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大尺寸LCD面板及背光源的结构与发展趋势

浏览次数:164作者:网站编辑发布时间:2021-08-06 来源:本站

液晶显现器是一种非自发光显现器技术,必需借助于背光源显现影像,因此背光的开展对液晶显现的性能十分重要,但随着液晶显现尺寸大型化的需求不时增长,传统背光源的本钱比重也在不时增加。背光源正在轻、薄、低功耗、高亮度、低本钱上努力改善。

1 大尺寸LCD 面板及背光源简介

液晶显现器经过液晶对光的调制显现信息,开展机遇和技术改造与背光源的改善息息相关,包括冷阴极荧光管CCFL( ColdCathode Fluorescent Lamp)的动态控制,外部电极荧光灯EEFL(Exterior ElectrodeFluorescent Lamp)、平面荧光FFL(FlatFluorescent Lamp)、发光二极管LED(LightEmitting Diode)背光源的开展等。

1.1 LCD 面板

L C D 面板主要是由彩色滤光片( ColorFilter),背光模块(Backlight),驱动芯片(IC),补偿膜及偏光片(Retardation film andPolarizer),ITO玻璃基板(ITO Substrate),取向膜(PI film),控制电路等组成。

1.2 背光模块

背光模块由光源,灯罩 Lampshade,反射板Reflector,导光板LGP(light guideplate),扩散板(Diffuser),增亮膜 BEF(Brightness Enhancement Film)以及外框等组装而成。其中光源有冷阴极荧光管CCFL,热阴极荧光管,HCFL ( HotCathode Fluorescent Lamp)外部电极荧光灯EEFL,发光二极管LED,平面荧光FFL,场发射背光源FE(Field EmissionBacklight)等多种。

背光光源发光,进入导光板,经过传播之后,由正面以一定角度射出后,平均散布于发光区域内,再经扩散板,增亮膜,使光线汇集在液晶显现器的视角范围内。

2 背光源的主要构造

LCD 应用有所不同,招致其相关的产品特性,如尺寸,亮度,响应速度, 分辨率,色饱和度等也有所区别。就普通而言,依照灯管的位置类,大致采用以下几种构造:

2.1 侧光式构造(Edge Backlight)

导光板LGP(Light Guide Plate)引导光线方向,进步面板的辉度并控制亮度平均。

Edge Backlight 的发光源普通在导光板侧,光源依照导光板的方式和光学上的请求有直型,L 型,U 型CCFL灯管。CCFL在侧边,没有散热问题,但CCFL提供的光量,经过导光板、扩散膜、偏光膜、液晶层、彩色滤光片等多层元件后,效率相当低。

2.2 直下型构造(Bottom Lighting)

用于大尺寸显现器时,侧光式构造无法在重量、耗费电量以及亮度上占有优势,因而不含导光板且光源放置于正下方的直下型构造便被开发出来。直下型背光源,零件少,整体的发光效率也较侧光式高。它的亮度、平均性、色饱和度等根本满足请求。面板越大,灯管越长,灯管自身的平均性请求更高,只好增加扩散板,却又形成亮度缺乏,继续增加灯管。因此尺寸越大,背光源所占本钱越高,几成线性关系。但灯管的增加,耗电量也增加到液晶显现器的9 0 % ,散热问题也日益严重。

3 直下型背光的光源分类

光源系统决议了显现器的影响亮度,平均性,LCD 所采用的发光源有CCFL,HCFL,EEFL,FFL,LED,FE 等,其中CCFL 具有高辉度、高效率、寿命长、高演色性等特性,而且其圆柱形构造很容易与光反射元件组合成薄板状照明安装,所以目前仍以CCFL为主流,但是普通以为将以白光LED 为应用趋向。

3.1 CCFL

作为光源的冷阴极管随着导光板的快速开展而开展,导光板越来越薄,冷阴极管也越来越细,直径约2.6mm 的成为主流。

CCFL的高压电极激起电子,电子撞击N e 和A r 原子,吸收能量,升温,高能量的Ne 和A r 释放能量,撞击Hg(也可运用Xe )吸收能量,H g 释放紫外线λ = 2 5 3 .7nm ,撞击荧光粉,发出可见光。电极的电子发射不是热电子发射,故称为冷阴极管。由于电极没有灯丝,所以电极可做细,优点是高效率,稳定牢靠,但要与反射板,扩散膜等一同运用,构造复杂。32" 运用12根灯管,到37" 左右灯管数增加到2 0 根左右,本钱增加太快,接近整个系统的40 %多,而且每个灯管需求单独驱动,响应速度较慢,色饱和度只要约72%,同时由于汞的运用带来环境问题的隐患。

3.2 LED

其优势在于低电压,轻,无汞,短命命等,而且其光源光谱比以荧光粉为发光资料产生的光纯粹,也是目前独一到达和超越NTSC100% 颜色饱和度的选择。其单位耗电量能取得的辉度较高,其反响速度也比CCFL快3 倍,可以赋予液晶面板高的附加值。以RGB 三种LED为光源,按序切换点亮,可取代昂贵的彩色滤光片CF .但是价钱相对较贵,耗电量相对较大。

