淺談側(cè)光式LED背光技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　側(cè)光式把LED放置于背光的上下兩邊，布局的調(diào)整大大減少了LED的使用，從而減低生產(chǎn)成本及能耗，對(duì)廠家及消費(fèi)者都有莫大好處。但其不可局部調(diào)光的弱點(diǎn)，促使了可局部調(diào)光矩陣式背光方案的誕生，這是一種側(cè)入與直下相結(jié)合的一種背光技術(shù)。

　　回想電視發(fā)展歷史，家中的傳統(tǒng)CRT電視一定是大家第一時(shí)間想到的產(chǎn)物。踏入2000年，等離子電視開(kāi)始出現(xiàn);2003年左右，CCFL（冷熒光燈管光源）LCD TV開(kāi)始面世及普及;直至2010年，LED背光技術(shù)逐漸取代CCFL。大多數(shù)行內(nèi)外人均應(yīng)為，LED將于兩至三年間可完全取代CCFL作為主要電視的背光源。

　　大多數(shù)巿民都知道LED背光有好幾種優(yōu)勢(shì)，當(dāng)中包括電視厚度變薄、能耗降低、色彩更豐富等等。這些優(yōu)勢(shì)都是大眾巿民能夠簡(jiǎn)單跟CCFL TV比較下 體現(xiàn)出來(lái)。再加上LED TV價(jià)格一直下降，讓LED TV在性價(jià)比上更顯優(yōu)勢(shì)，這些都是令LED背光電視可以瞬間在巿場(chǎng)普及的主要原因。

　　在LED背光的發(fā)展期間，其實(shí)技術(shù)一直都有在改善。在最初的點(diǎn)陣式發(fā)展到今天的側(cè)光式就是其中一種重要的技術(shù)提升。在各種明顯的優(yōu)勢(shì)下，廠家近年積極發(fā)展 LED背光電視。海信、TCL、康佳、創(chuàng)維等國(guó)內(nèi)本地品牌都在埋頭苦干研發(fā)自家LED背光，當(dāng)中技術(shù)提升及成本控制都是重要一環(huán)。為了讓現(xiàn)代LED背光得以迅速地于巿場(chǎng)普及，各家都開(kāi)始考慮少用 LED，藉此把產(chǎn)品成本降低。但當(dāng)中最重要的，莫過(guò)于把能耗明顯改善，藉以配合國(guó)家最新的環(huán)保節(jié)能政策。少用LED，在背光布陣上就得以調(diào)整。原來(lái)的點(diǎn)陣式是將LED平均放置于電視背光上，而側(cè)光式則把LED放置于背光的上下兩邊。這樣布局的調(diào)整，大大減少了LED的使用，從而減低生產(chǎn)成本及能耗。

　　但一般人會(huì)想到LED少用了，畫(huà)面亮度不是會(huì)下降嗎？電視畫(huà)面質(zhì)量不是也下降嗎？這個(gè)問(wèn)題廠家一早就預(yù)計(jì)到，所以大多數(shù)廠家都會(huì)找出最理想的方法作解決。

　　圖題：點(diǎn)陣式與側(cè)光式的LED布局

　　現(xiàn)在巿場(chǎng)最為普遍的解決方案莫過(guò)于使用高效能增亮膜來(lái)改善亮度問(wèn)題。使用增亮膜有別于其它解決方案，相比提升玻璃穿透率來(lái)得簡(jiǎn)單直接，不用依賴上游玻璃供貨商的研發(fā)進(jìn)度作配合，同時(shí)亦有別于使用高效能LED而導(dǎo)致生產(chǎn)成本提升的問(wèn)題（一般高效能LED比普通LED貴兩至三倍）。增亮膜，簡(jiǎn)單來(lái)講就是一張超薄的塑料光學(xué)片。將其使用在側(cè)光式LED背光，不單沒(méi)有影響電視整體厚度，更可在成本控制下，補(bǔ)足電視畫(huà)面需要的光亮度?，F(xiàn)在美國(guó)3M公司生產(chǎn)的DBEF，一般都可以提升大約30%的光亮度。若電視背光本身只有300尼特的亮度，在沒(méi)有任何改動(dòng)下使用DBEF，光度亮大約可提升至390尼特左右。

　　使用高效能增亮膜提高畫(huà)面亮度

　　側(cè)光式背光發(fā)展

　　側(cè)邊式LED背光在技術(shù)不斷發(fā)展下，會(huì)從上下兩邊單條LED發(fā)展至最終的單邊單條LED。一般在巿場(chǎng)可見(jiàn)的32”兩邊單條LED背光TV， 大約使用120至150顆LED不等。若電視背光改用單邊單條LED，LED顆數(shù)可減少至80-100顆不等 （最終能減少LED顆數(shù)按品牌技術(shù)而定）。若技術(shù)得以配合，在可見(jiàn)未來(lái)，單邊單條LED會(huì)從長(zhǎng)邊轉(zhuǎn)（上或下）至短邊（左或右），這樣的改動(dòng)更為少用LED 顆數(shù)。

　　LED背光簡(jiǎn)單布局圖

　　壽命延長(zhǎng)

