背光模组及背光原理简介

1BLU及相關材料簡介By：王剛2012/6/5授課大綱1.背光簡介。2.背光材料簡介。3.背光相關不良說明。导光板上游中游下游光学膜塑胶框光源LED背光模组LCD面板制造及模组组装影视产品咨讯工业产品通讯产品消费电子产品仪表产品掌上型电视DVDPlayer投影机PDA笔记本电脑LCDMonitor数位相机视屏电话行动电话汽车导航呼叫器家电产品电子表计算器工业仪表医疗仪表飞行仪表BLU在電子行業架構圖背光模組作用背光模组(BacklightModule)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。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1.背光模组在LCD显示屏中的位置和结构背光源模组反射片导光板下扩散片上棱镜片上扩散片黑白胶带下棱镜片模组少了光源和框架背光模組結構模組用途Type–1.5”～12.3”(LEDtype)Application–CP：AV、Mobile、NB、GPS…–Car：Before&AfterMarket–Others模組結構圖-上擴散片Lens×2導光板塑膠框反射片燈管組燈座蓋板燈管Reflector模組結構圖-NotebookReturn模組結構圖-TV背光Notebook用背光Monitor用背光1.提供LCD面板均勻、足夠亮度之光源。2.搭配適當之光源，提供所需之光學特性。3.保護面板、固定迴路基板、增加結構強度。背光的基本功能背光的種類（以光源位置分類）反射片擴散板燈管直下型背光構造圖導光板光學膜片燈管燈管反射罩反射片側光型背光構造圖背光的種類（以光源位置分類）侧灯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使用背光的基本要求1.高輝度2.高均勻性3.低耗電量4.安全性5.重量輕6.寬視角7.結構穩定均勻性5點量測規格[(Imax/Imin-1)×%]9點量測規格[(Imin/Imax)×%]13點量測規格[(Imax/Imin-1)×%]背光的光線路徑背光模組材料項目功能材質擴散片光線散射模糊patternPET增光片集中光線至特定方向PET導光板光線散射傳導PMMA反射片導光板下方光線反射PET塑膠框結構支撐與部品收納PC燈管光源產生硬質玻璃燈管反射罩反射光源、固定燈管鋁/銅燈管護蓋保護燈管不鏽鋼/鋁項目功能材質燈管導線高壓導線矽被覆電線燈帽固定燈管矽膠連接器(Connector)電源接續O形環(O-ring)保護燈管、保持間隙矽膠膠帶膜片固定間隔橡膠面板支撐矽膠+黏著劑螺絲固定燈管護蓋鋼標籤高壓警告、燈管廢棄、產品序號背光模組材料背光模組組裝置放鋁背板及卡燈管燈管點燈檢查膜片及LGP固定嵌入塑膠框正面組立置放導光板及膜片背光盒點燈檢查嵌入塑膠框後翻轉擺置反射片後卡燈管反面組立蓋鋁背板背光模組組裝側光式背光的結構(聚光作用)(光均勻)(導光)(反射光)====將線光源變成面光源====背光模組主要零組件介紹1.光源：LED，冷陰極螢光燈管(ColdCathodeFluorescentLamp,CCFL）2.導光板(LightGuidePanel,LGP)3.反射片(Reflector)4.擴散片(Diffuser)5.增光片(BrightnessEnhancementFilm,BEF)6.塑膠框(MoldFrame)7.遮光片LOGO23背光光源1.背光光源分类冷阴极管荧光灯（CCFL）发光二极管（LED）电致发光（EL）LOGO24背光光源-CCFL1.1CCFL背光光源及发光原理CCFL(ColdCathodeFluorescentLamp)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。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。LOGO25背光光源-CCFLCCFL的构造电子电极(Ni,W)Glass可视光线荧光剂水银紫外线惰性气体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CCFL（ColdCathodeFluorescentLamp）冷陰極螢光燈CCFL模組CCFL與HCFL冷陰極螢光燈（CCFL）發光原理：冷陰極螢光燈的氣體放電特性是屬於輝光放電，其動作特性為操作電壓較高（約600V），啟動電壓約為操作電壓的2~3倍。熱陰極螢光燈（HCFL）發光原理：冷陰極螢光燈的氣體放電特性是屬於電弧放電，其作動特性為操作電壓較低（約100V），啟動電壓約為操作電壓的4~5倍。因電極採用電弧放電，故電極溫度會高達1100℃。CCFL的特性影響CCFL的因素1.玻璃管徑2.燈管長度3.燈管形狀（直管、L管、ㄇ管、U管、W管）4.電極形狀及種類5.水銀量（水銀蒸氣壓＝6X10-3tor時253.7nm輻射效率最大）6.惰性氣體充填壓力7.氣體混和比例(Ne+Ar)8.周圍環境溫度（影響管壁及電極溫度）9.色度10.螢光劑塗佈LOGO31背光光源-LED1.2LED背光光源及发光原理LED（LightingEmittingDiode）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。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。LOGO32背光光源-LEDLED白光混光结构对比结构原理优点缺点蓝色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-LEDG-LEDB-LEDR-LEDG-LEDB-LEDLOGO33背光光源-ELEL（ElectroLuminesence）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。优点:薄，可以做到0.2~0.6mm的厚度。缺点:亮度低，寿命短（一般为3000~5000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。1.3EL背光光源及发光原理LOGO34背光光源ItemCCFLBackLightELBackLightLEDBackLight色彩饱和度（NTSC）72%---〉105%工作寿命2~5万h50%亮度下3000~5000h10万h环保性能辐射+含汞不含重金属不含重金属工作电压500～1000V60～200V3.8～4.5V环境适应性+10℃～50℃-30℃～+50℃+70%RH-20℃～70℃价格低低高(前者的3~5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30~35lm/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LOGO35背光材料-反射罩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。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LOGO36背光材料-导光板LGP(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61~68度之间2.导光板LOGO37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LOGO38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Ⅰ1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I0N1sinI0=N2sin90°sinI0=N2/N1=1/1.4916=0.67I0=42.2°结论:当入射角I1≥42.2°时,光线被全反射AIII2NI01N90°1LOGO39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LOGO40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。LOGO41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LOGO42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)Acry