lcd背光源是液晶显示模组的主要元件,由于液晶本身不发光,所以需要背光源来供应充足的亮度分布均匀的光源,使其能够正常显示影像。除了背光源的性能的好坏会直接影响LCD的图像显示质量外,其成本占LCD模块的3%~5%,所消耗的电能占LCD模块的75%,故它可说是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)是极为重要的。
由于 LCD 面板本身不具发光特性,因此,必须在 LCD 面板上加上一个发光源,方能达到显示效果,背光模块(Backlight)即是提供 LCD 显 示器产品中一个背面光源的光学组件,简单来说,背光模块即为 LCD 显示器的一个关键零组件,因此,是依附于下游 LCD 显示器的非标准 化产品。见图一。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。目前,背光源的主要产品种类有:发光二极管(LED) 、卤钨 灯、 电致发光 (ELD) 冷阴极荧光灯 、 (CCF) 阴极发射灯 、 (CLL) 和金属卤化物灯等。 其中工艺成熟, 性能稳定, 并在彩色液晶显示器 (TFT-LCD) 上普遍使用的背光源是冷阴极荧光灯。
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。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。
由于直下式的模块较厚,不符合轻薄短小的趋势,因此,目前多以侧光式为主,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,侧光式背光板的关键技术之一。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, 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。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。至于扩散板及的主要用途,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。然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。
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:光源形状 光源种类 颜色 功耗(W)(瓦特) 寿命(h)(小时) 特点
点状光源 Lamp(灯泡) 2800K左右 1.0以上 2,000 简单、小型、价低 体积大、发热严重
LED(发光二极管) 蓝~红430~700nm 0.038以上 100,000 寿命长、低发热 亮度稍低
线状光源 CCFL(冷阴极荧光管) 红、绿、蓝及其混合色 1.0~10.0 25,000 亮度高、寿命长 逆变器驱动电压高
HCFL(热阴极荧光管) 4.0~220 5~7,000 发热严重
面状光源 VFD(扁平荧光灯) 200mW/cm2以下 5,000 亮度高、均匀性好 双电源驱动
EL(电致发光片) 20mW/cm2以下 5,000 薄、均匀性好 寿命短、亮度低
OEL(有机电致发光片) 1,000以上 薄、均匀性好、亮度高 寿命短
FED(平板场发射) 10,000以上 亮度高 开发中
1.尺寸多元化及轻便化
随着国际IT行业迅速发展,使得相关LCD行业不断推陈出新,LCD产品尺寸朝多元化和轻便化方高发展,背光源作为LCD产品的核 心组件之一势必配合此发展趋势,致力于产品的多元化和轻便化。
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导光板形式,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LC D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,但相应的模具技术难题只有日本少数大厂能够克服。
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,因此在不增加耗电量情况下提高背光源亮度进而增加L最费电的配件,已不适应便携式产品的要求,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。当前的目标是达到 5000-7000cd/平方米亮度,寿命达到 10 万小时的 平板荧光灯。
就应用范围而言,EL、LED主要用于小尺寸、单色光(绿色、红色) 。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C CFL做光源,而且经过多年的开发技术工艺比较成熟,信赖性高,性能稳定。现在大中型尺寸(19-3英寸)TFT液晶显示屏普遍用 CCFL。其具体民用产品有:液晶电视(20〃-30〃) ;液晶电脑显示器(14-10〃) ;手提电脑显示器(8-14〃) ;便携式DVD(5 -9〃) ;汽车、火车、飞机载电视、GPS显示(3〃-5〃) ;博彩游戏机(3〃-5〃) ;便携电视(3-5〃) ;儿童学习机、掌上电脑、游戏机(3 -5〃) ;OA工业仪器显示(5-10〃) ;可视电话(5-10〃) 。