背光模组结构及材料简介.ppt

目 录背光模组的结构背光光源背光材料背光模组的作用背光模组的作用n背光模组(Backlight Module)即是提供LCD显示器产品中的一个背面光源组件，一般由背光光源、多层背光材料及支撑框架组成。背光质量决定了液晶显示屏的亮度、出射光均匀度、色阶等重要参数，很大程度上决定了液晶显示屏的发光效果。n光耗损：根据研究，从传统背光光 源所发射出来的光，经过反射膜、扩散膜等等的光学薄膜之后，只会 有约60的光通过背光模块进入到 偏光膜，最后经过LC、Surface出 来只剩下4的光。所以背光设计和材料的选择很重要背光模组的结构1.背光模组在LCD显示屏中的位置和结构背光源模组背光源模组反射片反射片导光板光板下下扩散散片片上棱上棱镜片片上上扩散散片片黑白胶带黑白胶带下棱下棱镜片片模组少了光源和框架模组少了光源和框架背光模组的结构2.背光模组的光源位置侧灯式背光模灯式背光模组直下式背光模组直下式背光模组适合中小尺寸LCD使用，较薄适合大尺寸LCD使用背光光源1.背光光源分类冷阴极管荧光灯（冷阴极管荧光灯（CCFL）发光二极管（发光二极管（LED）电致发光（电致发光（EL）背光光源-CCFL1.1 CCFL背光光源及发光原理nCCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp)简称CCFL，中文译名为冷阴极萤光灯管，具有高功率、高亮度、低能耗等优点，广泛应用于显示器、照明等领域。n由于CCFL灯管具有灯管细小、结构简单、灯管表面温度小、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；所以也是当前TFT-LCD理想的光源，同时广泛应用于广告灯箱、扫描仪和背光源等用途上。背光光源-CCFLCCFL的构造电子 电极极(Ni,W)(Ni,W)GlassGlass可可视光光线荧光光剂水水银紫外线惰性气体惰性气体惰性气体惰性气体CCFL的原理加高压高频电场(放出电子)电子和惰性气体冲撞2次电子和水银蒸汽冲撞放出紫外线与荧光剂冲撞放出可视光线背光光源-LED1.2 LED背光光源 及发光原理nLED（Lighting Emitting Diode）即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。n发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。背光光源-LEDLED白光混光结构对比白光混光结构对比结构结构原理原理优点优点缺点缺点蓝色LED+黄色荧光粉发射拟白光结构简单，发光效率高红光成分少，还原性差约65%左右紫外、近紫外LED+RGB荧光粉组和而成白光色彩还原性好紫外线使封装树脂和荧光粉加速老化RGB三色LED一体化封装的白色LED不需外部混光,B/L结构紧凑受电流与散热影响大,与好性能芯片封装存在问题单个RGB三色LED经混色产生白光单独散热设计，高输出光效需要借助专门混光设计R-LED G-LED B-LEDR-LEDG-LEDB-LED背光光源-ELnEL（Electro Luminesence）即电致发光，是靠荧光粉在交变电场激发下的本征发光而发光的冷光源。其发光原理是发光材料中的电子在电场作用下碰撞发光中心，出现电离并发生能级跃迁而导致发光。场致发光片是将发光粉（荧光粉）置于两个平板电极之间而构成的，当交流电压加在两个电极上时，电场使得发光片急速地充放电，从而在每一个充放电循环中发光。n优点:薄，可以做到0.20.6mm的厚度。n缺点:亮度低，寿命短（一般为30005000小时），需逆变驱动，还会受电路的干扰而出现闪烁、噪声等不良。1.3 E L背光光源及发光原理背光光源ItemCCFL Back Light EL Back LightLED Back Light色彩饱和度（NTSC）72%-105%工作寿命25万h50%亮度下 30005000h10万h环保性能辐射+含汞不含重金属不含重金属工作电压5001000V 60200V 3.84.5V 环境适应性+1050-30+50 +70%RH-2070 价格低低高(前者的35倍)散热好无散热问题差(需加散热设备)发光效率好低一般(CCFL的1/2,约3035lm/w)响应时间响应速度1s-2s-ns级颜色种类白色EL是低亮度照明光源，发光颜色仅绿色、蓝绿色、橙色。黄、红、绿、橙、白2.三种光源比较背光材料-反射罩n 灯反射罩 将灯管的灯光反射到导光板中，以提高灯光的使用率。n 注意项目：变形,错位等。漏光就是因为灯罩变形造成的。1.