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【摘要】LED液晶电视其实是LCD电视的一种，与传统的液晶电视相比，最主要的不同在于发光源不同，传统的液晶电视使用的是CCFL（冷阴极荧光灯管），LED电视采用的是LED（发光二极管），LED背光源在寿命、能耗、画质、轻薄等方面具有明显的优势，已经逐步取消CCFL发光源。
【关键词】液晶电视背光源;直下式;侧入式;结构设计
引言：液晶电视显示屏主要由三大部分构成，分别为背光源，信号驱动控制板，液晶面板，其中液晶面板本身不能发光，背光源为其提供了发光源，背光源的发光效果直接关系到液晶电视的视觉效果，目前市面上的LED液晶电视背光源结构形式主要有两种：直下式背光源和侧入式背光源，使用的都是白色LED。本文通过对本公司生产的两款液晶电视屏进行结构方面的简单比较来介绍二者的区别以及代表未来发展趋势的侧入式液晶屏的关键技术。
1. 直下式和侧入式LED背光源发光原理概述
直下式背光源是将LED颗粒呈阵列式布置在液晶面板的下部，通过LED颗粒下布置的反射片的反射和扩散板将点光源变成面光源，照射到液晶面板上。由于直下式是把LED颗粒均匀地布置在液晶面板的后方（图1左），这样背光源的光亮度和均匀性就很容易得到控制。
侧入式背光源是把LED颗粒布置在液晶电视屏的侧面，一般布置在左右或上下两侧，也可以布设在一侧，通过导光板的导光和反射片的反射将光从导光板的两侧输送到发光面上，由于导光板下表面上设计了很多网点，两侧入光侧的网点较稀疏，中间部位较密，网点具有反射光的作用，这样确保了两侧入光处的较强的光线得到削弱，而屏幕的中间部位得到加强，这个画面的光线就能够均匀的显示。
2. 直下式和侧入式LED背光源主要区别
外观尺寸： 厚度较厚是直下式背光源的一个显著的缺点，由于直下式是将LED布设在扩散板的下方，为了消除LED颗粒的灯影，就必须保证LED和扩散板之间有足够的距离，本文中直下式型号的LED和扩散板之间间隙为18.5mm，使得背光的整体厚度达到了32.5mm，而侧入式背光源的LED布设在导光板的侧面，背光的厚度构成主要有导光板和光线膜片和金属背板，中间无间隙，这样背光的整体厚度就只有20.4mm，可以制造出相对比较薄的液晶电视。
LED光源布设及光的传播途径：直下式背光的光源布设在背光的底面，光线直接传送到覆盖在LED灯带上的扩散板，由于扩散板在PC基材中添加了光扩散剂，使得光线在扩散板中发生不同方向的折射、反射与散射，这样光线就能充分扩散，均匀的从背光源表面发出。侧入式背光的LED布设在导光板的侧面，光从导光板的侧面进入，经过导光板下面的反射板的反射和导光板及下表面布设的网点的折射、反射再经过多层光学膜片的扩散和增加从而得到比较均一的面光源。
局部调光功能：直下式背光的LED颗粒是矩阵式布设，可以通过驱动芯片来实现局部的LED的亮度调节，实现液晶电视的分区控制和智能控制，从而满足某些特殊需要，但是对每块分区都设置驱动芯片也增加了结构的复杂性，降低了液晶电视的可靠性，另外部件的增加也导致成本较高。而侧入式由于光源是从导光板的侧面进入，这个画面的光学效果是一体的，所以就很难对电视画面的局部进行亮度调节。
有无导光板：直下式背光的光源将光线直接打在扩散板上，通过扩散板的初步雾化，然后再通过扩散膜片的进一步雾化均匀，最后通过光学棱镜膜片将光线的发散角度控制在视野角范围内，从而从发光面发出，所以直下式背光不需要导光板。侧入式背光由于需要将侧面射入的线光源变成发光面发出的面光源，这一功能的实现就需要通过导光板来进行，导光板的下表面设置了不均匀的大小不一的微小網点结构，通过网点的大小和疏密来实现光路的强弱，从而将线光源调和成均匀的面光源，达到发光面均匀射出光线的效果。