　　減少使用LED， 不單對(duì)成本控制有正面作用， 我們還見(jiàn)到對(duì)模塊的其它正面影響。例如， 模塊溫度會(huì)因少用LED減低。若以上面32” LCD TV 為例， 少用LED的數(shù)量大約可以減低模塊溫度10%-15%。雖然我們今天不能以科學(xué)化的計(jì)算這個(gè)數(shù)字對(duì)電子零件， 甚至電視的壽命可延長(zhǎng)多少， 但從一般技術(shù)而言， 溫度減低對(duì)電子零件壽命一定有正面幫助。這方面的幫助在更大面積的LED 背光電視更為明顯， 因?yàn)橄鄬?duì)少用的LED顆數(shù)更少。

　　視角更寬

　　除此以外，使用高效能增亮膜的解決方案，亦對(duì)電視視角起著正面幫助。由于高效能增亮膜的技術(shù)原理是透過(guò)令偏振光在背光模塊循環(huán)反射，直至穿透玻璃。使用了增亮膜較的背光模塊較一般未有使用光學(xué)膜片的模塊提升了大約30%光亮度。由于高效能增亮膜有別于一般棱鏡片，它無(wú)需犧牲視角而提升亮度，所以這樣的高效能增亮膜很受國(guó)內(nèi)外電視制造廠家歡迎。LCD TV面積越來(lái)越大，消費(fèi)者對(duì)于視角亦開(kāi)始有一定的要求。一臺(tái)過(guò)萬(wàn)的47” 吋LCD TV 放在客廳中間，戶主當(dāng)然希望坐在任何角度的客人，都可享受同一畫(huà)質(zhì)的電視畫(huà)面。

　　高效能增亮膜簡(jiǎn)單原理圖

　　節(jié)能省電

　　當(dāng)然，大眾最直接能夠體驗(yàn)到側(cè)光式LED背光的好處，就是電視整體能耗降低。普通32” LED 背光電視，現(xiàn)水平一般能耗為80W左右。這個(gè)水平在國(guó)家最新推出的能源效益標(biāo)準(zhǔn)中相等于第3級(jí)。

　　若廠家要將電視能耗標(biāo)準(zhǔn)改善，對(duì)應(yīng)解決方案有很多，但使用高效能增亮膜應(yīng)該會(huì)是最簡(jiǎn)單及直接有效提升能耗表現(xiàn)。若配合高效能增亮膜，在保持同一亮度的水平下，能耗可減低大約20%-30% （最終表現(xiàn)視乎各品牌技術(shù)而定）。從數(shù)字上計(jì)算，電視能耗基本上能夠透過(guò)高效能增亮膜從80W，改善至60W左右。能耗改善不單讓廠家更可大力配合國(guó)家環(huán)保政策，對(duì)消費(fèi)者而言，相關(guān)電費(fèi)支出亦略有幫助。

　　從以上的技術(shù)分析，我們看到側(cè)光式的背光設(shè)計(jì)對(duì)廠家及消費(fèi)者都有莫大好處。在不久的將來(lái)，側(cè)光式單邊單條LED必定是LED背光最終的目的地。

　　側(cè)光式優(yōu)勢(shì)綜合分析

　　側(cè)光式也有一種叫法是側(cè)入式，其最大的一個(gè)弱點(diǎn)就是無(wú)法局部調(diào)光。由于LED燈集中在電視的邊緣，必須由導(dǎo)光板將光均勻輸出到電視畫(huà)面上。因此，很難做到對(duì)畫(huà)面某個(gè)區(qū)域的亮度調(diào)節(jié)。而直下式，由于可以通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)某一局部的LED開(kāi)關(guān)，所以局部調(diào)光上優(yōu)勢(shì)明顯。因此，一種新的結(jié)合直下和側(cè)入兩種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的可局部調(diào)光矩陣式背光方案應(yīng)運(yùn)而生，并成為相關(guān)背光廠商的重點(diǎn)研究方向。

　　關(guān)于可局部調(diào)光的矩陣式背光方案，應(yīng)該說(shuō)是一種側(cè)入與直下相結(jié)合的一種背光技術(shù)。來(lái)自3M公司光學(xué)系統(tǒng)部資深工程師呂奕航介紹，該技術(shù)早在2009年就已經(jīng)有相關(guān)的背光廠在做一些基礎(chǔ)研究。目前看來(lái)，很多都把該背光方式歸納為直下式的背光技術(shù)，簡(jiǎn)稱為矩陣式背光。

　　該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該說(shuō)集中了直下和側(cè)入的兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：

　　1.局部調(diào)光：在早期的LED TV剛興起的時(shí)候，當(dāng)初就有2種技術(shù)直下式和側(cè)入式。作為側(cè)入式的一個(gè)最大的弱點(diǎn)就是無(wú)法局部調(diào)光，由于LED燈集中在電視的邊緣，必須由導(dǎo)光板將光均勻輸出到電視畫(huà)面上。因此，很難做到對(duì)畫(huà)面某個(gè)區(qū)域的亮度調(diào)節(jié)。而直下式，由于可以通過(guò)LED驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)某一局部的LED開(kāi)關(guān)，所以局部調(diào)光上優(yōu)勢(shì)明顯。而作為2種技術(shù)的結(jié)合，矩陣式背光同樣可以做到局部調(diào)光的功能，而可控的分區(qū)則完全由LED驅(qū)動(dòng)決定。在目前早期的一些矩陣式產(chǎn)品上，相比目前的直下式，都會(huì)有更多的可控分區(qū)。

