第３５卷㊀第１１期
２０２０年１１月㊀㊀
㊀㊀㊀
㊀㊀液晶与显示
㊀㊀㊀C h i n e s e J o u r n a l o fL i q u i dC r y s t a l s a n dD i s p l a y
s ㊀㊀㊀㊀㊀
V o l ．３５㊀N o ．１１㊀N o v ．２０２０
㊀㊀收稿日期:２０２０Ｇ０４Ｇ２１；修订日期:２０２０Ｇ０６Ｇ２３．
㊀㊀∗通信联系人,E Ｇm a i l :w a n g q
i a o n i ＠b o e ．c o m．c n 文章编号:１００７Ｇ２７８０(２０２０)１１Ｇ１１２７Ｇ０７
王巧妮∗，林雅宾，张新宇，黄建明，吴洪江，王宝强
(福州京东方光电科技有限公司，福建福清３５０３００)
摘要：在液晶显示产品中，透过率是一个重要的光学特性指标.为了满足视角等光学指标要求，液晶显示产品会设计改变其偏光片透过轴的方向.在屏内部设计不变的条件下，不同偏光片方向对产品的透过率具有显著的影响.偏光片与背光存在匹配性问题.本文通过实验及理论研究，表明对于仅改变偏光片方向的产品而言，背光的偏振特性是影响相对透过率差异的主要因素，棱镜片是引起背光偏振特性的主要因素，背光主偏振方向与棱镜片方向近似垂直.在３ʎ棱镜片背光架构下，相对透过率差异与背光偏振度呈线性关系，线性度达０．９９以上.关㊀键㊀词：液晶显示；背光偏振特性；透过率 中图分类号:T N ８７３．９３㊀㊀文献标识码:A㊀㊀d o i :１０．３７１８８/Y J Y X S ２０２０３５１１．１１２７
I n f l u e n c e o f p o l a r i z a t i o n p r o p e r t y o f b a c k l i g
h t u n i t o n T F T ＧL C Dt r a n s m i s s i o n
WA N G Q i a o Ｇn i ∗
,L I N Y a Ｇb i n ,Z H A N G X i n Ｇy u ,HU A N GJ i a n Ｇm i n g
,WU H o n g Ｇj i a n g ,WA N GB a o Ｇq i a n g
(F u z h o uB O E D i s p l a y T e c h n o l o g y C o ．,L t d ．,F u q i n g ３
５０３００,C h i n a )A b s t r a c t :T r a n s m i s s i o n i sa ni m p o r t a n to p
t i c a l p a r a m e t e r i n T F T ＧL C D p r o d u c t s ．I no r d e rt or e a c h s o m e o p t i c a l r e q u i r e m e n t s ,s u c ha sv i e wa n g
l e ,t h e t r a n s m i s s i o na x i so n p o l a r i z e r f i l m o fT F T ＧL C D p r o d u c t i s c h a n g e d ．H o w e v e r ,t h e r e a r e o b v i o u s d i f f e r e n c e s i n t h e t r a n s m i s s i o n o f t h eT F T ＧL C D p r o d Ｇu c t sw h i c hh a v e t h e s a m e b a r e c e l l d e s i g
n b u t d i f f e r e n t t r a n s m i s s i o n a x i s o n p o l a r i z e r f i l m s ．T h e p o l a r Ｇi z e r f i l m a n dt h eb a c k l i g h tu n i t s h o u l db e m a t c h e d ．I nt h i s p a p e r ,t h ee x p e r i m e n t a l a n dt h e o r e t i c a l s t u d i e s s h o wt h a tt h e p o l a r i z a t i o n p r o p e r t y o fb a c k l i g h tu n i t i st h e p r i m a r y f a c t o ro nt h eo b v i o u s d i f f e r e n c e s i n t h e t r a n s m i s s i o n ．T h e p o l a r i z a t i o n p r o p e r t y i sm o s t l y i n f l u e n c e db y t
h e p r i s mf i l m．T h e m a i n p o l a r i z a t i o nd i r e c t i o n i s a p p r o x i m a t e l y p e r p
e n d i c u l a r t o t h e p r i s md i r e c t i o n ．I n t h e c o n d i t i o n o
一次性咖啡杯f ３ʎp r i s mb a c k l i
g
h t u n
i t s t r u c t u r e ,t h e t r a n s m i s s i o nd i f f e r e n c e a n d t h e d e g r e e o f p o l a r i z a t i o no f b a c k l i g h t u n i t a r e l i n e a r r e l a t i o n s ．T h e l i n e a r i t y
i sm o r e t h a n０．９９．K e y w
o r d s :T F T ＧL C D ;p o l a r i z a t i o n p r o p e r t y o f b a c k l i g h t u n i t ;t r a n s m i s s i o n . All Rights Reserved.
