大尺寸液晶显示器背光源

摘 要： 大尺寸液晶显示器正在广泛应用，背光源作为主要的零部件不断革新，以适应这一发展趋势。本文主要概述了目前较常用的大尺寸背光源结构，着重于直下型背光源的结构和发展趋势，并介绍各个组成零部件。

液晶显示器轻，薄，高清晰显示，无辐射，正广泛应用于监视器，笔记本电脑，数码相机，投影仪，液晶电视等。

液晶显示器是一种非自发光显示器技术，必须借助于背光源显示影像，因而背光的发展对液晶显示的性能非常重要，但随着液晶显示尺寸大型化的需求不断增长，传统背光源的成本比重也在不断增加。背光源正在轻、薄、低功耗、高亮度、低成本上努力改善。

1 大尺寸LCD 面板及背光源简介

液晶显示器通过液晶对光的调制显示信息，发展机遇和技术革新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)背光源的发展等。

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，均匀分布于发光区域内，再经扩散板，增亮膜，使光线聚集在液晶显示器的视角范围内。

2 背光源的主要结构

LCD 应用有所不同，导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。就一般而言，按照灯管的位置类，大致采用以下几种结构：

2.1 侧光式结构(Edge Backlight)

导光板LGP(Light Guide Plate)引导光线方向，提高面板的辉度并控制亮度均匀。

Edge Backlight 的发光源一般在导光板侧，光源按照导光板的形式和光学上的要求有直型，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 直下型结构(Bottom Lighting)

用于大尺寸显示器时，侧光式结构无法在重量、消耗电量以及亮度上占有优势，因此不含导光板且光源放置于正下方的直下型结构便被开发出来。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、均匀性、色饱和度等基本满足要求。面板越大，灯管越长，灯管本身的均匀性要求更高，只好增加扩散板，却又造成亮度不足，继续增加灯管。因而尺寸越大，背光源所占成本越高，几成线性关系。但灯管的增加，耗电量也增加到液晶显示器的9 0 % ,散热问题也日益严重。

3 直下型背光的光源分类

光源系统决定了显示器的影响亮度，均匀性，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，而且其圆柱形结构很容易与光反射元件组合成薄板状照明装置，所以目前仍以CCFL为主流，但是一般认为将以白光LED 为应用趋势。

3.1 CCFL

作为光源的冷阴极管随着导光板的快速发展而发展，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的高压电极激发电子，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(也可使用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，稳定可靠，但要与反射板，扩散膜等一起使用，结构复杂。32 使用12根灯管，到37 左右灯管数增加到2 0 根左右，成本增加太快，接近整个系统的40 %多，而且每个灯管需要单独驱动，响应速度较慢，色饱和度只有约72%,同时由于汞的使用带来环境问题的隐患。

3.2 LED

其优势在于低电压，轻，无汞，长寿命等，而且其光源光谱比以荧光粉为发光材料产生的光纯正，也是目前唯一达到和超过NTSC100% 色彩饱和度的选择。其单位耗电量能获得的辉度较高，其反应速度也比CCFL快3 倍，能够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 .但是价格相对较贵，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示质量，采用AFLC 区域亮度控制技术(Area - Focused Luminance Controllable)，可自行分析影像数据，自动调整特定部位明暗度，使亮的部份更亮，暗的部分更暗。

混合型LED 背光液晶显示器，色饱和度可到110%,对比度可到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示器，色饱和度也可到105%,比使用荧光灯背光源的显示器高出45% 以上，而成本只有LED背光源的6 0 % 左右。

场发射背光源FE FE 背光源的显示特性和成本优势，将来也会有一席之地。

有机LED OLED 这是一种未来显示器，但也可用作背光源，它简化了背光源的光学结构，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，价格昂贵。

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)

导光板材料形状和材料决定了出射光源的辉度和分布。

最常见的是印刷式的导光板，以距离光源远近为依据，使用高反射光源物质，如SiO2及TiO2 分布于导光板底面，利用印刷材料吸收再扩散的性质，破坏全反射造成的内部传播，使光从正面均匀分布。

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形成粗面分布，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。