背光模组简介
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Back light
Content
Back light 定义与分类 Back light 的发光原理 Back light 的结构 Back light 的发展趋势
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Backlight的定义与分类
Backlight 定义
Back light — 背光源，是一个向Panel提供适合的(要求规格)光的组件.
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Backlight的定义与分类
▶ Brightness (亮度) ▶ Uniformity (均一性) ▶ 信赖性(寿命, 振动, 冲击,高温高湿等等) ■ 要求的规格 ▶ 画面品质 (MURA, 漏光, 白/黑点等等) ▷ More Light (更轻) ▷ More Slim (更薄)
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Backlight的结构
（1）光源——Backlight的根本发光器件
CCFL：优点: 极佳的白光源、低成本、高效率、长寿命、稳定性好、操作方便 等. 缺点: 功耗较大，需逆变电路驱动，而且工作温度较窄.
LED:
优点: 耗电量低、色彩饱和度高、LED驱动较快、寿命長、短小轻薄、环保等. 缺点: 成本较高、散热能力较差,发光效率较低.
优点： （1）不需要彩膜，节省成本，以15 英寸TFT-LCD 为例，彩膜占材料成本22%(包括一片玻璃基片)； （2）高亮度，使用彩膜时，70%以上的背光强度被彩膜吸收； （3）高分辨率， 由于不需像普通液晶面板那样将1 个像素分割成3 个子像素，因此易于提高分辨率； （4）色彩表现性能更高，由于能直接看见色彩更丰富的LED 发光的光线，所以色彩表现性能更高。
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Backlight的发光原理
E L发光原理
EL : 即电致发光，是靠荧光粉在交变电场激发下的本征发光而发光的冷光源。 其发光原理是发光材料中的电子在电场作用下碰撞发光中心，出现电离并发生能级 跃迁而导致发光。场致发光片是将发光粉（荧光粉）置于两个平板电极之间而构成 的，当交流电压加在两个电极上时，电场使得发光片急速地充放电，从而在每一个 充放电循环中发光。 优点: 薄，可以做到0.2~0.6mm的厚度。 缺点: 亮度低，寿命短（一般为3000~5000小时），需逆变驱动，还会受电路的干扰 而出现闪烁、噪声等不良。
直下式
红绿蓝三元色的灯光（RGB-LED） 组成阵列构成“白色光源”。
侧灯式
白色LED光源
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Backlight的结构
CCFL Backlight与LED Backlight比较
Item 色彩饱和度（NTSC） 工作寿命 CCFL Back Light 72% 2~5万h 辐射 环保性能 含汞 不可回收 驱动 环境适应性 高压 低温启动差 LED Back Light 〉105% 10万h 无 不含重金属 可回收 常规直流 全天候
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Backlight的结构
Back light结构组成：灯管（Lamp）、导光板（ Light Guide Pipe ）、 反射片（ Reflector ）、扩散片（ Diffuser Sheet ）、 棱镜片（ Prism Sheet ）、塑料边框（Mode frame）、 金属背板（back cover）、其它部件（cable线、connector）
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Backlight的结构
(6) 棱镜片— 将扩散的光在一定角度内聚光的作用，以达到提高 Panel亮度 的目的。 注意项目：棱镜表面很脆弱，容易被磨损。
Page 18
Backlight的结构
(7) Mold frame —支撑并提供一定的防护。
注意项目：材料多为塑料，故而易出现磨损、易出现毛刺，导致异物增多.
