背光知识简介

背光源知识培训 背光源介绍篇 一 背光源的由来二 背光源应用三 背光源的工作原理简介四 背光源主要物料介绍五 背光源的类型及设计简介六 背光源参数的合理设置七 背光源的发展方向 一 背光源的由来 背光源的发展来源于液晶模组的发展 液晶自身不会发光 LCD面板本身也不具备发光的特性 需要照明光源 它属于背光型显示器件 液晶屏幕的成像原理是靠面板中的电极通电后 液晶分子在电极通电之后会发生扭转 从而让背光模组的光线能够通过并实现发光 背光源 Backlight 即是提供LCD显示器产品中一个背面光源的光学组件 因而 背光源的质量决定了液晶显示屏的亮度 出射光均匀度 色阶等重要参数 很大程度上决定了液晶显示屏的发光效果 BACK 二 背光源应用 伴随着液晶显示器的广泛使用 背光应用范围遍及工业设备 银行终端 办公自动化 通讯 电子玩具及消费类产品 如家电 电话机 手机 笔记本电脑 MP3 MP4 PDA 仪表仪器 电子字典 电子记事本 学习机等 BACK DigitalCamera Mp4 Mp3 MobilePhone NotebookPC 背光源应用 Ux17c 三 背光源工作原理简介 常规LED背光源的工作原理是将点光源变成面光源 LED 点光源 背光源 面光源 根据将点光源变成面光源的方法不同 常规LED背光源可分为底部光和侧部光 包括普通侧背光 CCFL 彩屏背光 两种 BACK 单颗LED发光 LED阵列发光 点光源 面光源 底背光的工作原理 面出光 点光源入射 侧背光的工作原理 问题 如何做到 下面从侧背光光路分析其工作原理 全反射效应 导光板多是由PMMA或透明PC料制造的 它的折射系数N1 1 4916 大于空气的折射系数N2 1 当光线从导光板射向边界时 只要入射角 1大于某一角度时 光线不再有折射分量 而是全部被反射回导光板中 如图 根据折射定理 求临界角I0N1sinI0 N2sin90 sinI0 N2 N1 1 1 4916 0 67I0 42 2 结论 当入射角I1 42 2 时 光线被全反射 大部分光线在两面光滑的导光板中以全反射传送 如果在底部添加散射點 將會有部份光線散射而折射出導光板 如此 在导光板底面添加散射点 网点 细小印刷白点或细微凹凸结构 则可破坏全反射 将光散射 光在背光的整个简化光路就如下图所示 LED 网点 扩散膜 反射膜 把每个网点看作一颗LED 于是得到与底背光相同的效果 不同的是出光点阵更密更细 四 背光源主要物料简介 本节根据背光光路过程介绍背光各主要物料 背光源的典型结构图 BACK 导光板将点 线光源变成初步均匀化的点阵式出射光 反射片 遮光片将并非从发光区出射的光线反射回背光内部 保证光线仅从VA区出射 对于普通背光 只要加上扩散片 将初步的均匀性出射光局部细化 得到较理想的均匀出光效果 而仅仅加扩散片的背光亮度达不到彩屏背光的要求 还需要在扩散片上添加增光片 每片增光片约增加50 亮度 而彩屏背光一般使用两张增光片才能达到亮度要求 3000cd 以上 背光通用材料如下 导光板 LGP 胶框 HOUSING LED灯源电路辅料 反射片 Reflector 遮光片 铝膜 ALF 扩散片 Diffuser 增光片 BEF 各类双面胶 D S T 导光板 导光板的材质通常为PMMA 有机玻璃 透明PC料 PMMA透光性较好 但易脆 耐温低 可耐温约80 PMMA常用于手工样品 LC1500彩屏背光通常选用 透明PC料强度高 可弯折性能好 可耐温高 一般适用于结构较复杂产品 透明PC料规格一般有 PC1250Y LC1500 PC1250Y一般用于普通侧背光 BACK 在导光板下平面制造按一定规律分布的网状小凸 凹 点的网点 当光线射到网点上后 全反射现象被破坏 光线形成一束漫反射光线而射出导光板导光板将LED点光源或CCFL线光源变成点阵排列式的粗化均匀出光 侧背光 制造出形成面光源的条件 