动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术

动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术

李壮志

深圳市聚飞光电股份有限公司  广东省深圳市  518111

【摘要】：近年来，伴随着高新技术的不断发展，LED成为了全球最受关注的新一代光源，主要是因为其具备低热量、长寿命和无红外与紫外污染等优点，并且还有21世纪最具有发展前景的绿色环保光源。但是，我国在这方面的研究起步时间比较晚，导致在新兴Mini市场上的工艺不够成熟，价格较高，为此需要研发一种Mini产品来迎合市场的需求。为此，本文从动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术具备的竞争优势，指出其总体设计方案，并且分析其能够带来的效益，以求为相关的研究奠定坚实的基础。

【关键词】：动态调光；Mini多分区背光器件；模组制造

经历过四十多年的发展，我国的LED产业已经建立了多个LED半导体工程产业化基地，并且还设立与之相关的重大项目，这对于我国LED产业的发展具有重要的作用。2021年我国2021年中国Mini LED整体产能约在50万片/月，2022年将继续扩充产能。而厂商纷纷投入计划后，若全部达产,前六大芯片预计总月产能都将超500万片，是目前的10倍，本项目背光产品的对比度、色彩等表现可以与OLED相媲美，并且具有资本开支更低、规格更灵活等优点、适应于面板/LED两大光电板块需求，同时具备使用寿命长（尤其适用TV场景）的重要优势。目前，苹果、三星等多家品牌厂商都已开始推出Mini LED相关的产品，行业开始进入快速发展期[1]。面对这种状况，为了符合国家对LED产业发展扶持的政策导向，满足高性价比和高可靠的市场需求，将关注点放在了研究动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术上。为此，对动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术进行了如下探究。

一、动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术的竞争优势

动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术的核心技术主要包含四点内容，即灯珠使用半透明支架，发光角度更广；支架金属结构采用C194铜材，铜材表面电镀镍钯金处理，提升产品抗硫化及抗盐雾能力等可靠性；使用反射纸提高产品亮度达25%以上；芯片DBR技术。为了保证动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术的优势，还进行了一系列的改进，主要体现在三个方面，如表1所示。

LED封装端采用新型透明材质支架与表面蒸镀DBR工艺芯片的物料搭配，提高LED灯珠的发光角度。相比于常规LED灯珠角度只有120°，Mini LED灯珠的发光角度可以达到160°以上。发光角度的提升会有利于灯板上灯珠与灯珠之间的发光能量之间的衔接，也有利于灯珠上方和灯珠四周的发光能力相近，从而提高灯板整体的视角效果。另外，在LED角度优化的基础上配合反射片的漫反射技术和交错排布技术，将LED未利用的光重新利用起来，从而改善整机视效，提升整体亮度值10%以上。使用Local dimming区域调光功能，设计了多个分区及驱动调光技术，可根据客户要求采用AM/PM控制技术，通过T-CON板进行逻辑控制，对各个分区进行ON/OFF控制[2]。与此同时，可对各个分区的电流大小进行调节，从而提升TV等显示产品的整体对比度，实现动态HDR显示。蓝光灯珠匹配了量子点技术，它与传统液晶电视的不同主要在于采用了不同的背光源加上量子点QD膜，使用得TV等显示的色彩纯度更高、色彩还原能力强、显色性卓越、色彩控制精准性好等优点，POB量子点电视在性能上的诸多提升，使得mini POB技术比传统LED背光的传统液晶电视在画面质量与节能环保上更具优势，已成为业内液晶电视新的发展方向。

二、动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术的总体设计方案

考虑到动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术具有实现多分区控制、小OD、PITCH大、色颜丰富度高性能要求，致整体封装结构与传统的LB有较大差异，因此，将从几大结构和工序及原物料选取方面阐述POB产品封装设计方案。

（一）结构和工序的设计方案

1、MCPCB板应用

Mini POB 灯板，PCB采用0.8mm厚度单面铝基板。一方面，有效降低PCB板成本；另一方面，灯板重量降低，有益于整机重量设计[3]。

2、穿孔端子应用

Mini Pob 灯板，采用穿孔端子，背面出线，解决电路连接以及外观设计问题。同时，穿孔式连接器也可以同时实现多分区控制和单面PCB板设计，可有效降低产品成本30%以上。

3、阻抗匹配设计

采取分区电路，阻抗匹配设计。通过控制线宽尺寸及同时配合蛇形layout（如图1所示）等方式，不仅能够保证各线路压降≤0.05V，还能够提升各分区亮度和视效的一致性。

图1  蛇形layout

4、背胶反射片应用

Mini Pob 灯板正面贴附背胶反射片，贴上反射片的LED灯板可遮盖端子、孔位、测试点等，避免在端子、孔位、测试等位置出现暗区[4]。同时，涂布反射片增加灯板表漫反射可有效改善整机视效，还提升整体亮度值10%以上。该反射片反射率和白度均可达到98%以上，具体的反射片慢反射原理如图2所示。除此之外，还具有良好机械性质和信赖性，如表2所示。