１㊀引㊀㊀言
㊀㊀薄膜晶体管液晶显示器(T h i n f i l mt r a n s i s t o r l i q u i d c r y s t a l d i s p l a y,T F TＧL C D)广泛应用于电视㊁显示器㊁笔记本电脑等产品中，是人类生活中重要的显示器件.它具有制作工艺成
熟㊁高清晰㊁价格低等优点.对于需要外加背光源的非主动式发光液晶显示器而言，透过率是衡量其光学特性的一个重要参数.透过率高，对背光亮度要求可降低，则整体模组功耗降低.在某些产品中，为了满足显示器标准(例如T C O标准等)左右视角㊁偏等的要求，通常会改变其偏光片透光轴方向来达到设计要求，即不同偏光片模式产品[１Ｇ２].在相同背光架构及屏内结构下，这两种模式的产品通常表现出不同的透过率水平.
L Y U[３]等人研究指出背光膜片使背光产生部分偏振光，不同偏光片模式的液晶显示产品应搭配不同架构的背光使用.M o o n[４]等人发现棱镜片是背光产生偏振特性的主要因素，并用偏振度衡量了背光的偏振效果.邵喜斌[５]等人发现在
液晶显示器参数测量系统中光源的偏振特性会对液晶显示器参数测量造成影响.现有研究发现了背光具有偏振特性，其对液晶显示器光学特性参数产生影响，但未深入研究背光偏振特性对透过率的影响机制及影响程度.本文对背光的偏振特性进行深入探究，研究表明，偏振片透过轴方向改变所产生的相对透过率差异与背光偏振度呈线性关系，为液晶显示产品设计提供了理论指导.２㊀原㊀㊀理
２．１㊀部分偏振光对液晶显示器影响原理
自然光为各个方向光强相同的光.光可以分解为水平和垂直两个振动方向的光，即p波和s 波.当其中一个分量的光占优势时，可称之为部分偏振光[６].光的偏振度P可由公式(１)进行衡量:
P＝I m a x－I m i n
I m a x＋I m i n,(１)式中:P为光的偏振度;I m a x为最大分量光的光强;I m i n为最小分量光的光强.
液晶显示产品需要使用上下２张偏光片来配合实现灰阶调节.偏光片有一个透过轴，只允许
平行于透过轴方向的光通过.对同一裸屏(不含
偏光片及电路板的液晶屏结构)的平行偏光片模
式(OＧM o d e)或垂直偏光片模式(EＧM o d e)产品而言，其下偏光片的透过轴刚好互相垂直.背光偏
振特性对透过率的影响，主要与下偏光片方向和
背光的匹配性有关.以常黑模式产品为例，本文
定义平行偏光片模式产品下偏光片的透过轴平行
于背光长边方向，垂直偏光片模式产品下偏光片
的透过轴垂直于背光长边方向.
当背光为部分偏振光，经过不同方向透过轴
的下偏光片时，透射光光强不同，即经过裸屏及上
偏光片的光强不同.可定义经过平行偏光片模式
产品下偏光片的光强为L０，经过垂直偏光片模式产品下偏光片的光强为L９０，则L０ʂL９０.
