什么是側(cè)光式LED背光?

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們?nèi)祟?。?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，等離子電視開始出現(xiàn);2003年左右，CCFL(冷熒光燈管光源)LCD TV開始面世及普及;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，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)勢都是大眾巿民能夠簡單跟CCFL TV比較下 體現(xiàn)出來。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，這些都是令LED背光電視可以瞬間在巿場普及的主要原因。

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普及，各家都開始考慮少用 LED，藉此把產(chǎn)品成本降低。但當(dāng)中最重要的，莫過于把能耗明顯改善，藉以配合國家最新的環(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，畫面亮度不是會(huì)下降嗎?電視畫面質(zhì)量不是也下降嗎?這個(gè)問題廠家一早就預(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)在巿場最為普遍的解決方案莫過于使用高效能增亮膜來改善亮度問題。使用增亮膜有別于其它解決方案，相比提升玻璃穿透率來得簡單直接，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)成本提升的問題(一般高效能LED比普通LED貴兩至三倍)。增亮膜，簡單來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，不單沒有影響電視整體厚度，更可在成本控制下，補(bǔ)足電視畫面需要的光亮度?，F(xiàn)在美國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。一般在巿場可見的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，在可見未來，單邊單條LED會(huì)從長邊轉(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背光簡單布局圖

壽命延長

減少使用LED， 不單對(duì)成本控制有正面作用， 我們還見到對(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，它無需犧牲視角而提升亮度，所以這樣的高效能增亮膜很受國內(nèi)外電視制造廠家歡迎。LCD TV面積越來越大，消費(fèi)者對(duì)于視角亦開始有一定的要求。一臺(tái)過萬的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，都可享受同一畫質(zhì)的電視畫面。

高效能增亮膜簡單原理圖

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，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面上。因此，很難做到對(duì)畫面某個(gè)區(qū)域的亮度調(diào)節(jié)。而直下式，由于可以通過LED驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn)某一局部的LED開關(guān)，所以局部調(diào)光上優(yōu)勢明顯。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)該說是一種側(cè)入與直下相結(jié)合的一種背光技術(shù)。來自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，很多都把該背光方式歸納為直下式的背光技術(shù)，簡稱為矩陣式背光。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)應(yīng)該說集中了直下和側(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面上。因此，很難做到對(duì)畫面某個(gè)區(qū)域的亮度調(diào)節(jié)。而直下式，由于可以通過LED驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn)某一局部的LED開關(guān)，所以局部調(diào)光上優(yōu)勢明顯。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。可以說，矩陣式背光完美的解決了這一矛盾。

3.畫面對(duì)比度：作為圖像質(zhì)量表現(xiàn)力很重要的一點(diǎn)，相對(duì)來說，對(duì)比度是LCD的一個(gè)弱項(xiàng)。由于液晶的扭轉(zhuǎn)始終無法實(shí)現(xiàn)全開關(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)也就不過在幾千左右。而直下調(diào)光技術(shù)如在表現(xiàn)黑畫面的時(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700萬：1。

4.節(jié)能：在圖像較黑的部分，通過關(guān)閉或降低LED電流來實(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)來說比較簡單。

雖然矩陣式背光擁有了上述的一些優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該說是將來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，通常來說，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)來說，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)能的問題，極大提升了畫面對(duì)比度，相對(duì)較之簡單的散熱設(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)雜度的問題。

通常的一張導(dǎo)光板需要通過幾百個(gè)分區(qū)來實(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，其裝配過程中的不良率相信也是很大的一個(gè)問題。雖然LED在生活中處處可見，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品。