图2   反射板慢反射原理

                    表2    反射板慢反射原理的信赖性

5、高精度贴装技术

采用高精密贴片机，并使用AOI全检，提高贴片精度，保障灯板一致性，支持550*900mm以上超大板一体线作业。

6、交错排布设计

通过光学模拟并经过DOE实验验证得出最优的LED排布方案，在同等条件下，该设计可有效提升整体的均匀性，减少暗带和交接不上的问题，OD值：PITCH可达到1：2，下图3的方案三为交错方案验证结果。

               图3          不同排布视效对比结果

7、区域控光设计

使用Local dimming区域调光功能，设计了多个分区及驱动调光技术见图4和图5。可分别采用AM/PM控制技术，通过T-CON板进行逻辑控制，对各个分区进行ON/OFF控制[5]，同时，可对各个分区的电流大小进行调节，从而提升TV等显示产品的对比度效果（见图6），实现动态HDR显示。

图4：驱动电路整体原理图                       图5：IC控制示图

图6：区域控光技术与传统控光显示效果对比图

    除此之外，还应用了DBR大角度技术，提升光学角度和画面均匀度。LED背光应用进阶到Mini LED背光之后，对成本和光学均匀性要求也更高，在不使用透镜做二次光学的情况，需把LED的光学角度做大，以满足产品光学要求。当下，有关公司LED的DBR和透明支架的搭配技术Mini LED灯珠的发光角度可以达到160°以上[6]；发光角度的提升会有利于灯板上灯珠与灯珠之间的发光能量之间的衔接，也有利于灯珠上方和灯珠四周的发光能力相近，从而提高灯板整体的视效，对比效果图如图7。

图7      改善前后的对比

    改善后LED在相关封装尺寸下，L可在同一混光距离下以更大的Pitch排布并进行并均匀发光，最大光学角度达到175°以上，通过积极优化产品发光光学调试，产品光学性能进一步提升，实现更优异的画面均匀度[7]。

（二）可靠性设计

在进行可靠性设计的时候，主要从常温寿命、恒定湿热寿命、高温寿命、恒定湿热储存、温度变化存储和低温储存这六点内容出发，具体如下表3所示。

表3    可靠性设计的具体实验

三、动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术带来的效益分析

为了对动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术的效益进行分析，还要了解该技术的性能指标，重点从六个方面入手，如表4所示。

表4     技术性能指标

目前，该TV 背光POB mini产品已完成转量产，已配合国内自主电视品牌厂商的多项背光项目，包括海信、创维、BOE、华为等项目，并且很多客户都进行了反馈，表明该技术的应用效果良好。多个mini电视项目现已导入量产，预计未来两年出货量可到8KK以上。该技术为聚飞光电公司超薄高亮度Mini POB背光源产业链关键环节提升项目，项目Mini POB背光源产品各项指标评估可完全达到客户要求，定制化的产品得到了海信、惠科、创维、长虹、华为、BOE等国内外著名TV品牌的高度认可，预计会创造良好经济效益。同时，也提高了公司的市场竞争力，取得了良好的经济社会效益。可以很好的满足高端产品设计的市场需求，预计后续市场需求会增加明显，该技术将为公司带来较好的经济效益[8]。此外，3条线体预计2.16KK/年，成本单价小于23元，售价28~100元之间，毛利率可达30%以上，预计后续市场需求会有增加，该产品预计未来两年将为公司增加1.5亿以上销售额，利润率可达25%以上。

结束语

综上所述，和传统的LED产品相比较而言，动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术可以说是LED进阶的发展，不仅在工艺上更加成熟，在使用的寿命等方面性能也更加优越，在市场竞争中能够占据有利的地位。伴随着众多企业对于动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术的研究，更是加大了市场新一轮的竞争。在这种状况下，对动态调光Mini多分区背光器件及模组制造技术进行了进一步的探索，这不仅有利于推动我国LED产业的发展，还有利于形成更加成熟的产业链，对于推动进一步扩大未来的市场规模和渗透率也有着重要的作用。

【参考文献】：

[1]余明火. 浅谈一种MINI LED背光电视画质优化方法[J]. 电子产品世界,2020,27(03):59-61.

[2]王漻. 有关动态调光玻璃原理、节能效率与应用的研究[J]. 智能城市,2019,5(06):119-120.

[3]夏智锋. 基于LED光源的反光和背光器件的探索与设计[D].广东工业大学,2016.

[4]何胜斌,佟小龙. 大尺寸直下式LED液晶电视背光模组设计原理[J]. 山西电子技术,2015,(01):76-78.

[5]楼亮. 基于LED7707的23.6寸新型LED背光模组的研究与设计[D].苏州大学,2011.

[6]臧金浩,侯瑶,吴朝新. 单顶角结构LED背光模组的设计与优化[J]. 应用光学,2008,(06):954-956+966.

[7]朱凌. 大尺寸LED背光模组驱动及控制研究[D].华中科技大学,2008.

[8]. 国家(吴江)显示器件产业园：做大优势特色产业[N]. 中国电子报,2005-07-01(017).

作者简介：李壮志，1976年5月，男，汉族，湖南省长沙县，本科，工业自动化。