灯反射罩軟板反射率=96.3%绝缘层(PET)反射层(Ag)遮光层(PET)硬板反射率=94%黏贴层绝缘层(PET)反射层(Ag)基板层(SUS、黃銅、AL)黏贴层背光材料-导光板nLGP(导光板)接收lamp发出的光，将线光源通过底部印刷点/注塑点漫反射转化为面光源。光线经过导光板射出后角度集中在6168度之间2.导光板背光材料-导光板点光源面光源单颗LED发光LED阵列发光2.1 导光板工作原理如果未加导光板的话表现为光源不均匀，有的地方太亮有的地方较暗背光材料-导光板全反射效应：导光板多是由PMMA或透明PC料制造的，它的折射系数N1=1.4916，大于空气的折射系数N2=1；当光线从导光板射向边界时,只要入射角1大于某一角度时，光线不再有折射分量，而是全部被反射回导光板中（如图），根据折射定理：求临界角I0 N1 sinI0=N2sin90 sinI0=N2/N1=1/1.4916=0.67 I0=42.2 结论:当入射角I142.2时,光线被全反射背光材料-导光板大部分光线在两面光滑的导光板中以全反射传送。如果在底部添加散射點，將會有部份光線散射而折射出導光板背光材料-导光板 按形状分 平板状导光板 楔形导光板 2.2 导光板分类 按网点印刷方式 印刷式导光板完成外形加工后,以印刷方式将网点印射面，又分为IR和UV印刷两种。非印刷式将网点在导光板成形时直接成形在反射面。又分为化学蝕刻(Etching)、精密机械刻画法（V-CUT）光微影法（Stamper）、内部扩散法 平板状-厚度均匀，常用于小尺寸的设计，工艺相对更简单；楔形导光板，厚度成线性变化，主要使用在笔记本等较大尺寸LCD上，成本低、重量轻，有光学调节性。背光材料-导光板項 目射出成型压延-裁切平板佳厚度5mm以下 可厚度5mm以上佳厚度不限楔形板 佳可但不符经济效益印刷式可佳非印刷式佳可技朮较不成熟 按成型方式 注塑成型：光学级PMMA粒子经注塑后成型 压延成型-裁切：光学级PMMA粒子经压延成型一大片材经过裁切后为成品 1 项目PMMA颗粒PMMA原板原板制程備注（日）三菱丽阳有有压延法光学特性最佳、板面较硬、比较不会弯曲业界皆认可（日）住友化学有有注塑光学特性佳、板面较软、业界皆认可（日）旭化成有有注塑光学特性佳、板面较软、业界皆认可（日）库拉雷有有注塑光学特性佳、板面最软（台）奇美化学无有壓出法光学特性较差、目前只有奇美电子使用（韩）世和有有压延法光学特性佳、板面较软LG和现代认可背光材料-导光板2.3 导光板生产工艺印刷式导光板：使用合成树脂加上扩散材料（SiO2/TiO2)再加上稀释剂所混合调配的油墨印刷在PMMA板上。缺陷：(a).必须经过烘干的程序，如果温度不够，油墨无法干燥，而如果温度过高导光板容易翘曲；(b).油墨容易受到环境湿度的影响而产生不良。(a).蚀刻(Etching)：导光板反射面作深蚀刻 取代印刷点 导光板出光面作浅蚀刻 取代扩散片的效果(b).V型切割(V-cut)：导光板反射面作V型切割 取代印刷点 导光板出光面作V型切割 具有棱镜片的效果(c).喷砂(Spray)：导光板出光面作Spray 具有扩散片的效果(d).Stamper：导光板反射面作Stamper 取代印刷点 (e).在成形中混入不同折射率材料一同注塑非印刷式導光板：衍射(Diffraction)Acrylic/S背光材料-反射片n 反射片将未被散射的光源反射再进入光传导区内,反射方式为镜面反射,以提高光 的利用率。反射片分为金属反射片和白色反射片，金属反射片主要用于照明用灯源反射使用，白色反射片用于导光板反射，组成为PET+TIO2。3.反射片背光材料-反射片3.1 金属反射片工作原理 导体材料中的自由电子并没有被原子核束缚，当被光波照射时，光波的电场使自由电子吸收光的能量，从而产生与光相同的频率震震荡又发出与原来光线相同频率的光。背光材料-反射片3.2 白色反射片工作原理 TiO2的折射率很高（n=2.62），将TiO2 混合PET或聚碳酸酯（polycarbonate）等光学上透明度高的树脂，经过微细发泡而成反射片。泡的直径有数微米左右，泡越微细、密度越高，反射率就越高。泡是折射率约1.00的素材，与透明树脂之间，形成良好的屈折率界面。