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基于TRIZ理论的LED背光源hot spot不良现象改善研究

范文

冯克东

摘要：目前在LED背光源设计中，为了追求窄边框、低功耗、低成本，设计导向希望减少LED颗粒，可是一旦颗数减少就意味着LED 之间的间距加大，因此随之而来的便会在靠近显示设备边框的画面入光部位出现明暗相间的现象，即hot spot现象。本文通过运用TRIZ理论研究分析，发现从导光板LGP上改变设计可以改善此不良现象，让增加相邻LED间距而不出现hot spot现象成为可能。

关键词：hot spot;LED颗粒;LGP;TRIZ理论

随着显示面板行业追求窄边框、低功耗、低成本的发展，LED背光源做为为LCD提供发光性的装置，也需要在设计上满足窄边框、低功耗、低成本的要求。为了达成此要求，设计导向希望减少LED颗粒，可是一旦颗数减少就意味着LED 之间的间距加大，因此随之而来的便会在靠近显示设备边框的画面入光部位出现明暗相间的现象，即hot spot现象。解决hot spot方法可以从LED和LGP上做研究，本文利用TRIZ理论研究设计，最终通过对LGP的设计调整，达成了LED背光源hot spot现象的改善。

一、方案设计

1.问题系统描述

Hot spot是LED侧入式背光源的一种现象，LED为点光源，其发光状态为扇状发射，具有一定的出光角度，多个LED按照一定的Pitch排布形成Light bar，每颗LED发出的光纤会在导光板入光侧呈亮区，LED的Pitch处呈现暗区，亮暗区间隔进行混光形成亮度不同的发光区域，明暗交替，这种现象叫做Hotspot。Hot spot现象严重影响到画面显示，造成客户显示屏形成画面致命缺陷，影响终端显示产品质量，无法满足市场需求，此问题的改善可以提升竞争力及客户满意度，迫切需要解决。

2.组件分析

LED背光源的hot spot现象主要由LED、光、LGP相互作用形成，根据相互作用的不同，LGP需拆分为LGP入光侧和LGP导基，分析如下：

3.功能分析

分析组件的功能、作用及满足水平，具体如下表所示：

4.技术矛盾

如果扩大LED与LGP的距离，那么光的均匀性会增加，但是亮度降低;改善的技术特性为光的均匀性，恶化的技术特性参数光的亮度降低。运用矛盾矩阵，可利用发明原理非对称、切割解决问题;根据发明原理可得到解决方案如下：

发明原理“非对称”：使LED光的入射方向和强度变均匀;

发明原理“切割”：透镜式入光，在导光板入光侧LED位置将导光板做成一个凹球面。

5.物理矛盾

LED与LGP之间的距离应该大，因为光的均匀性增加，但是LED与LGP的距离应该小，因为光的强度大。根据分析可采用空间分离方法中增加不对称性原理，解决此物理矛盾。可得到解决方案如下：

增加不对称性原理：调整入光侧网点布局;

对LGP入光侧做锯齿或半圆形结构状结构（V-CUT）。

6.物场模型

本项目主要问题是LED提供光，光首先从LGP入光侧进入LGP，光在LGP入光侧处呈现出hot spot现象，整个形成电磁场，根据问题描述建立物场模型，并进行物场模型分析得到如下解决方案：增加LED颗粒，加密排布。

二、方案验证与评估

通过按照发明原理的思路去探索，最终拟出如下方案，并对方案进行评分，发现方案二、方案三和方案五为最佳。

1.方案二入光侧做锯齿或半圆形结构改进

对LGP入光侧做锯齿或半圆形结构状结构改进（V-CUT），从而改变光线方向，增大出光角度，使光线覆盖更均匀。因为距离LED较近的V-CUT尺寸小，远离LED 区域V-CUT尺寸大，V-CUT尺寸越大，出光角度扩大，减少混光距离。

2.方案三调整入光侧网点布局

入光侧网点布局。调整LGP入光侧网点布局从而改善Hotspot不良现象，网点调整可做大小和疏密调整。网点越密越大，接受和折射的光线越多，网点越疏越小，反之越暗，利用这两种方法对画面的强光区和弱光区作柔和处理，以此改善hotspot 。

3.方案五透镜式入光

透镜式入光，在导光板入光侧LED位置将导光板做成一个凹球面，发散入射光纤，凹入光面对入射光纤起到分散的作用，使入射光在导光板介质内分散。不同的镜面凹陷度，对应的法线方向改变。LED发出光纤角度不变，入射角会随着凹陷程度增大而变大，镜面凹陷程度越大，光纤发散效果越好。

三、结语

在生产实际中发现可以三个方案联合实施，最终LED背光源hot spot现象得到了很大的改善，均匀性极大提升，实物效果如下图：

这三种方案综合一起实施使hot spot现象基本消失，满足LED背光源窄边框、低功耗、低成本的设计发展要求，同时也满足客户及市场需求，改善意义重大。

LED背光源开发研究，涉及到领域较多，包括了光学、电磁学、数字图像处理、热学等，是国内显示应用领域最前沿的课题之一，已不是普通意义上的光源照明技，文中设计的达到此种效果的改进关键仅是在导光板的入光侧做了设计改善，从而使入射至导光板的光束角度變大，而达到良好的匀光效果，这样就使LED背光源在满足窄边框、低功耗、低成本的要求下，而不出现hot spot 现象成为可能。

参考文献：

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