3． 产品的高亮度化
ＬＣＤ一直对背光源的发光亮度要求很高，但高亮度也使得ＬＣＤ耗电量居高不下，背光源 作为ＬＣＤ模组中最费电的配件，已不适应可携式资讯产品的要求，因此在不增加耗电的情况下提高 背光源亮度进而增加LCD亮度也是主要发展趋势之一。
4. 大尺寸CCFL将被LED取代
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Backlight的发展趋势
价格 散热
发光效率 响应时间
低 好
好 响应速度1s-2s
高(前者的3~5倍) 差(需加散热设备)
一般(前者的1/2,约30~35lm/w) ns级
色彩饱和度是以显示器三原色色彩范围为分子，NTSC(美国国家电视标准委员会)所规定的三原色色彩 范围为分母，求百分比。 由于液晶每个象素由红、绿、蓝（RGB）子象素组成，背光通过液晶分子后 依靠RGB象素组合成任意颜色光。如果RGB三原色越鲜艳,那么显示器可以表示的颜色范围就越广。如 果显示器三原色不鲜艳，那这台显示器所能显示的颜色范围就比较窄，因为其无法显示比三原色更鲜艳 的颜色。提高色彩饱和度的方法是提高背光亮度和背光模块的透光度。
CCFL的构造
水银 荧光剂
CCFL的原理
加高压高频 电场(放出电子)
电子和 惰性气体冲撞
紫外线
2次电子和 水银蒸汽冲撞
可视光线
惰性气体
电子
放出紫外线
电极(Ni, W)
Glass
放出可视光线
与荧光剂冲撞
Page 5
Backlight的发光原理
LED 发光原理
LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固 体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子 发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半 导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多 数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结 加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
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Protection sheet (保护板) 上 Prism sheet (上棱镜片) 下 Prism sheet (下棱镜片)
LGP(导光板)
Diffuser sheet (扩散板)
Dot Pattern
CCFL(灯)
Lamp reflector (灯反射板)
Back cover (后金属盖)
Reflector sheet (反射板)
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Backlight的发光原理
3 RGB三色LED一体化封装的白色LED R-LED G- LED B- LED 4 单个RGB三色LED经混色产生白光 R-LED G- LED B- LED
优点：不需外部混光,B/L结构紧凑 缺点：受电流与散热影响大,与好性 能芯片封装存在问题
优点：单独散热设计，高输出光效 缺点：需要借助专门混光设计
导光方式
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Backlight的结构
(4) 反射板— 将光反射进导光板,反射方式为镜面反射,以提高光的利用率。
Page 16
Backlight的结构
(5) 扩散片— 扩散片内有很多颗粒状的物体，可以将导光板收到的光进行扩散，使光 能够向棱镜片及panel正面方向传播，起到拓宽视角，隐蔽形成在导光板 上的Pattern的作用.
可见光LED （450~680nm）
二元化合物LED （如GaAs、GaSb、GaN）
三元化合物LED （如AlxGa1-xAs 、AlxGa1-xP）
不可见光LED （850~1550nm） 四元化合物LED （如AlInGaP、InAlGaAs、 AlxGa1-xAsyP1-y）
按发光波长分类
LED的分类
▷ More Cheap (更便宜)
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Backlight的定义与分类
Backlight 分类 冷阴极管荧光灯（CCFL） ★ 按光源类型 发光二极管（LED） 电致发光（EL）
直下式背光源（底背光式） ★ 按光源分布位置 侧灯式背光源
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Backlight的发光原理
CCFL发光原理
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背光光源必须使用反射膜、扩散膜等等的光学薄膜，来达到光源平均投射的目的，但是往往光 耗损的现象就会因此而产生，根据研究，从传统背光光源所发射出来的光是100％的话，经过反射膜、 扩散膜等等的光学薄膜之后，只会有约60％的光通过背光模块进入到偏光膜，最后经过LC、Surface 出来只剩下4％的光。
Page 13
Backlight的结构
（2）灯反射罩— 将灯管的灯光反射到导光板中，以提高灯光的使用率。 注意项目：变形, 错位等。漏光就是因为灯罩变形造成的。
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Backlight的结构
(3) LGP(导光板) —源自文库接收lamp发出的光，将线光源转化为面。为了得到均匀的面光源，在上面 印刷DOT PATTRN，网格分布为中间密集，四周稀疏。光射到DOT PATTRN上会通过慢反射进入LGP。 注意项目：弯曲、变形、DOTPATTRN印刷质量、表面划痕、异物等.