网点放大图 胶框 胶框用于底背光产品或光密封性要求较高的侧背光 是彩屏背光不可或缺的组件 常用的材料为URZ2501 PC白 PC白 玻纤 ABS料等 URZ2501为出光级材料 反射及遮光性好 常常用于彩屏背光 URZ2501彩屏背光通常选用 PC白 PC白 玻纤一般用于底背光 BACK 灯源 1 灯源颜色及规格2 LED灯相关曲线3 CHIP4 SMD5 LAMP6 CCFL BACK Yellow Green黄绿色 Blue蓝色 Green绿色 White白色 Red红色 Yellow黄色 Amber琥珀色 背光颜色 Colorful七彩 灯源规格 0603 335 三色灯 二 灯源关系曲线1 LED是二极管的一种 其正向电压和正向电流不成线性关系 LED正向电压 正向电流关系曲线如下图 2 工作环境对LED灯的性能有重要影响 下图是LED的环境温度 正向电流曲线图 一 单极芯片封装结构 芯片负极通过银胶与PCB铜箔连接 正极通过铝 金 线邦定与PCB铜箔相连接 芯片亮度较低 范围为6 500mcd 常用于底背光 CHIP 二 双极芯片封装结构 芯片正负极均通过铝 金 线邦定与PCB铜箔相连接 灯源 SMD是将芯片焊接邦定在一个小PCB板上 并用树脂固定的LED 各型号的SMD封装原理类同 只是外形结构有差异 现有的大部分SMD内还封装了反向二极管进行保护 亮度范围10 1500mcd 常用于侧背光和彩屏产品 SMD SMD 0603 封装结构 SMD 335 封装结构 LAMP灯的封装与SMD封装原理类同 只是外形结构有差异 它最显著的特征是有两个支架PIN脚 亮度范围100 1500mcd 常用于侧背光产品 LAMP 背光LED光源参数 其他电路辅料 1 PCB FPC2 二极体3 电阻4 锡膏 锡线5 银胶6 铝线 金线 二极体 电阻 FPC PCB 锡膏 锡线 铝线 BACK 反射片 Reflector 1 普通侧背光反射片2 彩屏背光反射片 BACK 1 普通侧背光反射片 此类白色反射片的材质一般为E60L 發泡性PET TiO2 為Toray專利 白色反射片外观如右图所示 此类反射片的反射率约为80 90 具有一定的透光性 普通侧背光使用白色反射片 常用型号如E20系列 E60L 常用于大尺寸产品 RW188等 厚度从0 05 0 2mm 可以根据需要选择 白色反射片反射原理 TiO2的折射率很高 n 2 62 將TiO2混合PET或聚碳酸酯 polycarbonate 等光學上透明度高的樹脂 經過微細發泡而成反射片 泡的直徑有數微米左右 泡越微細 密度越高 反射率就越高 泡是折射率約1 00的素材 與透明樹脂之間 形成良好的屈折率界面 从网点折射出来的光 进入反射片后 通过非常複雜的折射動作 使绝大部分的光返回LG中 2 彩屏背光反射片 銀色PET 反射面 接着层 白色PET 单面镀银反射片光线发射率从96 98 典型产品 37W01 丽光 NR 1 惠和 彩屏背光反射片一般为镀银反射片 多为一面银一面白 厚度薄 0 04 0 065mm 但反射效率很高 遮光性能好 多层膜反射片 反射片 ESR 利用了多层膜技术 在65微米的厚度内集成了1000多层薄膜 反射片不含一点金属 但是看起来金属反射片一样明可鉴人 作为高效反射片 ESR在整个可见光光谱范围内的反射率都在98 以上 高于目前其他种类的反射片 ESR本身由高分子薄膜层组成 是更加绿色环保的反射片材料 在LCD中 ESR作为背光源的光源反射片和底反射片使用 1000多层薄膜集成 0 065mm 典型产品 3MESR 3M 采用3MESR可相对提高背光产品亮度 并降低白光色度坐标 使彩屏背光视觉感受相对偏蓝 遮光膜 1 铝膜 ALF 遮光膜常用单面背胶铝膜 俗称亮银龙 亚银龙 镀铝层 PET 粘合剂 结构图 遮光膜粘贴在导光板侧边及灯与VA区之间 起遮光和反射作用 常用做遮光膜的有铝膜和黑白单面胶 