背光源(Backlight)的起源發展及分類
發布時間:2008-10-25
中心論題:
- 背光源的發光效果會直接影響液晶顯示器顯示模塊的視覺效果
- 背光源的光源選擇決定背光源的功耗、亮度、顏色等光電參數及其使用條件和使用壽命等特性
- 背光源性能是LCD模塊中相當重要的零組件,它的好壞會直接影響LCD顯像質量。CCFL背光源仍是背光照明最為常用的光源
- 中國液晶顯示器背光源市場潛力巨大,廠家競爭激烈
解決方案:
- 利用背光模組把點光源或線光源發出的光通過漫反射使之成為麵光源,用LED代替CCFL
- LED作為背光源可以大幅度的提升畫質同時兼顧環保認證,所以大力度研發LED為光源的背光係統成為背光源市場的新方向
所謂背光源(BackLight)應該是位於液晶顯示器(LCD)背後的一種光源,它的發光效果將直接影響到液晶顯示模塊(LCM)shijiaoxiaoguo。yejingxianshiqibenshenbingbufaguang,taxianshituxinghuozifushitaduiguangxiantiaozhidejieguo,yinciduiyutaxianshideneirongruguobujiabeiguangyuandehua,womenjiangwufakandaotasuoxianshideneirong。shijitazhishiqiyigefamendezuoyong,chengweiguangfa。zhegefamenkeyikongzhibeiguangtongguodeqiangdu、顏色,而這個光閥就是用電腦(或電視)的圖像和文字來控製的,從而調節背光通過的強度、顏色,而我們才能看到這些顯示的東西。
用於背光源的光源
在背光源的設計中,所用光源的選用是很重要的。所用的光源決定了背光源的功耗、亮度、顏色等光電參數,也決定了其使用條件和使用壽命等特性。
下表為可用於液晶顯示器背光源的光源及其特點簡單對比介紹:
光源形狀 光源種類 顏色 功耗(W)(瓦特) 壽命(h)(小時) 特點
點狀光源
Lamp(燈泡) 2800K左右 1.0以上 2,000 簡單、小型、價低 體積大、發熱嚴重
LED發光二極管) 藍~紅430~700nm 0.038以上 100,000 壽命長、低發熱 亮度稍低
線狀光源
CCFL(冷陰極熒光管)紅、綠、藍及其混合色 1.0~10.0 25,000 亮度高、壽命長逆變器驅動電壓高
HCFL (熱陰極熒光管) 4.0~220 5~7,000 發熱嚴重
麵狀光源
VFD(扁平熒光燈) 200mW/cm2以下 5,000 亮度高、均勻性好 雙電源驅動
EL(電致發光片) 20mW/cm2以下 5,000 薄、均勻性好壽命短、亮度低
OEL(有機電致發光片) 1,000以上 薄、均勻性好、亮度高 壽命短
FED(平板場發射) 10,000以上 亮度高 開發中
背光源的分類
LCD為非發光性的顯示裝置,須要藉助背光源才能達到顯示的功能。背光源性能的好壞除了會直接影響LCD顯像質量外,背光源的成本占LCD模塊的3-5%,所消耗的電力更占模塊的75%,可說是LCD模塊中相當重要的零組件。高精細、大尺寸的LCD,必須有高性能的背光技術與之配合,因此當LCD產業努力開拓新應用領域的同時,背光技術的高性能化(如高亮度化、低成本化、低耗電化、輕薄化等)亦扮演著幕後功臣的角色。
LCD麵板的光源。主要由光源、導光板、光學用膜片、塑膠框等組成。背光源具有亮度高,壽命長、發光均勻等特點。目前主要有EL、 CCFL及LED三種背光源類型,依光源分布位置不同則分為側光式和直下式。隨著LCD模組不斷向更亮、更輕、更薄方向發展,側光式CCFL式背光源成為目前背光源發展的主流。
電致發光(EL)背光源體薄量輕,提供的光線均勻一致。它的功耗很低,要求的工作電壓為80~100Vac,提供工作電壓的逆變器可把5/12/24Vdc的輸入變換為交流輸出。但EL背光源的使用壽命有限(在50%亮度條件下的平均使用壽命為3000~5000小時,在更高的亮度水平上使用壽命將大為縮短),因此,理想的EL背麵照明用逆變器允許輸出電壓和頻率隨著EL燈泡的老化而增加,從而延長采用EL的背麵照明光源的顯示器的有效使用壽命。
EL背麵照明對於像手表、數字台式鍾和單色PDA等需要極度微弱的照明以便在光線朦朧或昏暗條件下使用的小型反射式LCD應用而言是較為適用的。然而,低效率、低亮度以及短壽命使其不適用於諸如膝上型電腦和平板桌上型監視器所要求的大型LCD這樣的透射型背麵照明用途。
LED背光源的使用壽命比EL長(超過5000小時),且使用直流電壓,通常應用於小型的單色顯示器,比如電話、遙控器、微波爐、空調、儀器儀表、立體聲音頻設備等。但是,其亮度目前也不足以為大型透射式顯示器提供背麵光源。LED背光源與CCFL背光源在結構上基本是一致的,其中主要的區別在於LED是點光源,而CCFL是線光源。
小型冷陰極熒光燈(CCFL)提供了用於大型LCD所需的亮度和壽命(以及燈光管製能力),這就是它至今仍是背光照明最為常用的方法的原因。但是,熱量堆積是一個值得關注的問題。
