【原创】【讨论】LCD背光设计讨论区

我做过多个有背光的无线电产品,有一点经验.
1>可以用在PCB上丝印白油代替反光片.
2>LED排在短边比长边好
3>LIGHTGUIDE用亚加力加花纹效果好.贴PCB面是粗纹,贴LCD面用细纹.
4>LIGHTGUIDE的厚度在1.5MM以上,漫射效果好.

LCD背光源产业及技术
   
  
05-28-2002   华东电子集团 段 萍  
   
  
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摘要 依附于LCD的背光源产业随TFT-LCD产业蓬勃发展而兴旺发达，本文简述背光源的技术、应用、产业现状和前景，并对介入此行业的要点作了简要分析。
  
关键词 背光源 背光模块 导光板 冷阴极荧光灯
  
一、前言
  
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。
  
四、 背光源市场及发展预测
  
全球ＬＣＤ及背光源产业以亚洲为生产重心，２０００年ＬＣＤ生产值地区分布比例是：日本（６１％）、韩国（２４％）、台湾（９％）三地几乎包办全球产能。其次是大陆（３％）、欧洲（２％）北美（１％）。不同的ＬＣＤ？产品主要生产地区不相同，但明显看出日本主导整个市场走向，尤其是在高价产品市场上。号称液晶显示器王国的日本，不仅发展历史完整悠久，能够提供各项材料及设备，加上每家厂商拥有下游应用产品品牌、开发、生产能力，产业结构完整是最大优势。韩国厂商规模够大且集中力量在大尺寸面板，短时间创造ＴＦＴ－ＬＣＤ世界前两大厂地位。后起之秀台湾，以世界最重要下游应用产品生产王国，庞大内需市场，加上资金全力支援，快速抢占市场。１９９９年，台湾ＬＣＤ销售额约为４．３６亿美元；２０００年产值则达到２５．５７美元；预估到２００５年，台湾ＴＦＴ－ＬＣＤ产值可达１１６．２９亿美元，占全球ＴＦＴ－ＬＣＤ市场份额的三分之一。  
  
背光源市场主要根据ＬＣＤ产品市场的变化而变化，根据台湾资策会统计：全球ＬＣＤ市场在整体数量上每年将以１５％以上的速度成长，消费大众对产品高画质、高解析度及视角的要求，必将使得ＣＣＦＬ背光源发展迅猛。另根据日本富士总研对全球背光源模组市场的统计资料显示：１９９９年全球背光源模组的销售额已达５９０亿日元，虽然背光模组的价格会随ＬＣＤ价格的不断下调会有所降低，预计仍会以１２％以上的比例快速成长，到２００３年销售金额会达到１１３０亿日元。
  
图三　市场需求预测图
   
  
五、产业特点及介入意见
  
背光源产业是伴随平板显示器特别是液晶显示器的发展而逐步形成气候的。国内外研究开发商和生产企业主要有：日本的斯坦雷电气、富士通化成；韩国的Wuyoo；我国台湾省的瑞仪、大亿；德国的OSRAM　SYLVama以及我国的帝光、伟志等。那么，背光源产业的市场在哪里，究竟有多大？大家知道：世界显示器产业主要集中在东亚的日本、韩国和中国。中国已经成为世界最大的CRT、TN-LCD生产国。据统计：2000年中国显示器产业销售额约为407亿元。其中液晶显示器为60亿元。到2005年，中国显示器产业的工业总产值约为600亿元，其中液晶显示器约为80～100亿元。中国是液晶显示器背光源能量巨大的潜在市场。据日本IDC和夏普提供的资料，2005年全世界液晶显示器（包括TFT）市场约为360亿美元。这是令背光源开发商和生产企业为之心动的数字。
我国的背光源生产仍处在起步阶段，目前尚未形成规模经济，TFT-LCD背光源几乎全部依赖进口。因而，研究开发TFT-LCD背光源并逐步推进产业化进程，具有重要的经济和社会意义。
  