能耗：直下式背光的LED呈矩阵布设在背光的底部，LED颗粒使用较多，而侧入式背光的LED布设在侧面，LED颗数大大减少，从而降低背光的能耗，而液晶电视的主要能耗就体现在背光上，目前主流品牌的侧入式液晶电视能耗都控制在60W以内，而同样尺寸的直下式液晶电视能耗普遍在100W以上，能耗的降低使得液晶电视厂家的产品更能满足国家新的能耗标准。
3. 侧入式背光的关键技术
导光板网点设计：侧入式背光最关键的光学部件就是导光板，工作原理是在导光板的下表面布设一定分布规律的微小结构（网点），光线从侧面进入导光板后，通过导光板下面的反射板进行光的反射，这种微小结构破坏了原有的全反射现象并改变了光线传播路径。为了保证发光面的均匀，需要对网点的布设进行设计。由于侧入式背光的LED光源布设在导光板的侧面，所以在入光侧的光强度较强，而远离入光侧的中间部位光的强度就较小，为了让光线较均匀的从发光面发出，就需要对导光板下表面进行非均匀的网点排布设计，在靠近入光侧的导光板下表面设置较小尺寸的网点，且网点的布设较疏，而在远离入光侧的中间部位设置较大尺寸的网点，且网点密度较大，这样较疏较小的网点反射的光就弱，较密较大的网点反射的光就强，通过这种不均匀网点布设就可以得到较好均一度的发光面。目前导光板的网点主要是靠模拟软件进行设计，然后不断进行试加工，不断改版进行调整。成型方式主要有印刷，注塑，压出及蚀刻几种。
散热设计：直下式背光的光源呈矩阵较均匀的分布在背光底部，为了防止LED灯影，灯带和扩散板之间有较大的距离，这样也保证了LED有足够的散热空间，所以不需要进行特殊的散热设计。侧入式背光的发光源集中在一侧，LED灯带和导光板之间几乎没有间隙，空间很小且LED灯带上颗粒比较聚集，导致发热量集中，所以要进行特别的散热设计，我们在入光侧LED灯带下面增加“L”型的铝合金板，“L”的短边内侧安装LED灯带，长边用螺丝锁附在背光的金属背板上。铝材质导热性较好，重量轻，价格相对较低，是首选的散热材料，LED灯带和铝合金板之间使用导热硅胶带进行粘结，导热硅胶是优良的导热化合物，以及高温下不会固体化，不会导电的特性可以避免诸如电路短路等风险，并且对大多数金属和非金属材料具有良好的粘接性。这样LED的热量通过导热硅胶传导到铝合金板上，铝合金板又连接在金属背板上，这样热量就能很顺利散发出去，从而提高液晶电视的使用寿命。 提高LED颗粒和导光板之间的耦合效率：侧入式背光的发光源LED发出的光并不能百分之百的进入导光板，一部分原因是由于光的全反射作用使光不能从LED封装的发光面发出，另外从LED发出的光进入导光板的时候，由于导光板侧表面的反射作用，也使得一部分光不能进入导光板，所以要改善LED颗粒和导光板之间的耦合方式从而提高耦合效率。为了使尽可能的使LED光源发出的光进入导光板，采用和导光板相同折射系数的材料进行LED封装，且让LED颗粒和导光板之间的组装间隙较小，一般控制在2mm之内，这样从LED颗粒发出的光基本就没有全反射作用，较小的组装间隙也保证绝大部分光能顺利进入导光板，提高了耦合效率。