導dao光guang板ban的de作zuo用yong在zai於yu引yin導dao光guang的de散san射she方fang向xiang,用yong來lai提ti高gao麵mian板ban的de亮liang度du,並bing確que保bao麵mian板ban亮liang度du的de均jun勻yun性xing,導dao光guang板ban的de良liang優you對dui背bei光guang板ban影ying響xiang甚shen大da,因yin此ci,側ce光guang式shi背bei光guang板ban中zhong導dao光guang板ban的de設she計ji製zhi作zuo是shi關guan鍵jian技ji術shu之zhi一yi。導dao光guang板ban是shi利li用yong射she出chu成cheng型xing的de方fang法fa將jiang丙bing烯xi壓ya製zhi成cheng表biao麵mian光guang滑hua的de板ban塊kuai,然ran後hou用yong具ju有you高gao反fan射she且qie不bu吸xi光guang的de材cai料liao,在zai導dao光guang板ban的de底di麵mian用yong網wang版ban印yin刷shua的de方fang式shi印yin上shang擴kuo散san點dian,冷leng陰yin極ji熒ying光guang燈deng位wei於yu導dao光guang板ban側ce邊bian的de厚hou端duan,冷leng陰yin極ji管guan所suo發fa出chu的de光guang利li用yong反fan射she往wang薄bo的de一yi端duan傳chuan導dao,當dang光guang線xian射she到dao擴kuo散san點dian時shi,反fan射she光guang會hui往wang各ge個ge角jiao度du擴kuo散san,然ran後hou破po壞huai反fan射she條tiao件jian由you導dao光guang板ban正zheng麵mian射she出chu,利li用yong各ge種zhong疏shu密mi、大小不一的擴散點,可使導光板均勻發光。反射板的用途在於將底麵露出的光反射回導光板中,用來提高光的使用效率。
導dao光guang板ban按an照zhao工gong藝yi流liu程cheng不bu同tong又you可ke分fen為wei印yin刷shua式shi及ji非fei印yin刷shua式shi,印yin刷shua式shi是shi在zai壓ya克ke力li平ping板ban上shang用yong具ju高gao反fan射she率lv且qie不bu吸xi光guang的de材cai料liao,在zai導dao光guang板ban底di麵mian用yong網wang版ban印yin刷shua印yin上shang圓yuan形xing或huo方fang形xing的de擴kuo散san點dian。非fei印yin刷shua式shi則ze是shi利li用yong精jing密mi模mo具ju使shi導dao光guang板ban在zai射she出chu成cheng型xing時shi,在zai丙bing烯xi材cai料liao中zhong加jia入ru少shao量liang不bu同tong折zhe射she率lv的de顆ke粒li狀zhuang材cai質zhi,直zhi接jie形xing成cheng密mi布bu的de微wei小xiao凸tu點dian,其qi作zuo用yong有you如ru網wang點dian。印yin刷shua法fa的de效xiao果guo不bu如ru非fei印yin刷shua法fa。非fei印yin刷shua法fa效xiao果guo優you異yi,使shi用yong人ren數shu少shao,速su度du快kuai,效xiao率lv高gao,但dan是shi技ji術shu門men檻kan很hen高gao,需xu要yao掌zhang握wo精jing密mi射she出chu成cheng型xing,精jing密mi模mo具ju,光guang學xue等deng技ji術shu才cai能neng掌zhang握wo。目mu前qian世shi界jie上shang有you三san家jia企qi業ye精jing於yu此ci道dao,市shi場chang基ji本ben也ye有you這zhe三san家jia把ba持chi,按an照zhao2002年台灣IEK統計數據顯示,市場份額分別是旭化成(35%)、三菱(25%)、Kuraray(18%)、其餘大多是印刷法生產的導光板。同時旭化成也是有機玻璃材料的最大提供商,占據市場超過50%defene。ersanlingzaiyoujibolishengchanjiagongjishufangmianshiquanshijiezuiyouxiude。