LED背光源——场序技术的大尺寸液晶显示器。LED背光源的采用使显示亮度、色域、色彩品质等 都有较大的提高；与场序技术结合将具有能耗大幅减少、空间分辨率大幅提高的特点。LED背光 源即以RGB三色LED形成背光源系统，场序技术即将一帧（frame）彩色图像依次分解为R、G、B 三色的三基色子场（field），通过按时间次序高速依次切换RGB 子场，利用人眼的视觉暂留特性， 来获得彩色显示。
5. 无彩膜（Color Filterless）技术
传统的液晶显示器通常都是通过加法混色法来实现彩色，就是通过空间上有序排列的红（R）、绿 （G）、蓝（B）三色滤光片（彩膜）实现彩色。 缺点：（1）彩膜的最大透过率为33%，损失的能量一方面增加总的能量消耗,另一方面损失的能量 变为热能，增加了系统的散热要求； （2）采用这种方式色域较小； （3）依靠三滤色片空间上相当于三个像元，占据更多的空间，影响空间分辨率的提高； （4）彩膜价格昂贵； （5）彩膜贴附工艺要求高，很容易导致良品率下降。
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Backlight的发展趋势
1． 尺寸多元化及轻便化 2． 射出成型形导光板成为主流
背光源模组中最核心技术为导光板的光学技术，目前主要有印刷形和射出成型形二种形式， 其它如射出成型加印刷，激光打点，腐蚀等占很少比例，不适合批量生产原则。印刷形因为其成 本低在过去较长时间内成为主流技术，但合格品不高一直是其主要缺点，而目前ＬＣＤ产品要求 更精密的导光板结构，射出成型形导光板必然成为背光源发展主流 ,相应的模具技术难题有待解决.
按组成元素分类
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Backlight的发光原理
1 蓝色LED+黄色荧光粉发射拟白光
黄色荧光粉 2 紫外、近紫外LED+RGB荧光粉组和而成白光 RGB荧光粉
蓝色LED
近紫外LED
优点：结构简单，发光效率高 缺点：红光成分少，还原性差约65%左右
优点：色彩还原性好 缺点：紫外线使封装树脂和荧光粉加速老化
Content
Back light 定义与分类 Back light 的发光原理 Back light 的结构 Back light 的发展趋势
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Backlight的定义与分类
Backlight 定义
Back light — 背光源，是一个向Panel提供适合的(要求规格)光的组件.
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Backlight的定义与分类
▶ Brightness (亮度) ▶ Uniformity (均一性) ▶ 信赖性(寿命, 振动, 冲击,高温高湿等等) ■ 要求的规格 ▶ 画面品质 (MURA, 漏光, 白/黑点等等) ▷ More Light (更轻) ▷ More Slim (更薄)
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Backlight的结构
（1）光源——Backlight的根本发光器件
CCFL：优点: 极佳的白光源、低成本、高效率、长寿命、稳定性好、操作方便 等. 缺点: 功耗较大，需逆变电路驱动，而且工作温度较窄.
LED:
优点: 耗电量低、色彩饱和度高、LED驱动较快、寿命長、短小轻薄、环保等. 缺点: 成本较高、散热能力较差,发光效率较低.