高效增亮膜片设计：由于侧入式背光将光源布设在侧面，LED的数量相对于直下式大大减少，虽然可以降低了成本和节约了能耗，但是画面的亮度就有所下降，目前较为有效的解决方案就是提高单颗LED的亮度和使用高效增亮膜片，但是目前一颗高效能的LED价格是普通LED颗粒的3-4倍价格，而且发热量也会高出许多。相对于提高LED亮度，采用光学增亮膜片就来的简单直接，目前市场上使用较广的是美国3M公司生产的DBEF增亮膜片，该光学膜是在聚酯表面加上一层精密的丙烯树脂棱镜结构，它把背光发出的光进行多次反射、折射再利用，从而将光尽可能的集中到正面并顺利发射出去，使用两片棱镜方向正交的DBEF，可以使亮度提高40%以上，而DBEF本身的厚度在0.4mm左右，只是一般光学膜片的2倍，所以增加亮度的同时背光的厚度几乎不增加。
另外，使用增亮膜片对解决电视机的视野角也起着正面作用，增亮光学膜片的原理就是通过光的偏振作用，在背光模组内部循环反射从而使绝大部分光从发光面射出，而不是简单的牺牲可视角度来达到增亮的效果，这一点在液晶电视上显得尤为重要，因为液晶电视不同于笔记本和台式机，液晶電视需要从各个角度来欣赏相同画质的电视画面。
背光部件的装配工艺要求：侧入式背光的结构要求导光板和LED颗粒间隙在2mm之内，否则容易出现亮边或亮线，同时也影响画面的亮度和均一度。LED颗粒和导光板边缘的网点也要对应，一旦错位容易发生不均匀亮斑。侧入式背光的导光板的组装过程对车间的洁净度要求也较高，因为导光板下表面是经过加工的，一旦有灰尘进入容易发生划伤和表面污染，影响画面效果。
4. 总结
本文通过对直下式背光和侧入式背光的结构简单对比分析可以发现，侧入式背光因为可以做到更薄、能耗更低将会成为未来液晶电视发展的趋势，虽然目前侧入式背光也存在一些关键性技术问题，但是相信随着液晶显示技术的发展，上述关键性技术问题将逐步得到解决，侧入式液晶电视市场占有率将会显著提高。
参考文献：
[1]杨丰旭.体育赛场LED液晶显示设备的应用需求及设计研究[J].自动化与仪器仪表，2018（08）：177-179.
[2]张京华.LED液晶显示屏结构设计研究[J].科技与创新，2018（02）：27-28.
[3]边晓峰.LED条状显示屏结构设计的研究[D].大连理工大学，2016.
【关键词】液晶电视背光源;直下式;侧入式;结构设计
引言：液晶电视显示屏主要由三大部分构成，分别为背光源，信号驱动控制板，液晶面板，其中液晶面板本身不能发光，背光源为其提供了发光源，背光源的发光效果直接关系到液晶电视的视觉效果，目前市面上的LED液晶电视背光源结构形式主要有两种：直下式背光源和侧入式背光源，使用的都是白色LED。本文通过对本公司生产的两款液晶电视屏进行结构方面的简单比较来介绍二者的区别以及代表未来发展趋势的侧入式液晶屏的关键技术。
1. 直下式和侧入式LED背光源发光原理概述
直下式背光源是将LED颗粒呈阵列式布置在液晶面板的下部，通过LED颗粒下布置的反射片的反射和扩散板将点光源变成面光源，照射到液晶面板上。由于直下式是把LED颗粒均匀地布置在液晶面板的后方（图1左），这样背光源的光亮度和均匀性就很容易得到控制。
侧入式背光源是把LED颗粒布置在液晶电视屏的侧面，一般布置在左右或上下两侧，也可以布设在一侧，通过导光板的导光和反射片的反射将光从导光板的两侧输送到发光面上，由于导光板下表面上设计了很多网点，两侧入光侧的网点较稀疏，中间部位较密，网点具有反射光的作用，这样确保了两侧入光处的较强的光线得到削弱，而屏幕的中间部位得到加强，这个画面的光线就能够均匀的显示。
2. 直下式和侧入式LED背光源主要区别
