中心議題：

• 液晶電視的LED背光設計
• 液晶電視的LED樣品測試結果分析

解決方案：

• 膜材的篩選
• 與LED相關間距的設計

1 引言

如何實現低功耗是LED背光的主要研究方向之一。LED背光主要由Back Cover、LGP、膜材
、Mold Frame
、LED　Bar、Bezel和Panel等組成，其能耗主要體現在LED　Bar上。通過合理設計背光結構，挑選適合的膜材搭配，減少LED數量
，提高LED的利用效率

，可以大幅降低LED背光的功耗。本文設計了一款118cm（47in）LE背光源
，通過對背光結構的設計和膜材的篩選，在保證背光亮度和均一度等光學特性的前提下
，減少了LED的數量，將背光的功耗控製在了較低水平。

2　LED背光設計

LED背光目前主要分為兩種：直下式和側光式。所謂直下式就是在背光的整個背麵全部設計LED燈，通常應用於大尺寸的背光，其優點是亮度和均勻性好，缺點是使用的LED數量較多

，發熱現象明顯；側光式是在背光的邊緣處設計LED燈
，通常應用於小尺寸的背光
，優點是使用的LED數量少，散熱也較好。但隨著LED亮度的提高和背光結構的優化，大尺寸LEDbeiguangdefazhanqushijiangcongzhixiashizhujianzhuanbianweisibianceguangshi，zaidaoliangbianceguangshi
，zuihoujiangfazhanchengweiyibianceguangshi。suiranzhixiashibeiguangdeliangduhejunyidudouhaoyuceguangshi，danshiceguangshibeiguangdegonghaoyaoyuanyuanxiaoyuzhixiashi。benwenshejide118cm（47in）LED背光為上下兩邊側光式，上下兩邊各有兩條LED　Bar
，每條LED　Bar上有60顆5630－LED，其結構如圖1所示（文中Panel透過率設置為恒量）。5630－LED的亮度在2010年1月是571m/W，2010年3季度已經提升到70～751 m／W，預計2011年3季度將提升到83～851m／W。隨著LED發光效率的提高，能耗將進一步下降。

圖1　側光式LED　Bar結構圖

2.1 膜材篩選
膜材的選擇直接決定了LED背光的性能。

為了使用盡可能少的LED而又保持良好的光學特性，本文設計的LED背光選用了1層擴散膜、2層棱鏡膜和1層雙層增亮膜（DBEF），膜材參數如表1所示。擴散膜可以改變LGP出射的光路
，讓射出的光更加均勻；還可以隱藏LGP 上的dot

，使shi從cong正zheng麵mian看kan不bu到dao散san射she點dian的de影ying子zi，擴kuo大da視shi野ye角jiao
，提ti升sheng輝hui度du。棱leng鏡jing膜mo即ji增zeng亮liang片pian
，主zhu要yao利li用yong全quan反fan射she和he折zhe射she定ding律lv

，將jiang分fen散san的de光guang集ji中zhong於yu一yi定ding角jiao度du範fan圍wei內nei出chu射she，從cong而er提ti高gao該gai範fan圍wei內nei的de亮liang度du。DBEF 是本文LED背光模組的關鍵膜材

，可以使整個模組的亮度提升一倍
，其工作原理如圖2所示。DBEF可以將不能通過下偏光片的光線反射回背光

，經背光的二次反射
，部分光線又可以通過DBEF和下偏光片出射。經過多次回收和利用，光的透過率得以大幅提高。

表1　膜材參數

圖2　DBEF工作原理示意圖[page]

2.2 與LED相關間距的設計
對背光的合理設計可以提高LED的利用效率。影響LED利用效率的結構參數主要有3個：LED之間的距離
；LED發光麵到LGP入光麵之間的距離
；LED發光麵和LGP入光麵兩者的垂直距離。如圖3所示。隻有將三者綜合考慮才能最大化LED的利用效率，從而降低功耗。

圖3　LED相關間距示意圖

2.2.1　LED間距
由於LED是端麵發光
，圖4所示為LED端麵發光示意圖，整個LED　Bar是不連續的光源，因此，當LED之間的距離過大時，亮度會下降，並且可能產生明暗相間的Hot　Spot現象；當LED之間的距離過近時，雖然亮度得到較大的提高

，但需要LED的數量也會增加，導致LED的低利用效率和背光的高功耗。圖5是試驗得到的LED亮度分布曲線，從圖中可以看到，隨著LED距離的增大
，亮度下降；在LED之間的距離d＞4.35 mm時，還會出現Hot　Spot現象，曲線波動越大說明Hot　Spot越明顯。同時LED　Bar的總長度應該小於LGP（1067×604.）


，所以為了保證LED的亮度以及避免Hot　Spot現象
，取LED之間的距離d＝3.35mm。

圖4　LED端麵發光示意圖

圖5　LED之間距離與亮度分布曲線[page]

2.2.2 LED發光麵到LGP入光麵的距離
理論上LED的發光麵到LGP的入光麵之間的距離越小越好，這樣可以充分利用LED所發出的光；但在實際情況中，由於加工精度
、不易組裝等問題，不可能達到零間距。對LED 發光麵到LGP入光麵的距離進行試驗
，得到LED-LGP之間距離與入射效率的擬合曲線

，如圖6所示。可以看出，入射效率隨LED和LGP之間的距離增大而減小，在距離小於0.8 mm時，入射效率降低比較緩慢且在95％以上。因此，考慮到實際加工精度和裝配因素，取LED發光麵到LGP入光麵的距離為0.8 mm。

圖6　LED＆LGP距離的入射效率分布曲線

2.2.3 LED發光麵和LGP入光麵的垂直距離
LED發光麵和LGP入光麵兩者之間的垂直距離通常會被忽略，但如果兩者之間的距離過大，也會嚴重影響入射效率。通過試驗發現，兩者之間的距離在±0.2mm範圍內時
，入射效率變化緩慢，且保持在95％左右，所以控製LED發光麵和LGP入光麵的垂直距離在±0.2mm範圍內即可。

圖7所示為兩者之間的距離與入射效率的關係。

圖7　LED＆LGP垂直距離的入射效率分布曲線

3　LED樣品測試結果

根據上述關鍵設計參數和膜材的選取進行樣品製作。圖8所示為118cm（47in）LED背光源的實物圖將樣品與同類產品進行了比較，具體測試結果如表2所示。

本文中設計的樣品在保證了光學性能的前提下，實現了低功耗的目標，達到了《平板電視能效限定值及能效等級》中規定的一級能耗，產品的厚度和色域也具有一定的優勢。

圖8　118cm（47in）LED背光源

表2　樣品測試結果

4　結論

設計了一款118cm（47in）LED背光
，選用1層擴散膜
、2層棱鏡膜和1層DBEF組成背光模組。

根據試驗對影響LED利用效率的相關尺寸進行了優化：LED與LED之間的距離d＝3.35mm
，LED發光麵到LGP入光麵的距離為0.8mm，控製LED發光麵和LGP入光麵水平中心的距離為±0.2mm。在保證背光光學特性的前提下
，盡可能減少了LED的數量
，實現了背光的低功耗。