第四章第三节LCD背光源

• 发光源
• 须具备亮度高及寿命长等特色，目前有 冷阴极萤光管及热阴极萤光管、发光二 极管LED及电激发光片EL等，其中冷阴极 灯管具有高辉度、高效率、寿命长、高 显色性等特性，加上圆柱状外形因此很 容易与光反射元件组合成薄板状照明装 置，故目前以冷阴极萤光管为主流。
• 导光板是把线光源（灯管的光）变成面光源的 变换器件，具有把光关在里面而传送的功能 （与光纤的原理相同）。
导光板材料及物性
物性 比重
PMMA PC Zeonor Arton
1.2
1.2
1.0 1.1
吸水率
％
0.3
0.2
全 光 線 3 mm 厚 93
90
透過率
％
折射率
1.49 1.59
熱變形 溫度
Tg (℃) 90~105 145
0.01 0.24
92
92
1.53 1.51 105 171
• 白色反射片：白色反射片置于导光板的底部， 使导光板散射点（dot）产生的扩散光线柔和 地向上反射。
• 背光模组之功能即在于供应充足的亮度与分布 均匀的光源， 使其能正常显示影像。
• 背光模组为LCD 面板第二大关键零组件。
一、用于背光源的光源
• 在背光源的设计中，所用光源的选用是 很重要的。所用的光源决定了背光源的 功耗、亮度、颜色等光电参数，也决定 了其使用条件和使用寿命等特性。
• 下表为可用于液晶显示器背光源的光源 及其特点简单对比介绍：
• 其优点为高辉度、良好的出光视角、光利用效 率高、结构简易化等，因而适用于对可携性及 空间要求较不挑剔的LCD monitor与LCD TV ， 其高消费电力(使用冷阴极管)，均一性不佳及 造成LCD发热等问题仍需要求改善。
直下型
LDE偏光板 棱镜片 扩散板
光源
反射板
直下型
• 1） EL背光。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。其最大的优点是薄，可以做到 0.2~0.6mm的厚度。
红、绿、蓝 及其混合色
红、绿、蓝 及其混合色
红、绿、蓝 及其混合色
红、绿、蓝 及其混合色
红、绿、蓝 及其混合色
功耗 （瓦特） 1.0以上
0.038以 上
1.0~10.0
4.0~220
200mW/ cm2以下 20mW/ cm2以下
寿命(h) （小时）
特点
2,000 100,000
简单 小型 价低 体积大 发热严重
• 一般侧光式背光模块的反射板放置于导光板底 部，将自底面漏出的光反射回导光板中，防止 光源外漏，以增加光的使用效率。
• 扩散片： 修正光进行的角度，是使导光 板底面的点图案外观不可见而得到均匀 的面光源。多数情况是放在导光板的正 上方。
• 为了保护棱镜集光板有时也放在发光面 的最上面。
• 一般传统的扩散膜主要是在扩散膜基材中，加 入一颗颗的化学颗粒，作为散射粒子，而现有 之扩散板其微粒子分散在树脂层之间，所以光 线在经过扩散层时会不断的在两个折射率相异 的介质中穿过，在此同时光线就会发生许多折 射、反射与散射的现象，如此便造成了光学扩 散的效果。
（一）、背光式 而背光式可依其规模的要求，以灯管的 位置做分类，发展出下列三大结构：
• (1)侧光式(Edge lighting)结构：即将线形 或点状光源设置在经过特殊设计的导光板的侧 边做成的背光源。根据实际使用的需要，又可 做成双边式，甚至三边式。
• 侧光式背光一般可做的很薄，但光源的光利用 率较小，且越薄利用率越小，最大约50%。其 技术核心是导光板的设计和制作。边光式最常 用的有LED灯背光和CCFL背光。随着LCD模组不 断向更亮、更轻、更薄方向发展，侧光式CCFL 式背光源成为目前背光源发展的主流。
側光式背光源的构造
==== 將线光源变成面光源 ====
• (2) 直下型(Bottom lighting)结构： 超大尺寸的背光模组，侧光式结构已经 无法在重量、消费电力及亮度上占有优 势，因此不含导光板且光源放置于正下 方的直下型结构便被发展出來。
• 光源由自发性光源(例如灯管、发光二极体等) 射出藉由反射板反射后，向上经扩散板均匀分 散后于正面射出，因安置空间变大，灯管可依 TFT面板大小使用2至多之灯管，但同时也增加 了模组的厚度、重量、耗电量。
• 缺点是亮度低，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。
• EL的驱动有逆变器、Driver IC驱动两种。因 为目前Driver IC的频率和负载输出电压达不 到EL的典型条件（400Hz、AC100V)，所以亮度 较逆变器驱动更为低。
• 最近也陆续有白光(全色)EL和LCD背光源出来。 • 但由于亮度较暗其基本上用于４英寸以下小尺
光源形状 光源种类
点状光源 点状光源