外观尺寸： 厚度较厚是直下式背光源的一个显著的缺点，由于直下式是将LED布设在扩散板的下方，为了消除LED颗粒的灯影，就必须保证LED和扩散板之间有足够的距离，本文中直下式型号的LED和扩散板之间间隙为18.5mm，使得背光的整体厚度达到了32.5mm，而侧入式背光源的LED布设在导光板的侧面，背光的厚度构成主要有导光板和光线膜片和金属背板，中间无间隙，这样背光的整体厚度就只有20.4mm，可以制造出相对比较薄的液晶电视。
LED光源布设及光的传播途径：直下式背光的光源布设在背光的底面，光线直接传送到覆盖在LED灯带上的扩散板，由于扩散板在PC基材中添加了光扩散剂，使得光线在扩散板中发生不同方向的折射、反射与散射，这样光线就能充分扩散，均匀的从背光源表面发出。侧入式背光的LED布设在导光板的侧面，光从导光板的侧面进入，经过导光板下面的反射板的反射和导光板及下表面布设的网点的折射、反射再经过多层光学膜片的扩散和增加从而得到比较均一的面光源。
局部调光功能：直下式背光的LED颗粒是矩阵式布设，可以通过驱动芯片来实现局部的LED的亮度调节，实现液晶电视的分区控制和智能控制，从而满足某些特殊需要，但是对每块分区都设置驱动芯片也增加了结构的复杂性，降低了液晶电视的可靠性，另外部件的增加也导致成本较高。而侧入式由于光源是从导光板的侧面进入，这个画面的光学效果是一体的，所以就很难对电视画面的局部进行亮度调节。
有无导光板：直下式背光的光源将光线直接打在扩散板上，通过扩散板的初步雾化，然后再通过扩散膜片的进一步雾化均匀，最后通过光学棱镜膜片将光线的发散角度控制在视野角范围内，从而从发光面发出，所以直下式背光不需要导光板。侧入式背光由于需要将侧面射入的线光源变成发光面发出的面光源，这一功能的实现就需要通过导光板来进行，导光板的下表面设置了不均匀的大小不一的微小網点结构，通过网点的大小和疏密来实现光路的强弱，从而将线光源调和成均匀的面光源，达到发光面均匀射出光线的效果。
能耗：直下式背光的LED呈矩阵布设在背光的底部，LED颗粒使用较多，而侧入式背光的LED布设在侧面，LED颗数大大减少，从而降低背光的能耗，而液晶电视的主要能耗就体现在背光上，目前主流品牌的侧入式液晶电视能耗都控制在60W以内，而同样尺寸的直下式液晶电视能耗普遍在100W以上，能耗的降低使得液晶电视厂家的产品更能满足国家新的能耗标准。
3. 侧入式背光的关键技术
导光板网点设计：侧入式背光最关键的光学部件就是导光板，工作原理是在导光板的下表面布设一定分布规律的微小结构（网点），光线从侧面进入导光板后，通过导光板下面的反射板进行光的反射，这种微小结构破坏了原有的全反射现象并改变了光线传播路径。为了保证发光面的均匀，需要对网点的布设进行设计。由于侧入式背光的LED光源布设在导光板的侧面，所以在入光侧的光强度较强，而远离入光侧的中间部位光的强度就较小，为了让光线较均匀的从发光面发出，就需要对导光板下表面进行非均匀的网点排布设计，在靠近入光侧的导光板下表面设置较小尺寸的网点，且网点的布设较疏，而在远离入光侧的中间部位设置较大尺寸的网点，且网点密度较大，这样较疏较小的网点反射的光就弱，较密较大的网点反射的光就强，通过这种不均匀网点布设就可以得到较好均一度的发光面。目前导光板的网点主要是靠模拟软件进行设计，然后不断进行试加工，不断改版进行调整。成型方式主要有印刷，注塑，压出及蚀刻几种。
