背光源原理及简介

背光源（Backlight）原理及简介背光背光源（Backlight）原理及简介背光源对于大多数人来说是一个陌生的概念，所谓背光源（BackLight）应该是位于液晶显示器（LCD）背后的一种光源，它的发光效果将直接影响到液晶显示模块（LCM）视觉效果。

液晶显示器本身并不发光，它显示图形或字符是它对光线调制的结果,背光源的发展可以追朔到二战时期。

当时用超小型钨丝灯作为飞机仪表的背光源。

这是背光源发展的初始阶段。

经过半个世纪的发展，如今背光源已经成为电子独立学科，并逐步形成研究开发热点。

随着液晶显示技术的不断发展，液晶显示器特别是彩色液晶显示器的应用领域也在不断拓宽。

受液晶显示器的市场拉动，背光源产业，呈现一派繁荣景象。

LCD为非发光性的显示装置，须要藉助背光源才能达到显示的功能。

背光源性能的好坏除了会直接影响LCD显像质量外，背光源的成本占LCD模块的3-5%，所消耗的电力更占模块的75%，可说是LCD模块中相当重要的零组件。

高精细、大尺寸的LCD，必须有高性能的背光技术与之配合，因此当LCD产业努力开拓新应用领域的同时，背光技术的高性能化(如高亮度化、低成本化、低耗电化、轻薄化等)亦扮演着幕后功臣的角色背光源是提供LCD面板的光源。

主要由光源、导光板、光学用膜片、塑胶框等组成。

背光源具有亮度高，寿命长、发光均匀等特点。

目前主要有EL、CCFL 及LED三种背光源类型，依光源分布位置不同则分为侧光式和直下式（底背光式）。

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。

电致发光(EL)背光源体薄量轻，提供的光线均匀一致。

它的功耗很低，要求的工作电压为80～100Vac，提供工作电压的逆变器可把5/12/24Vdc的输入变换为交流输出。

但EL背光源的使用寿命有限(在50%亮度条件下的平均使用寿命为3000～5000小时，在更高的亮度水平上使用寿命将大为缩短)，因此，理想的EL背面照明用逆变器允许输出电压和频率随着EL灯泡的老化而增加，从而延长采用EL的背面照明光源的显示器的有效使用寿命。

EL背面照明对于像手表、数字台式钟和单色PDA等需要极度微弱的照明以便在光线朦胧或昏暗条件下使用的小型反射式LCD应用而言是较为适用的。

然而，低效率、低亮度以及短寿命使其不适用于诸如膝上型电脑和平板桌上型监视器所要求的大型LCD这样的透射型背面照明用途。

LED背光源的使用寿命比EL长(超过5000小时)，且使用直流电压，通常应用于小型的单色显示器，比如电话、遥控器、微波炉、空调、仪器仪表、立体声音频设备等。

但是，其亮度目前也不足以为大型透射式显示器提供背面光源。

LED背光源与CCFL背光源在结构上基本是一致的，其中主要的区别在于LED是点光源，而CCFL是线光源。

小型冷阴极荧光灯(CCFL)提供了用于大型LCD所需的亮度和寿命(以及灯光管制能力)，这就是它至今仍是背光照明最为常用的方法的原因。

但是，热量堆积是一个值得关注的问题。

导光板的作用在于引导光的散射方向，用来提高面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性，导光板的良优对背光板影响甚大，因此，侧光式背光板中导光板的设计制作是关键技术之一。

导光板是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块，然后用具有高反射且不吸光的材料，在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点，冷阴极荧光灯位于导光板侧边的厚端，冷阴极管所发出的光利用反射往薄的一端传导，当光线射到扩散点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出，利用各种疏密、大小不一的扩散点，可使导光板均匀发光。

反射板的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。

导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式(射出成型形)，印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。

非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质，直接形成密布的微小凸点，其作用有如网点。

印刷法的效果不如非印刷法。

非印刷法效果优异，使用人数少，速度快，效率高，但是技术门槛很高，需要掌握精密射出成型，精密模具，光学等技术才能掌握。

目前世界上有三家企业精于此道，市场基本也有这三家把持，按照2002年台湾IEK统计数据显示，市场份额分别是旭化成(35%)、三菱(25%)、Kuraray(18%)、其余大多是印刷法生产的导光板。

同时旭化成也是有机玻璃材料的最大提供商，占据市场超过50%的份额。

而三菱在有机玻璃生产加工技术方面是全世界最优秀的。

目前国内厂商大多仍采用印刷式的导光板作为导光组件，印刷式的导光板具有开发成本低及生产快速的优点，而非印刷式的技术难度较高，但在亮度上表现优异，模具开发技术为瓶颈所在，另外，根据形状可分为平板及楔形板，平板多应用于监视器，楔型板多用于笔记型计算机。