假设平行及垂直模式的偏光片和裸屏的透过
率τ一致，则由于背光偏振特性引起的平行/垂直偏光片模式产品透过率t会存在差异，可使用相对透过率差异ΔT进行衡量，如公式(２)所示.
ΔT＝t O－t E
t O＋t E＝
L０τ
L B L U－
L９０τ
L B L U
L０τ
L B L U＋
L９０τ
L B L U
＝
L０－L９０
L０＋L９０．(２)２．２㊀背光偏振特性
现有显示器模组背光架构通常为发光二极管
侧入式，膜片从下至上依次为反射膜㊁导光板㊁扩
散片㊁棱镜片.根据背光膜片的制作工艺，背光膜
片均具有微结构，对光具有调制作用[７Ｇ８].扩散片具有均匀分散光的作用，可认为从扩散片出射的光为近似自然光.棱镜片具有显著的周期性微结构棱，棱具有方向性[９Ｇ１０]，图１所示箭头方向为棱镜片方向，这对光的偏振态调制具有重要作用.
图１㊀棱镜片微结构示意图
F i g．１㊀M i c r o s t r u c t u r e o f p r i s mf i l m
煅后焦根据棱镜片上微结构棱朝向与水平方向的夹角区分，可分为３ʎ㊁４５ʎ㊁９０ʎ等不同角度的棱镜片，常用的为３ʎ棱镜片，如图２所示.
８２１１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３５卷㊀. All Rights Reserved.
图２㊀棱镜片角度示意图
F i g ．２㊀A n g l e o f p r i s mf i l m 背光的偏振特性与棱镜片有关，具有方向性，可以用一条角度Ｇ光强曲线来衡量，即θＧI θ曲线.根据偏振度定义，可在背光偏振特性曲线上到亮度的最大值I θ１和最小值I θ２，求得背光偏振度.亮度最大值最对应的角度，可定义为背光主偏振方向α.
３㊀实验设计
３．１㊀背光偏振特性实验
为了探究偏振特性，本文搭建了一个偏振特
性测试平台，包括彩分析仪(C o l o rA n a l y
z e r ,C A ３１０
)㊁三脚架㊁可旋转式偏光板㊁待测样品，如图３所示.
(a
)实验装置图(a )E x p e r i m e n t a l s e t u
p
(b
)实物图(b )P i c t u r e o f r e a l s e t u p
图３㊀偏振特性测试实验装置图
F i g ．３㊀M e a s u r e m e n t s e t u p o f p o l a r i z a t i o n p r o p e r t y
偏振测试平台中，用三脚架固定彩分析仪测量探头，保证测量位置固定.测量探头遮光罩靠近可旋转偏光片，可旋转偏光片放置在待测样品上，偏光片与棱镜片距离２~４mm ，模拟实际屏与背光源间距，减少外界环境光干扰.
将一片已知透过轴方向的偏光片粘贴在可旋转的圆盘内圈上，制成可旋转式偏光板.透过轴方向为内圈的起始角度０ʎ，可旋转式偏光板内圈逆时针旋转与外圈的起始角度０ʎ的夹角为旋转角度θ，如图４所示.
图４㊀可旋转式偏振板示意图
F i g ．４㊀S e t u p o f r o t a t a b l e p o l a r i z e r 以６０４．５２mm (２３．８i n
)产品为例，其背光的导光板是平板(无L e n t i )，棱镜为L G E 棱镜片
(S O S ＧY １０L S ,３ʎ).测量其背光偏振特时，在背光中心点附近做好十字线标记，将可旋转式偏光板放在背光中心位置，外圈及内圈０ʎ及１８０ʎ刻度线对准平行于背光长边的标记线.旋转内圈，步
长为５ʎ，记录每个角度下的亮度值，绘制成角度Ｇ光强曲线，即可获得背光的偏振特性曲线.
选取３ʎ㊁４５ʎ㊁９０ʎ
棱镜片搭载在同一个背光上进行测试.测试多个背光有无棱镜片时的偏振特性曲线，计算偏振度，统计背光主偏振方向.目的在于探究背光偏振特性的影响因素及背光主偏振方向与棱镜片角度之间的关系.