亮银龙卷材 BACK 亮银龙色泽较光亮 厚度也较大 0 08 遮光性较好 常用型号为L263S L262S HBKS 50等 亚银龙色泽相对较暗淡 厚度薄 0 05 具有一定的透光性 常用的型号为BTKSMI25UL 亚银龙 亮银龙 2 黑白单面胶 白面背胶 根据需要 有时候也采用黑白单面胶作为遮光膜 白面背胶 贴附在导光板上 黑面作为遮光面 露在外表面 常用型号如 550PBS系列 扩散片 Diffuser 1 底背光用扩散片2 侧背光用扩散片3 彩屏背光用扩散片 BACK 底背光用扩散片 扩散层 PET 背胶层 结构如图所示 底背光扩散片一般带胶 厚度较大 雾度很大 90 透光率仅约40 底背光常用扩散片为MB 633P MB 433P ED 255XL GLD 240等 厚度在0 18 0 3mm之间 保护膜 离型纸 侧背光用扩散片 结构如图所示 普通侧背光常用扩散片为TPRA 90 GLD 390 F228等 厚度在0 09 0 25mm之间 TPRA 90扩散片 蓝色为背胶 彩屏背光用扩散片 扩散层 Diffusionlayer 基材 BackingMaterial 防粘层 AntiBlocking 结构如图所示 彩屏背光常用两片扩散片 一片放在导光板和增光片之间 均化导光板出射光 称下扩散片 一片放在增光片之上 起到保护作用及防止水波纹出现 称为上扩散片 小尺寸背光扩散片厚度在0 03 0 2mm之间 彩屏背光用扩散片 下扩散片常用材质为50LSE t 0 065mm 雾度相对较大 84 透光率较低 上扩散片常用材质为50TL2 t 0 05mm 雾度相对较小 29 透光率较高 增光片 BEF 1 增光片材质结构2 增光片工作原理3 常用增光片型号 因彩屏背光亮度要求高 而使用增光片可以提高背光产品出光亮度 每片增光片的亮度增益约为50 结合使用两张增光片则可成倍提高亮度 因此增光片是彩屏背光不可或缺的组件之一 BACK 厚度 PET厚度 PET层 Acrylicresin层 棱角角度 棱角间距 棱角面 BEF产品系列构造图 断面 BEF材质结构 棱镜条放大图 小尺寸背光用的增光片厚度一般为0 065 0 072mm 厚度 PET厚度 PET层 Acrylicresin层 棱角角度 棱角间距 棱角面 带磨砂BEF产品系列构造图 断面 BEF材质结构 MATTE 粗糙磨砂层 ThinBEFIIMi Matte基材相当于一张扩散片的效果 可使光线的出光更加柔和 均匀 可隐藏背光板内小的不良 同时可以提高BEF的平整性 不易变形 BEF增光原理 Diffuselyrecycled TIR TotalInternalReflection DiffuseIllumination 70 BEF 重复反射 大约50 的入射光会被反射回去而被再利用 折射 可利用折射光增加40 70 低比例损失 重新进入下一个棱镜 扩散板 BEF缩小光出射角度 以提高一定视角范围内的出射光亮度 BEF棱镜片应用于LCD模件中 TotalInternalReflection 白色 反射板 导引导光板光线的点 CCFL灯管 LED灯源和反射片 扩散板 导光板 隐藏颗粒 宽阔的出光角度 70 控制出光角度 BrightnessEnhancementFilms Top Bottom 增光片 BEF 常用型号 行业内常用的BEF有3MBEF 银辉CM 25 由于3M公司享有增光膜产品方面的多项专利 在该行业一直处于领先并垄断的地位 同时凭借稳定 优越的质量 3M产品向来是背光增光原料的首选型号 其他公司的产品与3M公司的产品无论在结构或制作上都是大同小异 只是某些细微结构存在差异 以避免侵犯3M的专利 近期 3M的专利逐渐到期 有不少厂家紧接着投入生产 也给了背光厂家更多的选择 在成本的压力下 背光厂家也逐步接受新的增光膜产品 各类双面胶 D S T 1 普通双面胶2 