muqianguoneichangshangdaduorengcaiyongyinshuashidedaoguangbanzuoweidaoguangzujian,yinshuashidedaoguangbanjuyoukaifachengbendijishengchankuaisudeyoudian,erfeiyinshuashidejishunandujiaogao,danzailiangdushangbiaoxianyouyi,jishuweipingjingsuozai,lingwai,genjuxingzhuangkefenweipingbanjixiexingban,pingbanduoyingyongyujianshiqi,xiexingbanduoyongyubijixingjisuanji。zhiyukuosanbanjizhuyaoyongtu,zaiyutigaozhengmiandeliangdu,kuosanbandezuoyongzaiyurangguangdefenbugengjiajunyunshicongzhengmiankanbudaofanshediandeyingzi。youyuguangzikuosanbanshechuhou,qiguangdezhixiangxingfeichangcha,bixuliyonglengjingpianlaixiuzhengguangdefangxiang,dadaojuguangdexiaoguo,tigaozhengmiandeliangdu。
kejian,beiguangmozudezuoyongwufeijiushibadianguangyuanhuoxianguangyuanfachudeguangtongguomanfansheshizhichengweimianguangyuan。danzhegebeiguangyuandayouxuewen,zaidapeibutongshuliangdedengguanshiqibiaomiandewenlihuiyoubutongdebianhua,beiguangbandeshejihangaileguangxuesheji、精密模具以及蝕刻、印刷等精密科技。LCD-TV的背光模組大約占原材料成本的23%(15英寸)到37%(30英寸),是LCD-TV原材料中比例最大的一部分。背光模組中光學膜最昂貴,占到背光模組成本的44%,導光板占16%,燈管占12%,其它如燈罩,外框等占28%。
中國已經成為世界最大的TN-LCD生產國。據統計:2000年中國顯示器產業銷售額約為407億元。其中液晶顯示器為60億元。到今年底,中國顯示器產業的工業總產值約為600億元,其中液晶顯示器約為80~100億元。中國是液晶顯示器背光源巨大的潛在市場。
背bei光guang模mo組zu技ji術shu門men檻kan和he資zi金jin門men檻kan很hen低di,又you是shi朝chao陽yang產chan業ye,因yin此ci初chu期qi產chan業ye進jin入ru障zhang礙ai並bing不bu高gao,吸xi引yin許xu多duo中zhong小xiao型xing廠chang商shang跨kua入ru此ci一yi領ling域yu。然ran而er,由you於yu背bei光guang板ban模mo塊kuai並bing不bu是shi可ke以yi大da量liang產chan的de商shang品pin,在zaiLCD麵板應用範圍越趨廣泛下,產品尺寸及規格也就越來越多,其中,導光板的規格、尺(chi)寸(cun)及(ji)厚(hou)薄(bo)各(ge)家(jia)麵(mian)板(ban)廠(chang)商(shang)皆(jie)不(bu)相(xiang)同(tong),背(bei)光(guang)模(mo)塊(kuai)廠(chang)商(shang)必(bi)須(xu)針(zhen)對(dui)各(ge)家(jia)客(ke)戶(hu)的(de)需(xu)求(qiu),以(yi)設(she)計(ji)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)背(bei)光(guang)模(mo)塊(kuai)。此(ci)外(wai),零(ling)組(zu)件(jian)的(de)供(gong)應(ying)來(lai)源(yuan)是(shi)否(fou)齊(qi)備(bei),線(xian)上(shang)人(ren)員(yuan)的(de)訓(xun)練(lian)和(he)品(pin)質(zhi),加(jia)上(shang)後(hou)段(duan)組(zu)立(li)能(neng)否(fou)達(da)到(dao)量(liang)產(chan)等(deng)議(yi)題(ti)皆(jie)值(zhi)得(de)追(zhui)蹤(zong),人(ren)力(li)培(pei)訓(xun)至(zhi)上(shang)線(xian)均(jun)需(xu)至(zhi)少(shao)3個(ge)月(yue)時(shi)間(jian),人(ren)員(yuan)製(zhi)程(cheng)熟(shu)練(lian)度(du)影(ying)響(xiang)其(qi)製(zhi)程(cheng)良(liang)率(lv)甚(shen)大(da),且(qie)訓(xun)練(lian)初(chu)期(qi)材(cai)料(liao)耗(hao)損(sun)較(jiao)高(gao),因(yin)此(ci)廠(chang)商(shang)如(ru)何(he)控(kong)製(zhi)成(cheng)本(ben)為(wei)重(zhong)點(dian)。