优点： （1）不需要彩膜，节省成本，以15 英寸TFT-LCD 为例，彩膜占材料成本22%(包括一片玻璃基片)； （2）高亮度，使用彩膜时，70%以上的背光强度被彩膜吸收； （3）高分辨率， 由于不需像普通液晶面板那样将1 个像素分割成3 个子像素，因此易于提高分辨率； （4）色彩表现性能更高，由于能直接看见色彩更丰富的LED 发光的光线，所以色彩表现性能更高。
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Backlight的发光原理
E L发光原理
EL : 即电致发光，是靠荧光粉在交变电场激发下的本征发光而发光的冷光源。 其发光原理是发光材料中的电子在电场作用下碰撞发光中心，出现电离并发生能级 跃迁而导致发光。场致发光片是将发光粉（荧光粉）置于两个平板电极之间而构成 的，当交流电压加在两个电极上时，电场使得发光片急速地充放电，从而在每一个 充放电循环中发光。 优点: 薄，可以做到0.2~0.6mm的厚度。 缺点: 亮度低，寿命短（一般为3000~5000小时），需逆变驱动，还会受电路的干扰 而出现闪烁、噪声等不良。
直下式
红绿蓝三元色的灯光（RGB-LED） 组成阵列构成“白色光源”。
侧灯式
白色LED光源
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Backlight的结构
CCFL Backlight与LED Backlight比较
Item 色彩饱和度（NTSC） 工作寿命 CCFL Back Light 72% 2~5万h 辐射 环保性能 含汞 不可回收 驱动 环境适应性 高压 低温启动差 LED Back Light 〉105% 10万h 无 不含重金属 可回收 常规直流 全天候
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Backlight的结构
Back light结构组成：灯管（Lamp）、导光板（ Light Guide Pipe ）、 反射片（ Reflector ）、扩散片（ Diffuser Sheet ）、 棱镜片（ Prism Sheet ）、塑料边框（Mode frame）、 金属背板（back cover）、其它部件（cable线、connector）
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Backlight的结构
(6) 棱镜片— 将扩散的光在一定角度内聚光的作用，以达到提高 Panel亮度 的目的。 注意项目：棱镜表面很脆弱，容易被磨损。
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Backlight的结构
(7) Mold frame —支撑并提供一定的防护。
注意项目：材料多为塑料，故而易出现磨损、易出现毛刺，导致异物增多.
3． 产品的高亮度化
ＬＣＤ一直对背光源的发光亮度要求很高，但高亮度也使得ＬＣＤ耗电量居高不下，背光源 作为ＬＣＤ模组中最费电的配件，已不适应可携式资讯产品的要求，因此在不增加耗电的情况下提高 背光源亮度进而增加LCD亮度也是主要发展趋势之一。
4. 大尺寸CCFL将被LED取代
Page 20
Backlight的发展趋势
价格 散热
发光效率 响应时间
低 好
好 响应速度1s-2s
高(前者的3~5倍) 差(需加散热设备)
一般(前者的1/2,约30~35lm/w) ns级
色彩饱和度是以显示器三原色色彩范围为分子，NTSC(美国国家电视标准委员会)所规定的三原色色彩 范围为分母，求百分比。 由于液晶每个象素由红、绿、蓝（RGB）子象素组成，背光通过液晶分子后 依靠RGB象素组合成任意颜色光。如果RGB三原色越鲜艳,那么显示器可以表示的颜色范围就越广。如 果显示器三原色不鲜艳，那这台显示器所能显示的颜色范围就比较窄，因为其无法显示比三原色更鲜艳 的颜色。提高色彩饱和度的方法是提高背光亮度和背光模块的透光度。
CCFL的构造
水银 荧光剂
CCFL的原理
加高压高频 电场(放出电子)
电子和 惰性气体冲撞
紫外线
2次电子和 水银蒸汽冲撞
可视光线
惰性气体
电子
放出紫外线
电极(Ni, W)
Glass
放出可视光线
与荧光剂冲撞
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Backlight的发光原理
LED 发光原理
LED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固 体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子 发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。 发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半 导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多 数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结 加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
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Protection sheet (保护板) 上 Prism sheet (上棱镜片) 下 Prism sheet (下棱镜片)
LGP(导光板)
Diffuser sheet (扩散板)
Dot Pattern
CCFL(灯)
Lamp reflector (灯反射板)
Back cover (后金属盖)
Reflector sheet (反射板)
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Backlight的发光原理
3 RGB三色LED一体化封装的白色LED R-LED G- LED B- LED 4 单个RGB三色LED经混色产生白光 R-LED G- LED B- LED
优点：不需外部混光,B/L结构紧凑 缺点：受电流与散热影响大,与好性 能芯片封装存在问题
优点：单独散热设计，高输出光效 缺点：需要借助专门混光设计
导光方式
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Backlight的结构
(4) 反射板— 将光反射进导光板,反射方式为镜面反射,以提高光的利用率。
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Backlight的结构
(5) 扩散片— 扩散片内有很多颗粒状的物体，可以将导光板收到的光进行扩散，使光 能够向棱镜片及panel正面方向传播，起到拓宽视角，隐蔽形成在导光板 上的Pattern的作用.