Lamp (灯泡)
LED (发光二极管)
线状光源 线状光源 面状光源 面状光源 面状光源 面状光源
CCFL (冷阴极荧光管)
HCFL (热阴极荧光管)
VFD (扁平荧光灯)
EL (电致发光片)
OLED (有机发光片)
FED (平板场发射)
颜色
2800K 左右 蓝~红 430~700n m 红、绿、蓝 及其混合色
• 光导板的材料是光学等级的透明丙烯酸树酯。 单灯楔形结构的光导板灯管侧的厚度为 2~3[mm]，另端的厚度为0.8~1.5（mm）。
• 这种形状既减轻了重量，又可在变薄的部分安 装液晶屏控制电路基板，从而有利于实现薄型 化。
导光板的光学
• 折射、透射與全反射 • 折射率越大，導光能力越好 • 調光網點的佈置與漫射
印刷点
反射片
棱镜片光路图
棱镜片
扩散片 棱镜片 扩散片
压克力表面 冷阴极管
压克力入光 处
• 首先，棱镜集光板不能单独使用。因为由于其 底面是平滑的，若直接放置于导光板上，会看 见牛顿环图案。因此通常把它放在扩散片上面。 另外，棱镜面很精细，很容易擦伤，这种伤痕 很容易在画面上看到，导致成品率降低。
• 导光板的形狀为楔型结构，目的在求均一化的 效果。
• (二)、前光式（前景光）：
• 这是用于反射式的液晶显示器的一种采 光方式。结构上它是放在液晶显示器的 正面。其优点是结构上可以做得较小较 薄，而且光的利用率高。
• 缺点是工艺要求高，成本高。
三、背光模组组成
• 发光源（Light source） • 导光板(light guide plate) • 胶框（housing) • 反射片(Reflector) • 扩散片（Diffuser） • 增光片（BEF、棱镜片） • 黑白胶（Curtain Tape） • 铁框（METAL FRAME)等。
第四章第三节LCD背光源
课程内容
•序 • 一、用于背光源的光源 • 二、背光模组类别 • 三、背光模组组成 • 四、TFT-LCD屏的透过率以及背光源的能量效率 • 五、背光源的基本参数 • 六、荧光灯的寿命 • 七、背光源产品发展趋势
序 背光模组简介
• 背光模组(Back light module)为液晶显示器面 板(LCD panel)的关键零组件之一，所谓背光 源（BackLight）应该是位于液晶显示器 （LCD）背后的一种光源，由于液晶本身不发 光，它的发光效果将直接影响到液晶显示模块 （LCM）视觉效果。 它显示图形或字符是它 对光线调制的结果。
寿命长 低发热 亮度稍低
25,000 亮度高、寿命长 逆变 器驱动电压高
5~7,000 发热严重
5,000
5,000
1,000 以上 10,000 以上
亮度高、均匀性好 双 电源驱动
薄、均匀性好 寿命短、 亮度低
薄、均匀性好、亮度高 寿命短
亮度高 开发中
二、背光模组類别
• 一般而言，背光模组可分为背光式 (Back light) 与前光式(Front light ) 兩种.
• 是侧置式CCFL背光源的关键部件。 • 导光板主要功能在于导引光线方向，以提高面
板光辉度及控制亮度均匀 。
• 为了提高亮度光导板的四个边上都可以安置荧 光灯例如大面积的显示器和特殊场合使用的高 亮度显示器，这种结构亮度高，而且均匀性好。 但是功耗大容易发热。
• 而在笔记本电脑中由于考虑的重点是轻、薄和 低功耗，现在大都采用单灯楔形结构。
• 我们自定义为“冷白色”和“暖白色”两种。 在各种颜色里，都存在颜色偏差的问题，其中 蓝色和白色表现的较为明显，尤其是白色，现 在LED的供应商也无法对其进行有效的控制。
• 2)、CCFL背光。 • 背光源采用的荧光灯大致分为两类，即：热阴
极荧光灯（HFL：Hot Cathode Fluorescent Lamp）和冷阴极荧光灯（CCFL：Cold Cathode Fluorescent Lamp）。启动时，热阴 极灯是从电极发射电子，而冷阴极灯则是在启 动灯的同时，在电场的作用下灯管内的游离电 子与电极碰撞产生二次电子激发荧光粉。 • 在电场的作用下二次电子碰撞激发灯管内的汞 原子，产生253.7nm的紫外线激发红、绿、蓝 三基色稀土荧光体产生符合白场色坐标要求的 可见光。
寸液晶显示。 • 如:手机、PDA、游戏机等。全色(白光)、大尺
寸亮度背光源，现在主流仍然是用CCFL做光源。
• 2）LED底背光。优点是亮度好，均匀性 好。缺点是厚度较大（大于4.0mm），使 用的LED数量较多，发热现象明显。
• 一般采用低亮的颜色进行设计，而高亮 的颜色由于成本高基本上不考虑。
擴散片
擴散層
Organic Filler
PET 基材Binder抗靜電塗佈* 全光線透過率
* 耐光性（UV）
* 霧度 （Haze）
* 抗刮、耐磨性