故(gu)盡(jin)管(guan)在(zai)初(chu)期(qi)障(zhang)礙(ai)不(bu)大(da)下(xia),小(xiao)廠(chang)林(lin)立(li),惟(wei)實(shi)際(ji)能(neng)爭(zheng)取(qu)到(dao)客(ke)源(yuan),穩(wen)定(ding)量(liang)產(chan)出(chu)貨(huo)的(de)廠(chang)商(shang)將(jiang)僅(jin)是(shi)少(shao)數(shu)。
背光板模塊獲利遭LCD模組廠商擠壓、jitongyedejingzhengyalixia,boliduoxiaoxianyichengweiyejiepubiandexianxiang。jiliejingzhengdebeiguangmozushichangzhiyoukaoguimochuxiaoyi,dazhehengda。buguoyouyubeiguangmozushangyoujingzhengbuchongfen,jiashangmuqianbeiguangmozuchangjiaduriweijian,jiageyijiangzaijiang,yincibeiguangmozudejiagebukenengxiajianghenduo。 由於背光模塊認證期間長,一旦獲得LCD麵板廠商采用後將不會輕易改變,新競爭者將不易輕易介入,因此,在市場上經營較早者,將占有一定優勢。
值得注意的是,隨著歐美市場上環保認證的推行,越來越多的背光源要舍棄含鉛汞成份的CCFL光源。加上近二年間LED亮度突破性的提高和生產成本的降低,所以加大力度研發LED為光源的背光係統作為替代CCFL背光源,是將來各大背光源廠商的重要方向。
背光源工藝簡介
導光板的製作
導光板如果隻是一個平麵,沒有導柱和各種擋牆的結構,厚度在2MMyishang,yibanjiukeyicaiyongqiegeyakeliban,ranhouzaishangmiansiyinwangdiandefangshizhizuo,qiegedefangfayoujixieqiegehejiguangqiege。zhezhongfangshiyilaikeyibijiaokuaidetiaozhengguangxianshuchudejunyunxing,ershishengqulezhusukaimofeiyong,sanshikeyikuaisutieguangxuemo。zhezhongfangshideguangyuanyibancaiyongchadeng(2x3x4mm方燈)。如果導光板上有導柱和擋牆等定位結構,導光板就需要開注塑模具生產,模芯一般用S136鋼,表麵要進行拋光處理,為了提高正麵出光效率,有時還會在出光麵進行放電或噴砂處理。一個模仁的使用壽命大概在30~50萬次左右。與這種導光板配套的光學模片一般要用模切的方式生產,背光源製作效率較低,產品重複精度高。
光學模片的製作
guangxuemopianyibancaiyongmoqiedefangshizhizuo,zhizuoshihuizaixiangyingdedingweiweizhibeifushuangmianjiaohuobuganjiao,ranhoupailiezailixingzhishanggeitiemogongxushiyong。duiyubijiaojingxidebaiguangchanpin,yaoshiyongwuxianweibolidelixingmo,bingqieyaozaiqianjidechaojingchejianlimoqieshengchan。eryongyutigaoliangdudezengguangmo,zezaimoqieheshiyongguochengzhongdouyaoyongbaohumobaohu,zaizuzhuangbeiguangyuanchengpinshicaikeyiquchu。
關於LED背光源技術簡介
