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經過優化，有著優異發光效率的背光單元的系統設計使LED技術的優點發揮到了極致。這些優點的意義非常重大，使得LED正飛快地朝著更薄和更高效的方向發展。 這些優點使手持設備的體積更小和更薄，并具有更高效率的LCD、鍵盤和觸摸屏，以及具有背光的超薄鍵盤的薄型便攜和桌面計算機LCD。最新的設計可以通過更少的LED器件，提供幾乎在任何顏色背景下的高亮度和發光的一致性。生產成本更低、更薄、更輕的背光單元包括小于0.6mm厚的背光組件，并使用薄至0.25mm的導光體已經成為事實，如圖1所示。背光單元的厚度已經達到了場致發光背光的厚度，并具有當今先進LED所具有的優異發光特性和其他所有優點。 
圖1 背光單元已經達到了令人驚異的厚度，并具有發光一致性和高亮度的特點 LED已經遠遠超出了它最初應用的便攜/手持領域，并成為各種消費類、工業、汽車和醫療顯示設備等中等尺寸LCD（對角線3.5〜7英寸）背光的標準，以及用在筆記本電腦、桌面顯示器、平板電視等中大尺寸LCD中。現如今，這些設備的設計者和生產商對LED背光的進步起到了推動的作用，更寬的彩色光譜、更長的壽命、直流供電、不需要變極器、更低的功率消耗、更高的設計靈活性、很小的外圍尺寸和更低的成本都是LED背光的優點。當然，LED的制造過程也不含有汞元素，并一直作為“綠色”環保的背光光源。 新型解決方案的應用領域已經超出了顯示器背光的范圍，例如，用于通道出口指示牌和各種信息提示牌的邊緣光源導光單元，以及用于桌面臺燈和熒光燈等向下照明的邊緣光源。新的設計方法，如邊緣光源和平板光源正使這種優勢得到更大的發展。 邊緣光源LED背光 邊緣光源使用側面點亮的高效率LED器件，這樣的LED器件可以使光聚焦到高性能、非常薄的導光體上。有許多種利用發光技術的領域：印刷、蝕刻（使用化學、激光或其他手段）、V形開槽和顯微鏡透鏡等，每個各領域都可以被提供針對特定應用的優化解決方案，如表1所示。 由于LED器件位于導光體的邊緣，這種安裝方式也帶來了很多優點，包括更好的光學控制，特別是色彩和多個LED器件發光的一致性，以及在所有等級上發光參數更好的復現性，并降低了功率消耗，而且幾乎是最薄的LED發光解決方案。 邊緣光源背光允許多種顏色的光在導光體內混合。這不僅排除了LED之間的發光偏差（這種偏差在直接發光方式中是最常見的），而且使邊緣光源導光體非常適合當今的多功能顯示設備，允許設計者使用更少的LED器件和降低成本。 為了維持優化的效率，導光體的厚度應該和LED的光輸出截面相匹配。當LED器件的發光截面很窄時，邊緣發光導光體的厚度將不斷降低。然而，以非常薄的厚度制造高效率的導光體需要制造和光學領域中的先進技術。 使用透鏡陣列建模設計導光體 用于增強發光一致性的關鍵技術是透鏡陣列，如圖2所示。透鏡陣列具有將光重新分布的特征，它們位于導光體的光輸入邊緣（LED器件的前面）。這些陣列增加了導光體內光線射出的角度，使用更少量的光源就能提供視覺外觀的一致性，而且減少了當靠近LED器件觀看時所產生的像素過大的現象。使用透鏡陣列允許降低所用LED器件的數量，但同樣能夠達到發光均勻的背光。這就降低了成本、節省了空間體積、減少了器件數量和功率消耗。 圖2 使用透鏡陣列的配置降低了LED的數量并同樣能夠達到發光的一致性 對于圖3中的例子，所用的是兩個側面發光高亮度LED器件，并使用經過優化的邊緣光源導光體進行光耦合。之后，為了確定系統中的自然光譜進行了基線光學建模。建模完成后，一個經過定制的光學透鏡陣列被增加進來，以改善從LED器件發出的可以利用的光，并且將光的出射范圍擴展到比LED器件制造商原始設計更廣的地步。 
圖3 通過使用定制的光學透鏡，原始設計中光的自然光譜（上）得到了增強，并可以提供更加廣泛的光譜（下） 背光的應用 便攜計算機廣泛使用了邊緣白色磷光LED器件發光的背光系統。對于這樣的應用，一個藍色LED裝在黃色磷光體中就可以轉換成可見的白色光。白色LED仍然比CCFL具有更寬的彩色光譜（大約75%，而CCFL大約為70%～80%），而且還具有很低的功率消耗。 通常情況下，這種背光光源的厚度有2～3mm，然而，利用LED器件和導光體技術的優點，薄至0.4～0.6mm的背光光源已經生產出來了，用于減少這些設備的總體重量和厚度。 新型更薄的基于LED的背光光源也在便攜設備的鍵盤中得到應用，它可以帶來更加優化的亮度和發光一致性，以及使用更少的LED器件。因此，降低了背光光源的成本和功率消耗。這種背光設計利用微透鏡分光技術和光學工程來增加光通過鍵盤按鍵的效率，并通過增加多個發光性能相同的發光體來增加亮度。 顯示領域之外的應用 邊緣光源的優勢是不會對背光LCD或者鍵盤產生任何限制的。與導光體對接在一起形成的邊緣光源系統提供了極大的設計靈活性，可以用于各種發光技術和在通常發光應用中加工成各種各樣的形狀和尺寸，例如，通道出口指示牌、屋頂照明燈、櫥柜內部照明、裝飾燈、書桌臺燈、電冰箱照明，以及櫥柜照明（如藥品柜）等。 圖4中的邊緣光源平板顯示了一個發光薄板用間接光源產生的漫射光，具有厚度非常薄、發光效率又比較高的特點。這種類型的平板可以在各種應用中定制，如向下照明的熒光燈凹槽、櫥柜內照明、辦公桌照明和電冰箱內部照明等。發光平板可以通過平鋪的方式擴大照明面積，或者直接加工成各種大尺寸的，以便使用一塊導光單元就能照亮超過對角線60英寸的面積，而厚度卻非常薄。
圖4 發光薄板可以使用0.2英寸厚的邊緣光源導光體 在發光效率方面的這些新優點和批量生產能力，以及透鏡陣列和光學建模技術，正用于提高當今LED器件的發光效率，實現了從小型（對角線 0.24英寸）到大型（對角線60英寸）顯示設備的邊緣光源導光單元。這些導光單元隨著技術的發展不斷降低厚度，而且需要更少的LED器件就能適合寬范圍的應用，從顯示器的背光到通用的照明設備。 作者：Global Lighting Technologies公司 Brett Shriver |