　　2.厚度：關(guān)于厚度，則是直下式背光的一個(gè)致命弱點(diǎn)，即使是Sharp使用了LED+lenslet的方式大幅降低了消除LED燈影的厚度，其電視整機(jī)厚度仍然遠(yuǎn)高于側(cè)入式的導(dǎo)光板厚度，這也是在2種LED背光技術(shù)中，直下式徹底落敗的主要原因?？梢哉f(shuō)，矩陣式背光完美的解決了這一矛盾。

　　3.畫(huà)面對(duì)比度：作為圖像質(zhì)量表現(xiàn)力很重要的一點(diǎn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，對(duì)比度是LCD的一個(gè)弱項(xiàng)。由于液晶的扭轉(zhuǎn)始終無(wú)法實(shí)現(xiàn)全開(kāi)關(guān)的0，1控制，因此，通常側(cè)入式液晶的對(duì)比度即使應(yīng)用調(diào)光技術(shù)也就不過(guò)在幾千左右。而直下調(diào)光技術(shù)如在表現(xiàn)黑畫(huà)面的時(shí)候?qū)ED關(guān)閉，其對(duì)比度可以大幅提高，根據(jù)LG宣稱，他們的對(duì)比度可以達(dá)到700萬(wàn)：1。

　　4.節(jié)能：在圖像較黑的部分，通過(guò)關(guān)閉或降低LED電流來(lái)實(shí)現(xiàn)功耗的降低，也是直下背光的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，同樣，矩陣背光也有相同的優(yōu)點(diǎn)。

　　5.散熱：作為側(cè)入式背光的一個(gè)技術(shù)要點(diǎn)，由于矩陣式背光將LED大量分散在背光中，而不是集中在電視機(jī)的一側(cè)，這樣對(duì)散熱設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單。

　　雖然矩陣式背光擁有了上述的一些優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該說(shuō)是將來(lái)LED設(shè)計(jì)的一個(gè)新方向，但其缺點(diǎn)在目前也是顯而易見(jiàn)的：

　　1、由于矩陣背光要求分塊背光必須有精確的控制，通常來(lái)說(shuō)，電路的設(shè)計(jì)會(huì)相應(yīng)復(fù)雜很多;此外，LED芯片的選取以及一些控制芯片也會(huì)造成成本的增加。

　　2、在組裝上，矩陣背光相應(yīng)來(lái)說(shuō)，工序復(fù)雜度遠(yuǎn)高于目前的直下式以及側(cè)入式。因此，組裝的良率、成本也是制約其的一個(gè)主要因素。

　　矩陣式背光與傳統(tǒng)直下式背光相比，其局部調(diào)光的精準(zhǔn)度在目前看來(lái)會(huì)高于直下式，由于直下式在下擴(kuò)散板就已經(jīng)會(huì)發(fā)生勻光，而矩陣式的則是在下擴(kuò)散膜片勻光，這樣相鄰的分區(qū)之間的影響需要小于直下式，對(duì)對(duì)比度的控制會(huì)更精細(xì)。但是，由于其分區(qū)相互影響較小，當(dāng)萬(wàn)一某一區(qū)域塊的LED損壞，其光學(xué)效果缺陷會(huì)比直下式看上去明顯很多。此外，其厚度優(yōu)勢(shì)極其明顯。但由于矩陣的每一塊的分區(qū)都是相對(duì)獨(dú)立的一個(gè)側(cè)入背光，因此，其機(jī)構(gòu)復(fù)雜性會(huì)高出很多。而目前很多直下式對(duì)分區(qū)局部控光均通過(guò)一塊區(qū)域內(nèi)的一些LED的光進(jìn)行控制，而矩陣式則必須對(duì)每個(gè)分塊都進(jìn)行控制，因此電路相應(yīng)較為復(fù)雜。

　　矩陣式與側(cè)入相比，解決了局部控光以及智能節(jié)能的問(wèn)題，極大提升了畫(huà)面對(duì)比度，相對(duì)較之簡(jiǎn)單的散熱設(shè)計(jì);且其由于導(dǎo)光背光距離遠(yuǎn)低于側(cè)入式，其光學(xué)效率也會(huì)較側(cè)入式更高，在厚度上也完全能做到與側(cè)入背光相媲美。唯一與側(cè)入背光相比不足的地方還是上述提及的成本與制造復(fù)雜度的問(wèn)題。通常的一張導(dǎo)光板需要通過(guò)幾百個(gè)分區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)，即意味著，其零件數(shù)以及組裝復(fù)雜度相應(yīng)也提高了幾百倍，由于背光元器件是顯示相關(guān)的，其裝配過(guò)程中的不良率相信也是很大的一個(gè)問(wèn)題。