LCM背光基础知识

背光源基础知识
A.1 彩屏背光源定义:
用于彩显示模块的背光源,此类背光通常亮度要求高,亦可理解为高亮背光源。
A.2 构造图
彩屏背光可以分为:单屏单彩,双屏双彩和双屏单彩。
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图1:单屏单彩
防雷开关图2:双屏双彩
图3:双屏单彩
图4:双屏单彩+彩膜片
(注:图中在增光膜上面的扩散膜,通常被带扩散效果的增光膜取代。)
A.3 部件分述
A.3.1 LED
缘114
light-emitting diode的缩写,即发光二极管,背光源所采用的光源之一。在彩屏背光中使用的LED,属于“侧发光贴片LED”(贴片LED的英文名称为:SMD)。直接决定了,背光源的亮度及度性能。
SMD的原理构造:运用蓝芯片激发黄荧光粉得到白光。
LED我们需要关注的性能参数如下:
外形(Outline),LED的封装外形。LED的外形,影响焊盘的设计。特别是LED的厚度,间接的决定了背光的厚度。(具体外形,请查阅相应LED的技术规格书。)
正向电流(Forward Current),LED的工作电流。彩屏背光使用的侧发光SMD,额定正向电流为20mA。
正向电压(Forward Voltage),LED的工作电压。侧发光SMD的正向电压,都是在20mA 下测定的。并根据实际值,对LED进行了分级。
发光强度(Luminous Intensity),LED的光强。侧发光SMD的发光强度,是按照20mA 条件下点亮,进行测量并分级的。当正向工作电流在10-20mA时,发光强度和电流是近似线性关系。即当使用15mA工作时,LED的发光强度可以估算为20mA条件下的3/4。
坐标(Chromaticity Coordinate),LED颜在CIE 1931谱图中的坐标值(x,y),用来界定LED的颜。侧发光SMD的坐标,是在20mA条件下测定分级的。
U盘笔寿命(Life time),在室温25℃条件下,额定工作电流点亮时,LED的半衰期。寿命与工作电流和温度成反比。LED的寿命,直接影响了背光和LCM的寿命。
工作温度参考值(Operating Temperature),-30~+85℃。
存储温度参考值(Storage Temperature),-40~+100℃。
LED的其它可靠性参数性能,在此不作详述。在涉及时,可以查阅相应LED的技术规格书。
图5:CIE 1931谱图
A.3.2 背光的电路:
目前采用串联与并联两种(指LED)现在带封装的LED多集成有电阻,故背光FPC上已不需要增加电阻。在使用时,请参照相应LED的Spec.。
串联:向初
并联:
A.3.3 导光板(Light Guide Panel)
是LED出射光第一个入射传导的媒质,也是背光源中破坏光线传播全反射条件(注1),将点光源转换成面光源的重要部件。导光板是一个塑胶件。在注塑时,会在导光板的表面和内部,添加上破坏全反射条件的细微结构。由于这些结构整体排布上通常成网状,所以被称作“网纹”,英文名称为“Lens”(也可称为“网点”、“dots”等,编者注)。
网纹作用原理,破坏导光板表面的平滑镜面结构,从而改变网纹上的入射光的入射角,使入射光全部或一部分朝V.A.区方向出射。再通过调节网纹的大小疏密,来调整背光源V.A.区的出射光强分布。
网纹的设计,决定了背光源的光学效果。直接决定了两颗LED之间的暗区,LED前的爆灯,整体背光源的均匀性和亮度。