散热设计：直下式背光的光源呈矩阵较均匀的分布在背光底部，为了防止LED灯影，灯带和扩散板之间有较大的距离，这样也保证了LED有足够的散热空间，所以不需要进行特殊的散热设计。侧入式背光的发光源集中在一侧，LED灯带和导光板之间几乎没有间隙，空间很小且LED灯带上颗粒比较聚集，导致发热量集中，所以要进行特别的散热设计，我们在入光侧LED灯带下面增加“L”型的铝合金板，“L”的短边内侧安装LED灯带，长边用螺丝锁附在背光的金属背板上。铝材质导热性较好，重量轻，价格相对较低，是首选的散热材料，LED灯带和铝合金板之间使用导热硅胶带进行粘结，导热硅胶是优良的导热化合物，以及高温下不会固体化，不会导电的特性可以避免诸如电路短路等风险，并且对大多数金属和非金属材料具有良好的粘接性。这样LED的热量通过导热硅胶传导到铝合金板上，铝合金板又连接在金属背板上，这样热量就能很顺利散发出去，从而提高液晶电视的使用寿命。 提高LED颗粒和导光板之间的耦合效率：侧入式背光的发光源LED发出的光并不能百分之百的进入导光板，一部分原因是由于光的全反射作用使光不能从LED封装的发光面发出，另外从LED发出的光进入导光板的时候，由于导光板侧表面的反射作用，也使得一部分光不能进入导光板，所以要改善LED颗粒和导光板之间的耦合方式从而提高耦合效率。为了使尽可能的使LED光源发出的光进入导光板，采用和导光板相同折射系数的材料进行LED封装，且让LED颗粒和导光板之间的组装间隙较小，一般控制在2mm之内，这样从LED颗粒发出的光基本就没有全反射作用，较小的组装间隙也保证绝大部分光能顺利进入导光板，提高了耦合效率。
高效增亮膜片设计：由于侧入式背光将光源布设在侧面，LED的数量相对于直下式大大减少，虽然可以降低了成本和节约了能耗，但是画面的亮度就有所下降，目前较为有效的解决方案就是提高单颗LED的亮度和使用高效增亮膜片，但是目前一颗高效能的LED价格是普通LED颗粒的3-4倍价格，而且发热量也会高出许多。相对于提高LED亮度，采用光学增亮膜片就来的简单直接，目前市场上使用较广的是美国3M公司生产的DBEF增亮膜片，该光学膜是在聚酯表面加上一层精密的丙烯树脂棱镜结构，它把背光发出的光进行多次反射、折射再利用，从而将光尽可能的集中到正面并顺利发射出去，使用两片棱镜方向正交的DBEF，可以使亮度提高40%以上，而DBEF本身的厚度在0.4mm左右，只是一般光学膜片的2倍，所以增加亮度的同时背光的厚度几乎不增加。
另外，使用增亮膜片对解决电视机的视野角也起着正面作用，增亮光学膜片的原理就是通过光的偏振作用，在背光模组内部循环反射从而使绝大部分光从发光面射出，而不是简单的牺牲可视角度来达到增亮的效果，这一点在液晶电视上显得尤为重要，因为液晶电视不同于笔记本和台式机，液晶電视需要从各个角度来欣赏相同画质的电视画面。
背光部件的装配工艺要求：侧入式背光的结构要求导光板和LED颗粒间隙在2mm之内，否则容易出现亮边或亮线，同时也影响画面的亮度和均一度。LED颗粒和导光板边缘的网点也要对应，一旦错位容易发生不均匀亮斑。侧入式背光的导光板的组装过程对车间的洁净度要求也较高，因为导光板下表面是经过加工的，一旦有灰尘进入容易发生划伤和表面污染，影响画面效果。
4. 总结
本文通过对直下式背光和侧入式背光的结构简单对比分析可以发现，侧入式背光因为可以做到更薄、能耗更低将会成为未来液晶电视发展的趋势，虽然目前侧入式背光也存在一些关键性技术问题，但是相信随着液晶显示技术的发展，上述关键性技术问题将逐步得到解决，侧入式液晶电视市场占有率将会显著提高。
参考文献：
[1]杨丰旭.体育赛场LED液晶显示设备的应用需求及设计研究[J].自动化与仪器仪表，2018（08）：177-179.
[2]张京华.LED液晶显示屏结构设计研究[J].科技与创新，2018（02）：27-28.
[3]边晓峰.LED条状显示屏结构设计的研究[D].大连理工大学，2016.