黑白双面胶 双面胶的用于粘接各种光学片与导光板 各种未带胶的膜片必须由双面胶进行固定 此外 背光外表面的双面胶则用于粘接固定LCD玻璃或背光本身 BACK 1 普通双面胶 双面胶的结构有多种 有无基材的 或带PET 泡棉等各种基材类的 从颜色上分就有透明 白色 黑色等 双面胶的厚度从0 05 0 30mm 可根据使用需要选择 背光产品由于薄形化的需要 常采用0 05 0 2mm的双面胶 常用的型号有3M系列 TESA系列 寺岗系列等 丙烯酸类粘合剂 白色 透明PET 丙烯酸类粘合剂 离型纸 离型PET 离型纸 离型PET PET基材双面胶结构 2 黑白双面胶 黑白双面胶是一种较特殊的双面胶 除了具有粘合的功能外 还有反射及遮光的功能 常用于彩屏背光的出光区域 VA 界定 及粘接固定FPC 常用的黑白胶型号有550R6BW550PBWS等 五 背光源类型结构简介 1 底背光2 普通侧背光3 CCFL背光4 彩屏背光5 背光源相关参数 BACK 普通侧背光 背光类型 底背光 彩屏 CCFL 结构特点 点 光源均匀布置在背光源底部 从背光源产品底部 以垂直于扩散膜 发光面 的方向出光 1 灯源 chip 2 PCB板3 反射盖4 扩散膜 B127YG 底背光 底背光组成部分主要有 PCB电路板 灯源 ledchip 反射盖 扩散膜四部分 有些产品为增加亮度还会加上增光膜 底背光特点 结构简单 发光均匀 亮度高 驱动电流较大 颜色有黄绿 红色 琥珀等 厚度4 50 7 00mm 应用范围 仪器仪表 电话 学习机等 底背光设计 一 设计思路1 根据客户图纸的确定样品的主要结构 包括PCB板 胶框 扩散膜三部分 2 对各部件进行选材 3 确定胶框 PCB板及扩散膜的外观尺寸和公差 4 根据光电要求及V A区大小确定chip数量和排列方式 5 确定PCB板的走线方式 安排电阻位 PIN脚位置等 普通侧背光 结构 光源布置在背光板的侧边 以平行于扩散膜 发光面 的方向出光 经过导光板的反射 折射等传播方式 从扩散膜面将均匀光导出 普通侧背光有单侧和双侧入光两种 结构图如下 BACK 1 PCB 包括灯源SMD 2 反射膜3 导光板4 遮光贴布5 扩散膜6 侧遮光贴布7 导线端子 P094BI 单侧入光 双侧入光 1 PCB板2 灯源SMD3 反射膜4 导光板5 扩散膜6 侧遮光贴布7 遮光贴布 P528YG 普通侧背光特点 结构轻薄 1 00 5 00mm 亮度高 均匀性好 功耗小 颜色丰富 有红 绿 蓝 白 橙 七彩多种 尺寸可任意设计 应用范围 手机 家电 PDA POS机 MP3等 普通侧背光的设计 一 设计思路1 根据客户图纸的外观要求确定内部结构 一件套或两件套 电路原理 是否需要电阻和二级体 膜类数量等 2 确定V A区 保证缓冲区 确定灯源数量和位置 3 根据光电要求进行各部件的选材 4 根据外观尺寸要求及内部结构设计确定各部件的结构尺寸及公差 包括反射盖 导光板 PCB 膜类等 5 在确定灯源 电阻 二级体 有些产品无电阻 二级体 位置的PCB上安排具体走线 6 将各部材图进行模拟组装 比对客户图纸检查组装图效果 解决存在问题 CCFL即冷阴极发光管 它的驱动电压比其它类型背光大的多 达到220V 380V或更高 灯管的形状有一字型 U型 L型等多种 CCFL也是侧背光的一种 工作原理与普通侧背光相似 CCFL的结构主要包括CCFL灯管 导光板 扩散膜 铝框等 下图是一种典型的CCFL结构图 CCFL BACK 1 铁壳2 反射膜3 导光板4 冷阴极荧光管5 扩散膜6 胶框7 保护膜8 铁框 C191W 特点 CCFL背光是目前大尺寸背光的主流类型 该类型背光亮度高 例如目前兴起的大屏幕高清液晶电视主要还是采用CCFL背光 缺点在于厚度较大 驱动电压高 应用范围 车载显示 笔记本电脑 液晶电视等 一 设计思路1 根据客户图纸的外观要求确定内部结构2 确定V A区 