由于LED是点光源,为了使光线尽可能散射,在LED入光处,彩屏背光源导光板会做锯齿结构,利用三棱镜的原理达到目的。此结构,可以有效改善灯前的爆灯及暗区现象,同时可以缩短LED到V.A.的最小距离限制。(详见“5 设计要求及注意事项”) 导光板的厚度直接决定了背光源的整体厚度,通常它是背光源中最厚的部件。其厚度,需要和LED的厚度匹配,理论上认为当导光板的厚度中心线,和LED的厚度中心线重合,LED的出射光利用率最大。
导光板的材质,主要是两种,PC和PMMA。PC韧性好但硬度低,PMMA较脆但硬度高。
PC的热变形温度为137℃,PMMA为95℃。PC的透光率是88-90%,PMMA透光率是93%左右。另需注意的是,材质的不同,会影响背光度。
A.3.4 胶框(Plastic housing)
支撑背光源的主要塑胶框架,同时可以反射导光板侧面出射的光线,这也是单件套亮度会降低的原因。
设计胶框时,需要注意的是,由于注塑条件的限制,尽量不要出现宽度小于0.4mm的截面(多出现在背光挡墙处)。
胶框的材质,主要是PC。
A.3.5 反射膜(Reflector film)
贴附于单屏背光源背面,起将导光板出射的光反射回V.A.区方向作用的膜片。
反射膜的性能参数有:
反射率,反射膜最重要的性能参数指标,会有对应三基的三个反射率数值,三者不尽相同。
为防止反射膜与元器件接触,导致短路等电气性能失效,在元器件区反射膜需要较胶框边缘内缩0.2mm。
需要特别注意的是,在以上三种反射膜当中,白塑胶材料反射膜的蓝光反射率较低,所以使用白塑胶材料反射膜,会使得度偏黄一点;而金属反射膜的蓝光反射率较高,度会偏蓝一点;最后,ESR对于RGB三者反射率相差不大,基本上不会造成颜偏移。
A.3.6 扩散膜(Diffuser film)
藉由扩散物质的折射与反射将光雾化;并将光由小角度出光集中到正面提高正面亮度。一面为粗糙漫雾面,一面为光滑亮面,使用时亮面朝向导光板。
聚光作用利用的是光密三棱镜的原理,和上面反射膜提到的光疏三棱镜刚好相反,光密三棱镜的作用就是透射,即出射角相较入射角与竖直方向夹角更小,起到聚光的作用。 A.3.7 增光膜(BEF)
增光膜的的工作原理就是将大角度的光线,通过折射作用,变成小角度的光线,从而提高正上方观测方向的亮度,相应的也缩小了可视角度。
BEF的种类:
彩屏背光中会使用到的增光膜主要有三种:TBEF、TBEF-M和BEFRP。
TBEF:只有聚光作用的普通增光膜;
TBEF-M:在TBEF基础上,添加扩散涂层的特种增光膜,只用于上增光膜;
BEFRP:在TBEF基础上,集成偏振光取向结构(即DBEF,DBEF的功能是只通过一个偏振方向的光线,其它光线将被反射再利用),进一步提高增光效果的特种增光膜,只用于上增光膜,且偏光方向必须和LCD的下偏光片匹配;
性能参数:
厚度,TBEF的厚度有0.062mm和0.045mm两种;TBEF-M的厚度为0.065mm;BEFRP厚度为0.115mm和0.065mm两种。
棱镜结构,包括棱镜的angle角度和棱镜的pitch距离(为了防止增光膜上三棱镜被损伤,表面的棱镜每间隔一个固定距离会做一个比其它棱镜高1-2微米的棱镜,此距离即为pitch)。
可视角度(View Angle),经过增光膜聚光后的可视角度。
增光率(Gain),TBEF和TBEF-M的增光率为56%,BEFRP的增光率为81%。
干涉纹/牛顿环问题:
彩屏背光上的干涉纹/牛顿环现象,绝大多数都是由增光膜造成的。根据形成原因,可以分为像素摩尔(Pixel Moiré)和反射摩尔(Reflective Moiré)。
像素摩尔,是增光膜的棱镜阵列方向和LCD的像素阵列方向发生干涉产生,表现为规则的平行线干涉纹。此现象不是光学现象,可以通过调整增光膜的角度解决。
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