MINI LED專利與應用案例

Mini LED 背光技術背景與架構原理

Mini LED 背光顯示器具有區域調控(Local Dimming)功能,對比效果與 OLED 顯示器相近。

Mini LED 背光相較傳統 LED 背光差異來自於 Mini LED 的大小與數量,

直下式背光薄型化需求以及 LED 顆數使用數量增多和封裝製程困難度高,導致目前Mini LED 背光產品高單價、低良率、Halo Effect等問題,但在2021年後已漸漸改善這些問題,也為背光產業應用帶來新的契機。

Mini LED目前使用已封裝LED光源,陣列安裝於背光基板表面,於LED上方黏貼二次光學透鏡,並在其上放置擴散板/片,增亮片等光學膜材,使背光產生均勻面光源, 其隨著不同LED區塊ON/OFF,達到區域調光之目的,提供LCD面板使用。

而上述方式,背光厚度(Optical Distance,OD)及均勻性皆受限於二次光學透鏡工作距離及LED間距;當OD變小時,背光均勻性變差,模組需要搭配霧度更高的擴散元件,或使用更多LED,縮小LED間距達到混光均勻。此外,二次透鏡組裝時,對位黏貼等,也會增加模組生產難度。

Mini LED 專利架構

目前在Mini LED專利架構方面大致上可分為6種架構:

(A) LED透鏡封裝
(B) 圖案化擴散板
(C)  Flip chip四面出光+導光板
(D)  Flip chip 四面出光+擴散板
(E)  Chip直下式封裝
(F)  Flip chip 五面出光+2次LENS+3D反射片(參考Nichia專利)

上述6種架構,在背光的均勻性及整體OD厚度考量下,雖然 (D) Flip Chip四面出光+擴散板的架構可以有不錯的均勻性,但OD卻受限無法縮小導致模組厚度較厚,但也是現今CP值很高的一種應用方式。(E) Chip 直下式封裝結構,藉由封裝材料橫向導光,可縮小OD厚度及加大LED間距,減少LED使用量,可有效降低模組組裝成本。

Mini LED專利_圖案化擴散板應用於SPEOS

在已封裝直下式LED,搭配表面塗佈具不同穿透率之圖案化擴散板,抑制LED上方出光能量,降低直視亮點。

透過ANSYS SPEOS的3D Texture微結構功能,以虛擬結構方式取代圖案化的油墨結構實體,能讓模擬的計算時間及操作的流暢性更有效率,且微結構的樣式沒有限制,可依設計者需求建構佈點在想要的位置。

Mini LED專利_圖案化擴散板模組_SPEOS模擬結果比較

在ANSYS SPEOS 生成油墨網點微結構在圖案化擴散板模組後,模擬有無微結構的輝度視效與均勻性差異。由下圖可發現沒有油墨網點時,LED直視的亮點很明顯,且均勻性較不佳,但是加入網點在LED正上方位置後,能有效抑制直視的亮點且讓整體均勻性提升,但同時也會導致整體出光效率降低,這也是使用圖案化擴散板模組時必須改善的問題點之一。