)光面。目前導(dǎo)光板的網(wǎng)點主要是靠模擬軟件進行設(shè)計，然后不斷進行試加工，不斷改版進行調(diào)整。成型方式主要有印刷，注塑，壓出及蝕刻幾種。

散熱設(shè)計：直下式背光的光源呈矩陣較均勻的分布在背光底部，為了防止LED燈影，燈帶和擴散板之間有較大的距離，這樣也保證了LED有足夠的散熱空間，所以不需要進行特殊的散熱設(shè)計。側(cè)入式背光的發(fā)光源集中在一側(cè)，LED燈帶和導(dǎo)光板之間幾乎沒有間隙，空間很小且LED燈帶上顆粒比較聚集，導(dǎo)致發(fā)熱量集中，所以要進行特別的散熱設(shè)計，我們在入光側(cè)LED燈帶下面增加“L”型的鋁合金板，“L”的短邊內(nèi)側(cè)安裝LED燈帶，長邊用螺絲鎖附在背光的金屬背板上。鋁材質(zhì)導(dǎo)熱性較好，重量輕，價格相對較低，是首選的散熱材料，LED燈帶和鋁合金板之間使用導(dǎo)熱硅膠帶進行粘結(jié)，導(dǎo)熱硅膠是優(yōu)良的導(dǎo)熱化合物，以及高溫下不會固體化，不會導(dǎo)電的特性可以避免諸如電路短路等風(fēng)險，并且對大多數(shù)金屬和非金屬材料具有良好的粘接性。這樣LED的熱量通過導(dǎo)熱硅膠傳導(dǎo)到鋁合金板上，鋁合金板又連接在金屬背板上，這樣熱量就能很順利散發(fā)出去，從而提高液晶電視的使用壽命。

提高LED顆粒和導(dǎo)光板之間的耦合效率：側(cè)入式背光的發(fā)光源LED發(fā)出的光并不能百分之百的進入導(dǎo)光板，一部分原因是由于光的全反射作用使光不能從LED封裝的發(fā)光面發(fā)出，另外從LED發(fā)出的光進入導(dǎo)光板的時候，由于導(dǎo)光板側(cè)表面的反射作用，也使得一部分光不能進入導(dǎo)光板，所以要改善LED顆粒和導(dǎo)光板之間的耦合方式從而提高耦合效率。為了使盡可能的使LED光源發(fā)出的光進入導(dǎo)光板，采用和導(dǎo)光板相同折射系數(shù)的材料進行LED封裝，且讓LED顆粒和導(dǎo)光板之間的組裝間隙較小，一般控制在2mm之內(nèi)，這樣從LED顆粒發(fā)出的光基本就沒有全反射作用，較小的組裝間隙也保證絕大部分光能順利進入導(dǎo)光板，提高了耦合效率。

高效增亮膜片設(shè)計：由于側(cè)入式背光將光源布設(shè)在側(cè)面，LED的數(shù)量相對于直下式大大減少，雖然可以降低了成本和節(jié)約了能耗，但是畫面的亮度就有所下降，目前較為有效的解決方案就是提高單顆LED的亮度和使用高效增亮膜片，但是目前一顆高效能的LED價格是普通LED顆粒的3-4倍價格，而且發(fā)熱量也會高出許多。相對于提高LED亮度，采用光學(xué)增亮膜片就來的簡單直接，目前市場上使用較廣的是美國3M公司生產(chǎn)的DBEF增亮膜片，該光學(xué)膜是在聚酯表面加上一層精密的丙烯樹脂棱鏡結(jié)構(gòu)，它把背光發(fā)出的光進行多次反射、折射再利用，從而將光盡可能的集中到正面并順利發(fā)射出去，使用兩片棱鏡方向正交的DBEF，可以使亮度提高40%以上，而DBEF本身的厚度在0.4mm左右，只是一般光學(xué)膜片的2倍，所以增加亮度的同時背光的厚度幾乎不增加。

另外，使用增亮膜片對解決電視機的視野角也起著正面作用，增亮光學(xué)膜片的原理就是通過光的偏振作用，在背光模組內(nèi)部循環(huán)反射從而使絕大部分光從發(fā)光面射出，而不是簡單的犧牲可視角度來達到增亮的效果，這一點在液晶電視上顯得尤為重要，因為液晶電視不同于筆記本和臺式機，液晶電視需要從各個角度來欣賞相同畫質(zhì)的電視畫面。

背光部件的裝配工藝要求：側(cè)入式背光的結(jié)構(gòu)要求導(dǎo)光板和LED顆粒間隙在2mm之內(nèi)，否則容易出現(xiàn)亮邊或亮線，同時也影響畫面的亮度和均一度。LED顆粒和導(dǎo)光板邊緣的網(wǎng)點也要對應(yīng)，一旦錯位容易發(fā)生不均勻亮斑。側(cè)入式背光的導(dǎo)光板的組裝過程對車間的潔凈度要求也較高，因為導(dǎo)光板下表面是經(jīng)過加工的，一旦有灰塵進入容易發(fā)生劃傷和表面污染，影響畫面效果。

4. 總結(jié)

本文通過對直下式背光和側(cè)入式背光的結(jié)構(gòu)簡單對比分析可以發(fā)現(xiàn)，側(cè)入式背光因為可以做到更薄、能耗更低將會成為未來液晶電視發(fā)展的趨勢，雖然目前側(cè)入式背光也存在一些關(guān)鍵性技術(shù)問題，但是相信隨著液晶顯示技術(shù)的發(fā)展，上述關(guān)鍵性技術(shù)問題將逐步得到解決，側(cè)入式液晶電視市場占有率將會顯著提高。

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