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        大尺寸LCD面板及背光源的結構與發展趨勢
        瀏覽次數:60次 發布日期:2021-08-06

        液晶顯現器是一種非自發光顯現器技術,必需借助于背光源顯現影像,因此背光的開展對液晶顯現的性能十分重要,但隨著液晶顯現尺寸大型化的需求不時增長,傳統背光源的本錢比重也在不時增加。背光源正在輕、薄、低功耗、高亮度、低本錢上努力改善。

        1 大尺寸LCD 面板及背光源簡介

        液晶顯現器經過液晶對光的調制顯現信息,開展機遇和技術改造與背光源的改善息息相關,包括冷陰極熒光管CCFL( ColdCathode Fluorescent Lamp)的動態控制,外部電極熒光燈EEFL(Exterior ElectrodeFluorescent Lamp)、平面熒光FFL(FlatFluorescent Lamp)、發光二極管LED(LightEmitting Diode)背光源的開展等。

        1.1 LCD 面板

        L C D 面板主要是由彩色濾光片( ColorFilter),背光模塊(Backlight),驅動芯片(IC),補償膜及偏光片(Retardation film andPolarizer),ITO玻璃基板(ITO Substrate),取向膜(PI film),控制電路等組成。

        1.2 背光模塊

        背光模塊由光源,燈罩 Lampshade,反射板Reflector,導光板LGP(light guideplate),擴散板(Diffuser),增亮膜 BEF(Brightness Enhancement Film)以及外框等組裝而成。其中光源有冷陰極熒光管CCFL,熱陰極熒光管,HCFL ( HotCathode Fluorescent Lamp)外部電極熒光燈EEFL,發光二極管LED,平面熒光FFL,場發射背光源FE(Field EmissionBacklight)等多種。

        背光光源發光,進入導光板,經過傳播之后,由正面以一定角度射出后,平均散布于發光區域內,再經擴散板,增亮膜,使光線匯集在液晶顯現器的視角范圍內。

        2 背光源的主要構造

        LCD 應用有所不同,招致其相關的產品特性,如尺寸,亮度,響應速度, 分辨率,色飽和度等也有所區別。就普通而言,依照燈管的位置類,大致采用以下幾種構造:

        2.1 側光式構造(Edge Backlight)

        導光板LGP(Light Guide Plate)引導光線方向,進步面板的輝度并控制亮度平均。

        Edge Backlight 的發光源普通在導光板側,光源依照導光板的方式和光學上的請求有直型,L 型,U 型CCFL燈管。CCFL在側邊,沒有散熱問題,但CCFL提供的光量,經過導光板、擴散膜、偏光膜、液晶層、彩色濾光片等多層元件后,效率相當低。

        2.2 直下型構造(Bottom Lighting)

        用于大尺寸顯現器時,側光式構造無法在重量、耗費電量以及亮度上占有優勢,因而不含導光板且光源放置于正下方的直下型構造便被開發出來。直下型背光源,零件少,整體的發光效率也較側光式高。它的亮度、平均性、色飽和度等根本滿足請求。面板越大,燈管越長,燈管自身的平均性請求更高,只好增加擴散板,卻又形成亮度缺乏,繼續增加燈管。因此尺寸越大,背光源所占本錢越高,幾成線性關系。但燈管的增加,耗電量也增加到液晶顯現器的9 0 % ,散熱問題也日益嚴重。

        3 直下型背光的光源分類

        光源系統決議了顯現器的影響亮度,平均性,LCD 所采用的發光源有CCFL,HCFL,EEFL,FFL,LED,FE 等,其中CCFL 具有高輝度、高效率、壽命長、高演色性等特性,而且其圓柱形構造很容易與光反射元件組合成薄板狀照明安裝,所以目前仍以CCFL為主流,但是普通以為將以白光LED 為應用趨向。

        3.1 CCFL

        作為光源的冷陰極管隨著導光板的快速開展而開展,導光板越來越薄,冷陰極管也越來越細,直徑約2.6mm 的成為主流。

        CCFL的高壓電極激起電子,電子撞擊N e 和A r 原子,吸收能量,升溫,高能量的Ne 和A r 釋放能量,撞擊Hg(也可運用Xe )吸收能量,H g 釋放紫外線λ = 2 5 3 .7nm ,撞擊熒光粉,發出可見光。電極的電子發射不是熱電子發射,故稱為冷陰極管。由于電極沒有燈絲,所以電極可做細,優點是高效率,穩定牢靠,但要與反射板,擴散膜等一同運用,構造復雜。32" 運用12根燈管,到37" 左右燈管數增加到2 0 根左右,本錢增加太快,接近整個系統的40 %多,而且每個燈管需求單獨驅動,響應速度較慢,色飽和度只要約72%,同時由于汞的運用帶來環境問題的隱患。

        3.2 LED

        其優勢在于低電壓,輕,無汞,短命命等,而且其光源光譜比以熒光粉為發光資料產生的光純粹,也是目前獨一到達和超越NTSC100% 顏色飽和度的選擇。其單位耗電量能取得的輝度較高,其反響速度也比CCFL快3 倍,可以賦予液晶面板高的附加值。以RGB 三種LED為光源,按序切換點亮,可取代昂貴的彩色濾光片CF .但是價錢相對較貴,耗電量相對較大。

