[分享]LCD背光源产业及技术

由于LCD面板本身不具发光特性，因此，必须在LCD面板上加上一个发光源，方能达到显示效果，背光模块(Backlight)即是提供LCD显示器产品中一个背面光源的光学组件，简单来说，背光模块即为LCD显示器的一个关键零组件，因此，是依附于下游LCD显示器的非标准化产品。见图一。背光源的发展可以追朔到二战时期。当时用超小型钨丝灯作为飞机仪表的背光源。这是背光源发展的初始阶段。经过半个世纪的发展，如今背光源已经成为电子独立学科，并逐步形成研究开发热点。目前，背光源的主要产品种类有：发光二极管（LED）、卤钨灯、电致发光（ELD）、冷阴极荧光灯（CCF）、阴极发射灯（CLL）和金属卤化物灯等。其中工艺成熟，性能稳定，并在彩色液晶显示器（TFT-LCD）上普遍使用的背光源是冷阴极荧光灯。



图一　背光源产业链示意图


随着液晶显示技术的不断发展，液晶显示器特别是彩色液晶显示器的应用领域也在不断拓宽。受液晶显示器的市场拉动，背光源产业，将呈现一派繁荣景象。所以，加快背光源技术开发和产业化进程，是摆在我国技术界和实业界一项极其重要的任务。

二、 光源技术简介及应用

依据背光源的出现年代，在液晶显示器上的安装位置，发光形态，发光功率以及发光亮度等，将背光源技术划分为四个时代。目前正在朝着亮度5000-7000cd／平方米，寿命可达10万小时的第五代平板荧光灯方向过渡。然而，TFT-LCD背光源的主流产品还是冷阴极荧光灯（CCF）。荧光灯的发光功率很高，其寿命可长达2万小时，这无疑是现阶段TFT-LCD较理想的背光源。

背光源是提供ＬＣＤ面板的光源。主要由光源、导光板、光学用膜片、塑胶框等组成。背光源具有亮度高，寿命长、发光均匀等特点。目前主要有ＥＬ、 ＣＣＦＬ及ＬＥＤ三种背光源类型，依光源分布位置不同则分为侧光式和直下式。随着ＬＣＤ模组不断向更亮、更轻、更薄方向发展，侧光式ＣＣＦＬ式背光源成为目前背光源发展的主流。见图二。




图二　侧光式背光板的构造


由于直下式的模块较厚，不符合轻薄短小的趋势，因此，目前多以侧光式为主，导光板的作用在于引导光的散射方向，用来提高面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性，导光板的良优对背光板影响甚大，因此，侧光式背光板的关键技术之一。导光板是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块，然后用具有高反射且不吸光的材料，在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点，冷阴极荧光灯位于导光板侧边的厚端，冷阴极管所发出的光利用反射往薄的一端传导，当光线射到扩散点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出，利用各种疏密、大小不一的扩散点，可使导光板均匀发光。反射板的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式，印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质，直接形成密布的微小凸点，其作用有如网点。目前国内厂商大多仍采用印刷式的导光板作为导光组件，印刷式的导光板具有开发成本低及生产快速的优点，而非印刷式的技术难度较高，但在亮度上表现优异，模具开发技术为瓶颈所在，另外，根据形状可分为平板及楔形板，平板多应用于监视器，楔型板多用于笔记型计算机。至于扩散板及的主要用途，在于提高正面的亮度，扩散板的作用在于让光的分布更加均匀使从正面看不到反射点的影子。然由于光自扩散板射出后，其光的指向性非常差，必须利用棱镜片来修正光的方向，达到聚光的效果，提高正面的亮度。

就应用范围而言，ＥＬ、ＬＥＤ主要用于小尺寸、单色光（绿色、红色）。最近也陆续有白光（全色）ＥＬ和ＬＣＤ背光源出来。但由于亮度较暗其基本上用于４英寸以下小尺寸液晶显示。如：手机、ＰＤＡ、游戏机等。全色（白光）、大尺寸亮度背光源，现在主流仍然是用ＣＣＦＬ做光源，而且经过多年的开发技术工艺比较成熟，信赖性高，性能稳定。现在大中型尺寸（１９-３英寸）ＴＦＴ液晶显示屏普遍用ＣＣＦＬ。其具体民用产品有：液晶电视（２０″-３０″）；液晶电脑显示器（１４-１０″）；手提电脑显示器（８-１４″）；便携式ＤＶＤ（５-９″）；汽车、火车、飞机载电视、ＧＰＳ显示（３″-５″）；博彩游戏机（３″-５″）；便携电视（３-５″）；儿童学习机、掌上电脑、游戏机（３-５″）；ＯＡ工业仪器显示（５-１０″）；可视电话（５-１０″）。

三、 产品发展趋势

1．尺寸多元化及轻便化

随着国际ＩＴ行业迅速发展，使得相关ＬＣＤ行业不断推陈出新，ＬＣＤ产品尺寸朝多元化和轻便化方高发展，背光源作为ＬＣＤ产品的核心组件之一势必配合此发展趋势，致力于产品的多元化和轻便化。

2． 射出成型形导光板成为主流

背光源模组中最核心技术为导光板的光学技术，目前主要有印刷形和射出成型形二种导光板形式，其它如射出成型加印刷，激光打点，腐蚀等占很少比例，不适合批量生产原则。印刷形因为其成本低在过去较长时间内成为主流技术，但合格品不高一直是其主要缺点，而目前ＬＣＤ产品要求更精密的导光板结构，射出成型形导光板必然成为背光源发展主流，但相应的模具技术难题只有日本少数大厂能够克服。

3． 产品的高亮度化

ＬＣＤ一直对背光源的发光亮度要求很高，但高亮度也使得ＬＣＤ耗电量居高不下，背光源作为ＬＣＤ模组中最费电的配件，已不适应可携式资讯产品的要求，因此在不增加耗电量情况下提高背光源亮度进而增加Ｌ最费电的配件，已不适应便携式产品的要求，因此在不增加耗电的情况下提高背光源亮度进而增加LCD亮度也是主要发展趋势之一。当前的目标是达到5000-7000cd／平方米亮度，寿命达到10万小时的平板荧光灯。