３．２㊀平行/垂直偏振片模式产品透过率差异实验
以６０４．５２mm (２３．８i n
)常黑模式产品为例，选取平行偏光片模式和垂直偏光片模式产品进行实验，其裸屏设计相同，仅偏光片透过轴方向不同.分别将平行/垂直偏光片模式产品旋转
９０ʎ放置，则此时旋转９０ʎ的平行偏光片模式产
品可以模拟垂直偏光片模式产品情况.旋转
９
２１１第１１期
㊀㊀㊀㊀㊀王巧妮,
等：背光偏振特性对液晶显示器透过率的影响. All Rights Reserved.
９０ʎ
的垂直偏光片模式产品可模拟平行偏光片模式产品情况.屏旋转９０ʎ放置时，在背光和屏上做好对位标志，保证测试位置在屏和背光的中心点附近.
选取偏振度不同的背光，通过测试平行/垂直偏光片模式产品正放和旋转９０ʎ放置时的透过率情况，可以获得平行/垂直偏光片模式产品相对透过率差异与背光偏振特性的关系，排除了不同屏之间的差异影响.
４㊀实验结果与讨论
４．１㊀有无棱镜片对背光偏振特性的影响
选取４款６０４．５２mm (２３．８i n )产品的背光，其棱镜片均为３ʎ，测试其原始背光及移除棱镜片时的偏振特性曲线.根据图５结果，背光的偏振特性曲线近似 椭圆形 或 花生形 ，曲线形状越
长 ，其偏振度越高.根据表１统计，背光主偏振方向α１在８５~９０ʎ之间与棱镜片３ʎ方向近似垂直，误差在１０ʎ
以内.当移除棱镜片时，如图６所示,B L U ２和
B L U ４的偏振特性曲线近似圆形,B L U １和
B L U ３仍呈现出椭圆形曲线形状，但椭圆程度低于原始背光(含棱镜片)结果.结合表１可知，当移除棱镜片时，偏振度降低，主偏振方向不定
.
图５㊀原始背光偏振特性曲线
F i g ．５㊀P o l a r i z a t i o n p r o p e r t y c u r v e so f o r i g
i n a l b a c k Ｇl i g
h t u n i t s 表１㊀原始背光及移除棱镜片背光偏振特性数据
T a b ．１㊀R e s u l t s o f o r i g i n a l a n d p r i s m Ｇl e s sb a c k l i g h t u n i t s 分类偏振度P １
/％主偏振方向α１
/(ʎ)移除棱镜片偏振度P ２
/％移除棱镜片主偏振方向α２
/ʎB L U １４．８２９０１．２２１５５B L U ２４．３１８５０．３５１３０B L U ３２．１９８５１．０３１６０B L U ４
２．０２
９５
０．２２
１７０
㊀㊀因此，棱镜片是使背光产生偏振特性的主要因素，其余背光膜片对背光偏振特性也有一定贡献，但程度较弱.
４．２㊀棱镜片角度对背光主偏振方向的影响
选取３个角度的棱镜片分别放置在同一个６０４．５２mm (２３．８i n )
产品背光上，测试背光的偏振特性曲线.结果如图７和表２所示.背光主偏振方向α３随着棱镜片的角度变化而变化，近似与棱镜片方向垂直，误差在１０ʎ内.因此，根据背光主偏振方向的误差范围，背光
紧急呼叫
偏振度P 存在如公式(３
)的近似关系工业重型防坠器
：图６㊀移除棱镜片背光偏振特性曲线
F i g ．６㊀P o l a r i z a t i o n p r o p e r t y c
u r v e s o f p r i s m Ｇl e s s b a c k l i g
h t u n i t s P ＝I m a x －I m i n I m a x ＋I m i n ʈ
铅酸蓄电池组装
I α＋９０－I α
I α＋９０＋I α
,(３
)０
３１１㊀㊀㊀㊀液晶与显示㊀㊀㊀㊀㊀㊀
第３５卷㊀
. All Rights Reserved.