3.3 混合型

LED 混合背光源技术,可大幅提升液晶电视显现质量,采用AFLC 区域亮度控制技术(Area - Focused Luminance Controllable),可自行剖析影像数据,自动调整特定部位明暗度,使亮的部份更亮,暗的局部更暗。

混合型LED 背光液晶显现器,色饱和度可到110%,比照度可到10000:1.8ms 以下的响应速度,采用IPS 广视角技术,上下左右视角达178 度。采用LED 与荧光灯的混合背光源显现器,色饱和度也可到105%,比运用荧光灯背光源的显现器高出45% 以上,而本钱只要LED背光源的6 0 % 左右。

场发射背光源FE FE 背光源的显现特性和本钱优势,未来也会有一席之地。

有机LED OLED 这是一种将来显现器,但也可用作背光源,它简化了背光源的光学构造,驱动电压低,但目前的问题是寿命较短,效率不高,对低温敏感,价钱昂贵。

4 背光源其它零组件组成

4.1 导光板(只应用于侧光型背光)

导光板资料外形和资料决议了出射光源的辉度和散布。

最常见的是印刷式的导光板,以间隔光源远近为根据,运用高反射光源物质,如SiO2及TiO2 散布于导光板底面,应用印刷资料吸收再扩散的性质,毁坏全反射形成的内部传播,使光从正面平均散布。

非印刷式包括射出成形导光板,采用蚀刻,切削方式,喷砂方式再加工,扩散式。

蚀刻式将印刷点的设计在模具上,切削式在导管板正面切削出一条条长的沟槽,喷砂也是在模具模仁上构成粗面散布,扩散方式则将直接P M M A 注入导管板内部,在辉度上,蚀刻导光板不如印刷导光板。

4.2 反射板/膜 Reflector

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,避免光源外漏,以增加光的运用效率;而直下型背光模块则是将反射板置于灯箱底部外表或黏贴于其上,将经扩散板反射之光束由灯箱底部在此反射回扩散板以被应用。

常用金属反射膜,金属导电性能越好,穿透深度越浅,反射率越高,因此金属反射膜的资料都运用高导电度的金银铜等。

4.3 扩散板/片 Diffuser

普通传统的扩散膜是在扩散膜基材中,参加化学颗粒,作为散射粒子,而现有的扩散板的微粒子分散在树脂层之间,所以光线在经过扩散层时会不时地在两个折射率相异的介质中穿过,同光阴线还会发作很多折射、反射与散射的现象,如此到达光学扩散的效果。扩散板/ 片提供平均的面光源,同时还起到支撑其他膜片的作用。

由于资料化学颗粒的性质,将会无可防止形成吸光且光的散射紊乱,关于一个固定间隔的观测者来说,将会有局部的光强被糜费。再加上化学制程较费时,所需的消费本钱相对较高。此外还有许多运用其他资料,工艺制造的扩散板等。

4.4 BEF增光片(棱镜片) Bright Enhanced Film

光经扩散后指向性较差,须应用增光片来修正光的方向,它经过光的折射与反射来到达凝聚光线进步正面辉度的目的,以多元酯或聚碳酸酯为资料,外表构造普通为棱形柱体或者半圆柱体,能将大角度的光线折至较正向的角度,减少光线散布,到达正向集中, 使整体的背光模块的辉度进步60%~100%.通常一个背光源会运用两片增亮膜,彼此方向垂直,增加辉度。

原来接近垂直的光线,在进入增光片后,会产生全反射,再次回到底层的反射板,然后再返回,经过一定的途径后,势必有一定量的衰减,所以关于本来小角度的光线,反而会没有本质上的协助。

4.5 偏光转换膜(P-S converter)

在现有的LCD 面板设计中,对光源模块过滤掉S-ray 平行光,允许P-ray 光源经过,应用单一的偏振光来驱动或照明LCD 面板,所以会在光线进入液晶面板前先经过偏光板,该偏光板会吸收掉某一偏光方向的能量,而冷阴极管所产生的光为非偏正光,在经过第一片偏光板时,有一半以上的光能量会被吸收掉,使光运用效率十分差。采用偏光转换膜,它的功用是使光源做偏振态的转换。应用反射偏光板将可经过与不可经过LCD 偏光板的光别离,然后应用反射板反射回来的光转换为可用的偏光,到达亮度进步的目的。

一种添加反射式偏光转换膜的DBEF(Dual BEF),汇合了集光和偏光转换的功用,除了正面亮度提升外,大视角的亮度也得到提升。

DBEF 的构造原理 以上均为常用的元件,在侧光型背光和直下型背光中,膜片的排列也略有不同。

5 结语

侧光式背光源主要应用于桌上型电脑和笔记本电脑显现器,液晶电视运用直下型背光源,目前仍已CCFL为主,但随着面板的增大,其本钱和光应用效率均不理想。短期内比拟容易的替代计划是EEFL背光源。

LED的色饱和度以及发光效率依然在改善中,假如处理将成为主流。

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