从网点折射出来的光，进入反射片后，通过非常复杂的折射动作，使绝大部分的光返回导光板中背光材料-反射片3.2 反射片材料型号材料厂商&品名主要材质+结构用 途Toray E60L發泡性PET+TiO2LGP 反射板三井化学LU系列：PET+银+接着层+基板MT系列：PET+银(Ti处理理)+接着层+基板BR 黃銅基板SU 不锈钢基板AM 鋁基板Lamp ReflectorAlanod(德国)MIRO系列氧化层(TiO2+SiO2)+Al+Al基板Lamp ReflectorGR38WPET+Al+PET(基材)Lamp Reflector背光材料-反射片E60L：发泡性PET+TiO2，为Toray专利一般加工结构：E60L接着剂AL or White coating背光材料-反射片代理或加工厂商部品名称材质&结构KimotoRW188TAC188ML25ME60LE60L+黏着层E60L+接着剂+AL+PETTsujidenRF188RF215GE60LE60L+(Base+隐蔽层)(White coating)KeiwaBR-1白色PET+隐蔽层(总厚210 m)SKCRP10PET+Coating(总厚220 m)背光材料-反射片n目前业界最多使用的反射片材料为TORAY 的反射片，它的专利点在“发泡性的PET”，当光线入射之后，发泡的PET发挥它微小气泡效果将光线再次散射，使得光线利用率再提高(非发泡性PET，內含TiO2)TORAY 发泡PET3.3 反射片生产工艺背光材料-扩散片n扩散片 扩散片内有很多颗粒状的物体，可以将导光板收到的光进行扩散，使光能够向棱镜片及panel正面方向传播，起到拓宽视角，隐蔽形成在导光板上的Pattern的作用.4.扩散片背光材料-扩散片4.1 扩散片按加工工艺分类串珠型(Beads)压花型(a).串珠型的表面有许多小珠子，经过Coating上特殊材料后使 其固化在膜片的表面來达到雾化的效果，最多人使用，但 是容易出現刮伤、及不耐溶剂、容易潮湿，变形的缺点。(b).压花型的表面像是蚀刻过的痕迹，它是在原料抽出的过程中 由于钢桶上的纹路，所以一并成形。缺点是凹洞的深度太深，异物掉落时不易清除。背光材料-扩散片扩散片还可以按使用位置分为上扩散片和下扩散片LED棱镜片 I下扩散片 导光板反射板灯管反射罩棱镜片II上扩散片背光材料-扩散片外观HzTt加工特性上扩散片透明白色中（60%）高（90%）易见到损伤下扩散片白色高（84%）中（60%）加工良率高扩散片的选用下扩散片1.辉度增益扩散片Hz=80%以上，Tt=90%以上上扩散片1.需增广视野/视野改善上扩散片Hz=40%以下及Tt=90%以上；2.高屏蔽性，高的加工良率中雾度以上；3.改善棱镜片光不均匀性HZ=50%，Tt=90%背光材料-扩散片4.2 主要扩散片材料型号及厂家制造商代理商常用的产品名称Tsujiden(日本)积智电D-Series&PC-Series(Down)D117-Series(Up)Kimoto(日本)-100-Series(Down)100TL-Series(Up)Keiwa(日本)华宏BS-Series(Down)PBS-Series(Up)Saehan(韩国)崇皓贸易RTDA&RTDC(Down)SKC(韩国)强森科技CH-Series(Down)JS-Series(Up)背光材料-棱镜片n棱镜片 将扩散的光在一定角度内聚光的作用，以达到提高 Panel亮度 的目的。是增光片中一种，约占背光模组成本的37%，主要作用将分散的光线集中在一定范围内射出，提高该范围内光线亮度；n棱镜表面很脆弱，容易被磨损；5.棱镜片棱镜片（prism sheet)扩散片(diffusion sheet)导光板(light conductor)反射片（refelector)背光材料-棱镜片厚度PETPET厚度厚度PETPET层层 Acrylic resinAcrylic resin层层棱角角度棱角间距棱角面BEF产品系列构造图(断面)棱镜条放大图棱镜片主要参数为棱角角度（90110）、棱角间距（24110m）和镜片厚度（150230m）。小尺寸背光用的增光片厚度一般为0.0650.072mm背光材料-棱镜片散射式回收TIR*Total Internal Reflection散射式照明散射式照明70BEF重复反射，大约重复反射，大约5050的入射的入射光会被反射回去而被再利用光会被反射回去而被再利用折射可利用折射光增折射可利用折射光增加加 40 407070低比例损失扩散板扩散板棱镜片增光原理5.1 棱镜片分类棱镜片可以分为单面结构棱镜片和双面结构棱镜片。单面结构正面粗糙，背面光滑；双面结构两面均为粗糙。棱镜片主要参数为棱角角度（90110）、棱角间距（24110m）和镜片厚度（150230m）。小尺寸背光用的增光片厚度一般为0.0650.072mm。背光材料-棱镜片棱镜片增光原理5.2 棱镜片材料型号LensBrightness GainBEF1.53BEF(Cross)1.967BEF-T1.51BEF-T(Cross)1.91BEF-M1.5BEF-M(Cross)1.78BEF-T over M1.84DBEF1.579BEF+DBEF2.074BEF(Cross)+DBEF2.377