图７㊀不同棱镜片角度背光偏振特性曲线
F i g ．７㊀P o l a r i z a t i o n p r o p e r t y c
u r v e s o f d i f f e r e n t a n g
l e s o f p r i s m s 表２㊀不同角度棱镜片背光偏振特性数据T a b ．２㊀R e s u l t s o f d i f f e r e n t a n g l e s o f p r i s m 分类偏振度P ３
/％主偏振方向α３
/(ʎ)３ʎ２．１９８５
４５ʎ２．０６１２５９０ʎ
１．４５
１８０
以常用的３ʎ
棱镜片背光为例，其偏振特性P 存在如公式(４
)的近似关系:P ʈ
I ９３－I ３I ９３＋I ３ʈ
I ９０－I ０
I ９０＋I ０
．(４)４．３㊀背光偏振度与相对透过率差异的关系
根据平行/垂直偏光片模式产品相对透过率
差异公式(２)以及背光偏振度近似公式(４)
可知，在３ʎ棱镜片的背光下，由于背光偏振特性引起的平行/垂直偏光片模式产品相对透过率差异ΔT
与背光偏振度P 成线性关系，如公式(５
)所示.ΔT ＝a P ＋b ,(５
)当背光棱镜片不为３ʎ时，公式(４)及(５)的近似公式不成立，则相对透过率需要根据实际的背光偏振特性θＧI θ曲线进行计算,
如公式(６)所示:ΔT ＝L ０－L ９０L ０＋L ９０＝
I ０－I ９０
I ０＋I ９０
．(６)为了研究背光偏振度与平行/垂直偏光片模
痔疮仪式产品相对透过率差异的关系，选取偏振度不同的背光进行实验.选取含３ʎ棱镜片的B L U １和B L U ４，其偏振度分别为４．８１％和２．０２％.由于现有含３ʎ棱镜片的背光样本偏振度范围不够大，因此选择２个不含棱镜片的B L U １和B L U ４
进行补充实验.由于不含棱镜片的背光不满足根据公式(４)，因此根据公式(６)计算背光偏振特性影响下的相对透过率差异理论值，并将其当作是修正后的偏振度.则不含棱镜片的B L U １和B L U ４的修正后偏振度分别为０．８５％
和０．２２％.分别选取６０４．５２mm (２３．８i n )
平行/垂直偏光片模式产品各５片，分别正放㊁旋转９０ʎ放置在这４个背光上测试产品的透过率.测试镜头为
P R ７８８,
测试环境为暗室.测试结果如表３所示.则对于该批平行/垂直偏光片模式样品而言，其由于背光偏振特
性引起的相对透过率差异实验值，应由公式(７)进行计算.为方便规律统一比较，平行偏光片模式产品公式(７)取 － 号，垂直偏光片模式产品公式(７)取 ＋
号.ΔT ＝ʃt 正－t 转９０ʎ
t 正＋t 转９０ʎ
．
(７
)表３㊀平行/垂直偏光片模式产品相对透过率差异实验结果
T a b ．３㊀R e s u l t s o f t r a n s m i s s i o nd i f f e r e n c e o fO /E Ｇm o d e p r o d u c t s
分㊀类偏振度
P /％透过率均值
t O ＧM o d e 正/
％透过率均值t O ＧM o d e 转９０ʎ
/％透过率均值
t E ＧM o d e 正/
％透过率均值t E ＧM o d e 转９０ʎ
/％ΔT O ＧM o d e
/％ΔT E ＧM o d e
/％B L U １４．８１４．９７５．１５５．１１４．７４３．６２３．７６B L U ４２．０２４．９２５．０５５．０２４．９０１．３
１．２１B L U １
(无棱镜片)０．８５５．０７５．１０５．０１５．０２０．２９－０．１B L U ４(无棱镜片)０．２２
５．０８
５．０６
５．００
５．０６
－０．２
－０．６
１
３１１第１１期
㊀㊀㊀㊀㊀王巧妮,
等：背光偏振特性对液晶显示器透过率的影响. All Rights Reserved.
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