2024年5月13日发(作者：全秀颖)
直下式液晶背光系统光学设计与优化
第1章 绪论
1.1本文研究的背景与意义
液晶显示器（Liquid Crystal Display ，简称LCD）是一种被动的显示器件，本身不能
发光，需要靠背光源来显示图形图像，因此背光源是液晶电视重要的组成部分
[1]
。与传统的
CRT电视相比，平板电视具有平、薄、轻、节能等优点和特点，而在平板电视中，半导体
发光二极管（light emitting diode，简称LED）液晶电视，其具备体积小、使用寿命长、能
耗低、环保等优点，所以占据目前平板电视市场的主流。传统的液晶电视大部分都采用冷阴
极荧光灯（cold cathode fluorescent lighting，简称CCFL）作为背光源
[2]
。随着LED芯片
制造和封装技术的不断进步，其光效不断提高、色域逐渐扩展，LED已成为液晶显示器件
的最重要光源。此外，LED直下式背光源在户外显示领域如广告灯箱、指示灯、大型广告
屏等也得到了广泛的应用。
液晶电视背光系统的功耗、亮度、颜色、寿命等特性取决于所用的光源。当前市场上
的液晶电视主要的光源为CCFL和LED两种。传统的以CCFL为背光源的液晶显示器其颜
色还原度差。LED作为液晶电视的背光源，跟传统的CCFL相比具有如下优势
[3]
：
1、色域方面：LED背光源色域更好，其颜色表现优于CCFL背光源，色颜色还原性更
好。
2、对比度方面
[5]
：以CCFL为背光的液晶电视，在全黑画面下，由于CCFL存在一个
最低亮度，此时CCFL仍处於工作状态，对比度较低。而对于LED，其响应时间快，一般
在纳秒级，因而可以实现快速切换，在全黑状态下，屏幕的亮度几乎为零，所以LED背光
源具有很高的对比度。
3、安全方面： CCFL的驱动电压达到1000~1500V，而LED使用的是5~24v 的低压
电源，十分安全。
4、环保方面：LED是一种绿色环保光源，其不会产生射线和水银等有害物质。
因此，LED比CCFL在液晶电视背光方面具有显著的优势。随着LED的光效不断提高，
成本逐渐降低，LED已成为背光领域的主流。
[4]
1.2 LED背光技术的现状与趋势
自从2009年三星开始大量生产侧背光LED电视，LED逐渐抢占背光领域，根据全球
市场研究机构TrendForceq旗下的LEDinside表示，在中国电视机厂的带动下LED TV的渗
透率已经达到了95%，2014预计将全面取代CCFL。
[7]
[6]
根据LED放置方式的不同，LED背光模组可以分为两种类型：侧入式背光和直下式
背光。侧入式背光模组（如图1.1所示）将LED放在导光板的侧边，光线经过导光板扩散，
在导光板上表面形成均匀的面光源，导光板底部网点的分布设计是侧入式背光的核心技术，
网点设计的优劣决定整个模组的厚度和均匀度。
[8]
图1.1 侧入式背光模组结构
侧入式背光由于模组厚度较小，在一开始推出就占据了LED背光的主流市场，但是由
于模组整体亮度不高，而且随着尺寸的增大，导光板的设计难度增大，46寸以上的导光板
设计就很难了，而且重量很重，成本很高。侧入式背光主要用于中小尺寸，在大尺寸32寸
以上，主要采用直下式背光。直下式背光模组
[9]
将LED排布在液晶面板的底部，不需要通
过导光板进行混光
[10]
，而是由LED发出的光线在空间进行混光，经过光学膜片，达到均匀
的光输出。 直下式背光模组的结构如下图1.2所示
2024年5月13日发(作者：全秀颖)
直下式液晶背光系统光学设计与优化
第1章 绪论
1.1本文研究的背景与意义
液晶显示器（Liquid Crystal Display ，简称LCD）是一种被动的显示器件，本身不能
发光，需要靠背光源来显示图形图像，因此背光源是液晶电视重要的组成部分
[1]
。与传统的
CRT电视相比，平板电视具有平、薄、轻、节能等优点和特点，而在平板电视中，半导体
发光二极管（light emitting diode，简称LED）液晶电视，其具备体积小、使用寿命长、能
耗低、环保等优点，所以占据目前平板电视市场的主流。传统的液晶电视大部分都采用冷阴
极荧光灯（cold cathode fluorescent lighting，简称CCFL）作为背光源
[2]
。随着LED芯片
制造和封装技术的不断进步，其光效不断提高、色域逐渐扩展，LED已成为液晶显示器件
的最重要光源。此外，LED直下式背光源在户外显示领域如广告灯箱、指示灯、大型广告
屏等也得到了广泛的应用。
液晶电视背光系统的功耗、亮度、颜色、寿命等特性取决于所用的光源。当前市场上
的液晶电视主要的光源为CCFL和LED两种。传统的以CCFL为背光源的液晶显示器其颜
色还原度差。LED作为液晶电视的背光源，跟传统的CCFL相比具有如下优势
[3]
：
1、色域方面：LED背光源色域更好，其颜色表现优于CCFL背光源，色颜色还原性更
好。
2、对比度方面
[5]
：以CCFL为背光的液晶电视，在全黑画面下，由于CCFL存在一个
最低亮度，此时CCFL仍处於工作状态，对比度较低。而对于LED，其响应时间快，一般
在纳秒级，因而可以实现快速切换，在全黑状态下，屏幕的亮度几乎为零，所以LED背光
源具有很高的对比度。
3、安全方面： CCFL的驱动电压达到1000~1500V，而LED使用的是5~24v 的低压
电源，十分安全。
4、环保方面：LED是一种绿色环保光源，其不会产生射线和水银等有害物质。
因此，LED比CCFL在液晶电视背光方面具有显著的优势。随着LED的光效不断提高，
成本逐渐降低，LED已成为背光领域的主流。
[4]
1.2 LED背光技术的现状与趋势
自从2009年三星开始大量生产侧背光LED电视，LED逐渐抢占背光领域，根据全球
市场研究机构TrendForceq旗下的LEDinside表示，在中国电视机厂的带动下LED TV的渗
透率已经达到了95%，2014预计将全面取代CCFL。
[7]
[6]
根据LED放置方式的不同，LED背光模组可以分为两种类型：侧入式背光和直下式
背光。侧入式背光模组（如图1.1所示）将LED放在导光板的侧边，光线经过导光板扩散，
在导光板上表面形成均匀的面光源，导光板底部网点的分布设计是侧入式背光的核心技术，
网点设计的优劣决定整个模组的厚度和均匀度。
[8]
图1.1 侧入式背光模组结构
侧入式背光由于模组厚度较小，在一开始推出就占据了LED背光的主流市场，但是由
于模组整体亮度不高，而且随着尺寸的增大，导光板的设计难度增大，46寸以上的导光板
设计就很难了，而且重量很重，成本很高。侧入式背光主要用于中小尺寸，在大尺寸32寸
以上，主要采用直下式背光。直下式背光模组
[9]
将LED排布在液晶面板的底部，不需要通
过导光板进行混光
[10]
，而是由LED发出的光线在空间进行混光，经过光学膜片，达到均匀
的光输出。 直下式背光模组的结构如下图1.2所示