至于扩散板及主要用途，在于提高正面的亮度，扩散板的作用在于让光的分布更加均匀使从正面看不到反射点的影子。

由于光自扩散板射出后，其光的指向性非常差，必须利用棱镜片来修正光的方向，达到聚光的效果，提高正面的亮度。

可见，背光模组的作用无非就是把点光源或线光源发出的光通过漫反射使之成为面光源。

但这个背光源大有学问，在搭配不同数量的灯管时其表面的纹理会有不同的变化，背光板的设计涵盖了光学设计、精密模具以及蚀刻、印刷等精密科技。

LCD-TV的背光模组大约占原材料成本的23%（15英寸）到37%（30英寸），是LCD-TV原材料中比例最大的一部分。

背光模组中光学膜最昂贵，占到背光模组成本的44%，导光板占16%，灯管占12%，其它如灯罩，外框等占28%。

中国大陆已经成为世界最大的TN-LCD生产国。

据统计:2000年中国显示器产业销售额约为407亿元。

其中液晶显示器为60亿元。

到今年底，中国显示器产业的工业总产值约为800亿元，其中液晶显示器约为180～200亿元。

中国是液晶显示器背光源巨大的潜在市场。

背光模组技术门槛和资金门槛很低，又是朝阳产业，因此初期产业进入障碍并不高，吸引许多中小型厂商跨入此一领域。

然而，由于背光板模块并不是可以大量产的商品，在LCD面板应用范围越趋广泛下，产品尺寸及规格也就越来越多，其中，导光板的规格、尺寸及厚薄各家面板厂商皆不相同，背光模块厂商必须针对各家客户的需求，以设计各种不同的背光模块。

此外，零组件的供应来源是否齐备，线上人员的训练和品质，加上后段组立能否达到量产等议题皆值得追踪，人力培训至上线均需至少3个月时间，人员制程熟练度影响其制程良率甚大，且训练初期材料耗损较高，因此厂商如何控制成本为重点。

故尽管在初期障碍不大下，小厂林立，惟实际能争取到客源，稳定量产出货的厂商将仅是少数。

背光板模块获利遭LCD模组厂商挤压、及同业的竞争压力下，薄利多销现已成为业界普遍的现象。

激烈竞争的背光模组市场只有靠规模出效益，大者恒大。

不过由于背光模组上游竞争不充分，加上目前背光模组厂家度日维艰，价格一降再降，因此背光模组的价格不可能下降很多。

由于背光模块认证期间长，一旦获得LCD面板厂商采用后将不会轻易改变，新竞争者将不易轻易介入，因此，在市场上经营较早者，将占有一定优势。

值得注意的是，随着欧美市场上环保认证的推行，越来越多的背光源要舍弃含铅汞成份的CCFL光源。

加上近二年间LED亮度突破性的提高和生产成本的降低，所以加大力度研发LED为光源的背光系统作为替代CCFL背光源，是将来各大背光源厂商的重要方向。

浅谈目前全球LED背光源的應用最初，LED作为背光源一般仅应用于仪錶指示、电子设备屏幕、PDA、卫星导航系统、手机及小尺寸LCD等市场，而CCFL冷阴极灯作为背光源广泛应用于大尺寸LCD、LCD TV、扫描器、广告灯箱、笔记本电脑等方面。

这是因为CCFL 灯管具有灯管细小、结构简单、灯管表面温升小、灯管表面亮度高、易加工成各种形状（直管形、L形、U型、环形等）；使用寿命长、显色性好、发光均匀等优点。

但是，LED比CCFL更省电、寿命更长、色彩饱和度高、反应速度快、耐震耐压与体积小等多项优点。

所以，采用LED作为背光光源，是未来最有希望替代传统冷阴极萤光管的技术。

一、已取得的LED背光技术成就LED背光技术应用于小尺寸LCD并不困难，但是在2004年以前，由于技术问题并没有厂商推厂40吋以上的LED背光源产品。

终于在2004年11月10日公开发售三基色LED背光源的QUALIA005系列液晶电视后，大量电视机厂商开始热衷于高附加值的大尺寸液晶电视LED背光源的研制。

现简单介绍下目前已取得相关研究成果的LED背光技术。

1.美国Agilent Technologies公司开发的HDJD-JB01型亮度和顏色管理系统（ICM）是一种用于液晶电视机的LED背光源。

ICM系统除了在LCD TV上的应用外，还可以E用于汽车面板、建筑物、手机、PDA以及其他嵌入式LCD的背光上。

2.德国欧司朗光电半导体公司于2005年12月推出了Golden DRAGON LED产品系列。

该系列产品提供了完美的顏色混合效果，适合于为32至82英寸的大尺寸液晶显示器模组提供背光源。

3.日本欧姆龙LED背光源，采用的方法是将多个LED发光器件放在一个模组中。

模组中集中了多个红、绿、蓝色的LED。

4.2005年5月，美国Cree宣佈开发出第2代LED背光源。

它可以大幅度降低大尺寸LCD和TV的能耗。

这种新型LED背光源比其他LED背光源降低能耗60%，甚至比传统的CCFL背光源还省电18％。

二、LED背光源的应用优势1.LED背光应用于液晶电视或液晶显示器，能够达到NTSC色域的105%，这为液晶电视的色彩提升提供了保障。

2.LED背光应用于笔记本电脑，可以有效地减少厚度，面板厚度仅为CCFL 的1/2。

并且比CCFL背光源面板节省20％～30％的电力。

3.由于LED本身具有无汞的特性，完全符合欧盟环保规范。

4.LED背光的寿命非常长，使用寿命最高可达10万小时，如果按每天开机5小时计算，一台采用LED背光光源的液晶电视理论数值可以使用将近50年。

三、LED背光光源前景预测目前制约LED背光发展的问题主要是成本高于CCFL背光。

因此，LED背光光源只能在高端液晶电视中出现。

但是，厂商追求的是利益，用户追求的是技术的进步。

成品液晶屏材料中，背光源所占的成本比例要高于玻璃基板,并且背光源的利润水准要比液晶面板本身更高。

再加上大尺寸显示器所使用的LED背光模组的市场前景逐渐看好，虽然短期内由于LCD降价影响，CCFL仍是主力产品，但是随着LED背光模组的成本逐步降低，相信在价格差异不大的情况下，摒弃CCFL背光是最为理想的。