保证缓冲区 确定灯源数量和位置 3 根据光电要求进行各部件的选材 4 根据外观尺寸要求及内部结构设计确定各部件的结构尺寸及公差 5 在确定灯管 逆变器 灯管包材 如 铝膜 反射膜等 6 将各部材图进行模拟组装 比对客户图纸检查组装图效果 解决存在问题 二 设计要点a 导光板的大小及厚度应选择合理的注塑机成型 b 灯管紧靠导光板 包材铝膜 反射膜不能有漏光 c 背光产品通常应考虑在平行长边方向背双面胶 因此在长度方向VA区的外侧应留出背胶位置d 灯管尽量选硬玻璃 不得有漏气 点亮氧化发黑现象 e 逆变器与灯光要配套使用 BACK 彩屏属于侧背光 但结构更精细 工艺要求更高 彩屏包括单屏和双屏两种 单屏即只有一面发光 结构主要包括 反射盖 灯源SMD FPC 反射膜 导光板 下扩散膜 下增光膜 上增光膜 上扩散膜 有些产品可省略上扩散膜 黑白双面胶等 彩屏背光 BACK 双屏即两面都发光 一面是主屏 与单屏类似 另一面是副屏 发光区较小 双屏中副屏的下扩散膜既起到将导光板的出射光扩散均匀的作用 同时也对主屏起到反射膜的作用 彩屏亮度高 通常要求2000mcd以上 因此必须使用上下增光膜 它们的条纹角度正交 且为避免配玻璃后出现干涉纹 条纹应倾斜一定角度 例如 P333W 1 反射膜2 反射盖3 导光板4 FPC5 灯源SMD6 双面胶7 下扩散膜8 下增光膜9 上增光膜10 上扩散膜11 黑白双面胶12 保护膜 彩屏 单屏 结构 1 反射盖2 导光板3 下扩散膜4 下增光膜5 上增光膜6 黑白双面胶7 FPC 含灯源SMD P336W 彩屏 双屏 结构 彩屏特点 色阶好 亮度高 均匀性好 功耗低 应用范围 广泛应用于手机 MP4 PDA 彩屏MP3等 彩屏背光设计 一 设计思路1 根据图纸要求的外观和光电参数选择各部材 注 选材需要注意材料供应情况 工作环境适应情况 结构 光电性能等 2 根据产品V A区和灯源数量确定灯源位置 然后确定反射盖 导光板的结构尺寸 注 结构设计需要考虑能否模具制造 制造费用 结构设计是否影响批量生产 3 依次确定FPC 膜类的位置及结构 注 FPC结构走线设计在生产上是否可行 膜类结构 背胶方式是否便利于裁切 4 设计FPC的电路 5 进行模拟组装 检查并改善不足 六 背光源相关参数设定的合理性 1 V A区和缓冲区 1 V A区即背光源的发光区域 为保证V A区面积 设计上应该在V A区边缘留有余地 2 缓冲区即灯源到V A区的一段距离 应特别注意缓冲区的大小 缓冲区过小会形成亮团 黑影等缺陷 3 不同的背光结构其缓冲区的大小也有所不同 下面分别介绍几种不同类型背光的缓冲区设计要求 BACK 图1 图2 LAMP灯缓冲区要求 从灯的外端 不包括PIN 至VA区距离L 12mm SMD灯缓冲区要求 灯源前端离VA区距离一般以保证L 3mm为佳 2 结构尺寸 1 尺寸公差合理化成品图纸尺寸公差一般要求为长宽 0 2 厚度方向 0 2 如一般未注公差 客户需要的重要尺寸则要求 0 1 如定位柱子间距 客户需要控制的与液晶玻璃的装配尺寸等 背光部件之间的定位尺寸公差一般要求 0 3 公差要求过于严格则会造成制造实现困难 减缓生产速度 造成大量的报废 更严重的情况是工艺无法实现 产品无法实现量产 2 结构方案合理化导光板 胶框结构设计需要考虑模具制造能否实现 费用是否过高 贴布结构 背胶方式的设计首先要满足结构性能的要求 还要考虑到材料成本 模切及装配效率等 3 光电参数 1 波长及色坐标波长决定了单色光的颜色 一般控制变化范围为5nm 色度决定了白光产品的白光效果 通常的色度坐标X 0 26 0 32Y 0 27 0 33 一般X Y值变化差值以 X 0 05 0 06 Y 0 05 0 06进行控制 2 工作电压Vf和工作电流If电路工作条件设定需要考虑到对产品的亮度的影响 A 背光源的电路采用串连或并联或串并联混合电路 B 背光源采用