所謂的LED就是指Light Emitting Diode,也ye就jiu是shi我wo們men常chang說shuo得de發fa光guang二er極ji管guan,這zhe種zhong產chan品pin及ji其qi應ying用yong更geng不bu是shi現xian在zai才cai有you,而er且qie其qi應ying用yong在zai我wo們men現xian在zai的de現xian實shi生sheng活huo中zhong隨sui處chu可ke見jian,例li如ru路lu邊bian的de廣guang告gao牌pai、家用電器上的各色指示燈和手機鍵盤上的背光照明等等都是采用了LED作為光源,所以在談到LED時(shi),我(wo)們(men)不(bu)應(ying)該(gai)感(gan)到(dao)新(xin)鮮(xian),所(suo)以(yi)在(zai)這(zhe)裏(li)也(ye)沒(mei)必(bi)要(yao)詳(xiang)細(xi)地(di)對(dui)這(zhe)種(zhong)產(chan)品(pin)及(ji)其(qi)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)作(zuo)詳(xiang)細(xi)地(di)解(jie)釋(shi),而(er)就(jiu)其(qi)在(zai)顯(xian)示(shi)器(qi)產(chan)品(pin)上(shang)的(de)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo),則(ze)還(hai)應(ying)該(gai)算(suan)作(zuo)是(shi)一(yi)種(zhong)新(xin)興(xing)技(ji)術(shu)產(chan)品(pin)。
由於傳統LCD顯示設備上CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps,冷陰極熒光燈)背光技術及產品的某些先天不足,例如色域狹窄、能源利用率低其功耗較高和壽命短小等,所以人們一直在尋找著其替代技術及產品,而在這個過程中,LED背光技術產品便被納入了人們的選用範疇。
從發光原理上來看,由於LED是由數層很薄的摻雜半導體材料製成,一層帶有過量的電子,另一層則缺乏電子而形成帶正電的“空穴”,工作時電流通過,電子和空穴相互結合,多餘的能量則以光輻射的形式被釋放出來,LED正是根據這樣的原理實現電光的轉換,又根據半導體材料物理性能的不同,LED可發出從紫外到紅外不同光譜下不同顏色的光線,特別是LED不能發出白光的技術問題解決之後,為LED在顯示領域的應用奠定了根本性的基礎。
采用LED為液晶電視的背光源,最主要目的是提升畫質,特別是色彩飽和度上,LED背光技術的顯示屏可以取得足夠寬的色域,彌補液晶顯示設備顯示色彩數量不足的缺陷,使之能達到甚至超過Adobe RGB和NTSC色彩標準要求,可以達到NTSC ratio 100%以上,其中索尼推出采用LED背光的液晶電視麵板,特別強調鮮紅和深綠的表現,可顯示較以往的方式更為逼真的顏色。同時因為LED的平麵光源特性,使LED背光還能實現CCFLwufabijidefenquyudesecaihesedutiaojiegongneng,congershixiangengjiajingquedesecaihaiyuanxing,yishiyingpingmianchubanhetuxingshejigongzuodexuyao,huamiandedongtaitiaozhengkeyishidezaixianshibutonghuamianshi,liangduyuduibikeyidongtaixiuzheng,yidadaogenghaodehuazhi。
另外,LED做為背光源的優點是可以取代color filter的使用。以三色RGB LED采用色序法(color sequential)技ji術shu,利li用yong人ren類lei視shi覺jiao暫zan留liu的de特te性xing,達da到dao全quan彩cai的de效xiao果guo,因yin此ci可ke以yi取qu代dai彩cai色se濾lv光guang片pian。當dang然ran,這zhe必bi須xu配pei合he液ye晶jing的de反fan應ying速su度du才cai能neng達da到dao。不bu過guo要yao達da到dao此ci一yi境jing界jie,仍reng有you許xu多duo困kun難nan必bi須xu克ke服fu。
不過LED背光模塊也不是沒有缺點,耗電量的問題仍然是LED背光模塊必須克服的重要課題。由於采用較多的LED,除了耗電量增加之外,也導致溫度升高的問題,因此也必須增加冷卻係統與傳感器來解決此一問題,因此在厚度上顯得較采用CCFL背光的產品來得厚。盡管LED背bei光guang技ji術shu有you著zhe很hen多duo優you點dian,但dan是shi其qi同tong樣yang也ye有you著zhe難nan以yi回hui避bi的de普pu及ji應ying用yong難nan點dian,首shou先xian來lai說shuo,應ying用yong了le這zhe種zhong新xin技ji術shu的de產chan品pin在zai價jia格ge方fang麵mian還hai不bu具ju優you勢shi,再zai者zhe,LED技術掌握在少數廠商手中為其普及帶來困難,最後就是該項技術自身的原因,LED背光技術在發光效率、電流控製和散熱上還不是做的很好。
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