可见光LED （450~680nm）
二元化合物LED （如GaAs、GaSb、GaN）
三元化合物LED （如AlxGa1-xAs 、AlxGa1-xP）
不可见光LED （850~1550nm） 四元化合物LED （如AlInGaP、InAlGaAs、 AlxGa1-xAsyP1-y）
按发光波长分类
LED的分类
▷ More Cheap (更便宜)
Page 3
Backlight的定义与分类
Backlight 分类 冷阴极管荧光灯（CCFL） ★ 按光源类型 发光二极管（LED） 电致发光（EL）
直下式背光源（底背光式） ★ 按光源分布位置 侧灯式背光源
Page 4
Backlight的发光原理
CCFL发光原理
Page 12
背光光源必须使用反射膜、扩散膜等等的光学薄膜，来达到光源平均投射的目的，但是往往光 耗损的现象就会因此而产生，根据研究，从传统背光光源所发射出来的光是100％的话，经过反射膜、 扩散膜等等的光学薄膜之后，只会有约60％的光通过背光模块进入到偏光膜，最后经过LC、Surface 出来只剩下4％的光。
Page 13
Backlight的结构
（2）灯反射罩— 将灯管的灯光反射到导光板中，以提高灯光的使用率。 注意项目：变形, 错位等。漏光就是因为灯罩变形造成的。
Page 14
Backlight的结构
(3) LGP(导光板) —源自文库接收lamp发出的光，将线光源转化为面。为了得到均匀的面光源，在上面 印刷DOT PATTRN，网格分布为中间密集，四周稀疏。光射到DOT PATTRN上会通过慢反射进入LGP。 注意项目：弯曲、变形、DOTPATTRN印刷质量、表面划痕、异物等.
LED背光源——场序技术的大尺寸液晶显示器。LED背光源的采用使显示亮度、色域、色彩品质等 都有较大的提高；与场序技术结合将具有能耗大幅减少、空间分辨率大幅提高的特点。LED背光 源即以RGB三色LED形成背光源系统，场序技术即将一帧（frame）彩色图像依次分解为R、G、B 三色的三基色子场（field），通过按时间次序高速依次切换RGB 子场，利用人眼的视觉暂留特性， 来获得彩色显示。
5. 无彩膜（Color Filterless）技术
传统的液晶显示器通常都是通过加法混色法来实现彩色，就是通过空间上有序排列的红（R）、绿 （G）、蓝（B）三色滤光片（彩膜）实现彩色。 缺点：（1）彩膜的最大透过率为33%，损失的能量一方面增加总的能量消耗,另一方面损失的能量 变为热能，增加了系统的散热要求； （2）采用这种方式色域较小； （3）依靠三滤色片空间上相当于三个像元，占据更多的空间，影响空间分辨率的提高； （4）彩膜价格昂贵； （5）彩膜贴附工艺要求高，很容易导致良品率下降。
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Backlight的发展趋势
1． 尺寸多元化及轻便化 2． 射出成型形导光板成为主流
背光源模组中最核心技术为导光板的光学技术，目前主要有印刷形和射出成型形二种形式， 其它如射出成型加印刷，激光打点，腐蚀等占很少比例，不适合批量生产原则。印刷形因为其成 本低在过去较长时间内成为主流技术，但合格品不高一直是其主要缺点，而目前ＬＣＤ产品要求 更精密的导光板结构，射出成型形导光板必然成为背光源发展主流 ,相应的模具技术难题有待解决.
按组成元素分类
Page 6
Backlight的发光原理
1 蓝色LED+黄色荧光粉发射拟白光
黄色荧光粉 2 紫外、近紫外LED+RGB荧光粉组和而成白光 RGB荧光粉
蓝色LED
近紫外LED
优点：结构简单，发光效率高 缺点：红光成分少，还原性差约65%左右
优点：色彩还原性好 缺点：紫外线使封装树脂和荧光粉加速老化