        3.3 混合型

        LED 混合背光源技術,可大幅提升液晶電視顯現質量,采用AFLC 區域亮度控制技術(Area - Focused Luminance Controllable),可自行剖析影像數據,自動調整特定部位明暗度,使亮的部份更亮,暗的局部更暗。

        混合型LED 背光液晶顯現器,色飽和度可到110%,比照度可到10000:1.8ms 以下的響應速度,采用IPS 廣視角技術,上下左右視角達178 度。采用LED 與熒光燈的混合背光源顯現器,色飽和度也可到105%,比運用熒光燈背光源的顯現器高出45% 以上,而本錢只要LED背光源的6 0 % 左右。

        場發射背光源FE FE 背光源的顯現特性和本錢優勢,未來也會有一席之地。

        有機LED OLED 這是一種將來顯現器,但也可用作背光源,它簡化了背光源的光學構造,驅動電壓低,但目前的問題是壽命較短,效率不高,對低溫敏感,價錢昂貴。

        4 背光源其它零組件組成

        4.1 導光板(只應用于側光型背光)

        導光板資料外形和資料決議了出射光源的輝度和散布。

        最常見的是印刷式的導光板,以間隔光源遠近為根據,運用高反射光源物質,如SiO2及TiO2 散布于導光板底面,應用印刷資料吸收再擴散的性質,毀壞全反射形成的內部傳播,使光從正面平均散布。

        非印刷式包括射出成形導光板,采用蝕刻,切削方式,噴砂方式再加工,擴散式。

        蝕刻式將印刷點的設計在模具上,切削式在導管板正面切削出一條條長的溝槽,噴砂也是在模具模仁上構成粗面散布,擴散方式則將直接P M M A 注入導管板內部,在輝度上,蝕刻導光板不如印刷導光板。

        4.2 反射板/膜 Reflector

        側光式背光模塊的反射板放置于導光板底部,將自底面漏出的光反射回導光板中,避免光源外漏,以增加光的運用效率;而直下型背光模塊則是將反射板置于燈箱底部外表或黏貼于其上,將經擴散板反射之光束由燈箱底部在此反射回擴散板以被應用。

        常用金屬反射膜,金屬導電性能越好,穿透深度越淺,反射率越高,因此金屬反射膜的資料都運用高導電度的金銀銅等。

        4.3 擴散板/片 Diffuser

        普通傳統的擴散膜是在擴散膜基材中,參加化學顆粒,作為散射粒子,而現有的擴散板的微粒子分散在樹脂層之間,所以光線在經過擴散層時會不時地在兩個折射率相異的介質中穿過,同光陰線還會發作很多折射、反射與散射的現象,如此到達光學擴散的效果。擴散板/ 片提供平均的面光源,同時還起到支撐其他膜片的作用。

        由于資料化學顆粒的性質,將會無可防止形成吸光且光的散射紊亂,關于一個固定間隔的觀測者來說,將會有局部的光強被糜費。再加上化學制程較費時,所需的消費本錢相對較高。此外還有許多運用其他資料,工藝制造的擴散板等。

        4.4 BEF增光片(棱鏡片) Bright Enhanced Film

        光經擴散后指向性較差,須應用增光片來修正光的方向,它經過光的折射與反射來到達凝聚光線進步正面輝度的目的,以多元酯或聚碳酸酯為資料,外表構造普通為棱形柱體或者半圓柱體,能將大角度的光線折至較正向的角度,減少光線散布,到達正向集中, 使整體的背光模塊的輝度進步60%~100%.通常一個背光源會運用兩片增亮膜,彼此方向垂直,增加輝度。

        原來接近垂直的光線,在進入增光片后,會產生全反射,再次回到底層的反射板,然后再返回,經過一定的途徑后,勢必有一定量的衰減,所以關于本來小角度的光線,反而會沒有本質上的協助。

        4.5 偏光轉換膜(P-S converter)

        在現有的LCD 面板設計中,對光源模塊過濾掉S-ray 平行光,允許P-ray 光源經過,應用單一的偏振光來驅動或照明LCD 面板,所以會在光線進入液晶面板前先經過偏光板,該偏光板會吸收掉某一偏光方向的能量,而冷陰極管所產生的光為非偏正光,在經過第一片偏光板時,有一半以上的光能量會被吸收掉,使光運用效率十分差。采用偏光轉換膜,它的功用是使光源做偏振態的轉換。應用反射偏光板將可經過與不可經過LCD 偏光板的光別離,然后應用反射板反射回來的光轉換為可用的偏光,到達亮度進步的目的。

        一種添加反射式偏光轉換膜的DBEF(Dual BEF),匯合了集光和偏光轉換的功用,除了正面亮度提升外,大視角的亮度也得到提升。

        DBEF 的構造原理 以上均為常用的元件,在側光型背光和直下型背光中,膜片的排列也略有不同。

        5 結語

        側光式背光源主要應用于桌上型電腦和筆記本電腦顯現器,液晶電視運用直下型背光源,目前仍已CCFL為主,但隨著面板的增大,其本錢和光應用效率均不理想。短期內比擬容易的替代計劃是EEFL背光源。

        LED的色飽和度以及發光效率依然在改善中,假如處理將成為主流。



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