相对于面板厂商需投入大笔资金于机器设备，背光板模块厂商所需资本支出相对较小，因此初期产业进入障碍并不高，吸引许多中小型厂商跨入此一领域。然而，由于背光板模块并不是可以大量量产的商品，在TFT-LCD面板应用范围越趋广泛下，产品尺寸及规格也就越来越多，其中，导光板的规格、尺寸及厚薄各家面板厂商皆不相同，背光模块厂商必须针对各家客户的需求，以设计各种不同的背光模块。此外，零组件的供应来源是否齐备，线上人员的训练和品质，加上后段组立能否达到量产等议题皆值得追踪，故尽管在初期障碍不大下，小厂林立，惟实际能争取到客源，稳定量产出货的厂商将仅是少数。依据MIC预估，未来背光模块市场前五大领导厂商将掌握70％以上的市占率。 就日本、韩国厂商经验而言，目前日本和韩国背光模块市场虽都没有独大厂商，不过，排名前几大厂商在国内市场占有率却皆已达6、7成。其中，在日本市场方面，由日立以16％占有率居冠，富士通化成、Yuka及Stanley各以12％占有率紧追在后。
  
由于背光模块认证期间长，一旦获得LCD面板厂商采用后将不会轻易改变，新竞争者将不易轻易介入，因此，在市场上经营较早者，将占有一定优势。紧紧抓住当前我国加入WTO之机及日本愿意转让技术有利之机，特别是已有研制基础的现有光源业者和LCD业者加入此行业机会更大。
  
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参考文献：
  
1． 周存涛 "背光模块产概述"—永昌投资季刊 2002年 第1期
2． 祖铁楠 "TFT-LCD背源市场究竟有多大"— 国际光电与显示 2002年5月号
3． 沈培宏 "背光源技术进展" —光电技术 1998年 Vol。39 No：
  

相关资料如下,请勿重复!
1.【求助】背光源技术之导光板设计https://www.icax.org/viewthread. ... mp;page=#pid=1369582.【求助】有没有那位用PRO/E做背光源产品的咬点！https://www.icax.org/viewthread. ... mp;page=#pid=150395

pealy_hzb wrote:
请问alexsung：你的这个LCD结构的LED是从两边射向导光板的中间的吗？？  
  我们公司有一些导光板是台阶式的，从两边往中间。

   
是,光源在两端。光源及所需让位空间我未画出。

LCD背光源产业及技术
pdf档（带图）

LCD采光方式简介

导光板是用射出成型的方法将俗称压克力 (Acryl)的材料先压制成表面光滑的楔形板块，配合具有高反射率且不吸光的材料，如：TiO2，然后在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。冷阴极管位于导光板厚侧的端面，冷阴极管所发出的光源以端面照光 (Edge Light) 的方式进入导光板，若以2.6mm冷阴极管、3mm厚的导光板的组合为例，藉由反射罩的帮助， 大约 50% 的光可自端面进入导光板中，大部份的光利用全反射往薄的一端传导，当光线在底面碰到扩散点时，反射光会往各个角度扩散，破坏全反射条件而自导光板正面射出；利用疏密、大小不同的扩散点图案设计，可使导光板面均匀发光 。扩散片的作用是让射出的光分布更加均匀，使从正面看不到反射点的影子。反射板则将自底面漏出的光再予以反射回导光板中，以增加光的输出效率。端面照光设计的导光板，进入导光板内的光大约有 80% 可自正面射出。

上传一个单端光源的导光板,供各位设计参考。

目前单端光源背光板已由超薄平板，主要是通过不同长度上反光点的密度大小来调整光的反射和散射，已达到均匀，我们有几款蓝色背光即使如此，短边表贴高亮LED两个，LCD 60.6X39 厚度4.0
效果还不错

我手上有款显示面积为83的平板导光板,厚度是3mm,
只用一个LED,效果也不错。单端光源的背光板通常用于
小面积的LCD,采用平板形状的所占比例不少。
冷阴极管大多应用于TFT显示屏(图像点阵)。另外还
有VFD等显示屏也采用。