《背光知识简介》PPT课件.ppt

背光源知识简介,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,Digital Camera,Mp4,Mp3,Mobile Phone,Notebook PC,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I0 N1 sinI0=N2sin90 sinI0=N2/N1=1/1.4916=0.67 I0=42.2 结论:当入射角I142.2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(),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,YellowGreen 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6500mcd，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101500mcd，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1001500mcd，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0.050.2mm，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（0.040.065mm)，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0.180.3mm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0.090.25mm之间。,TPRA-90 扩散片（蓝色为背胶）,彩屏背光用扩散片,扩散层(Diffusion layer),基材（Backing Material),防粘层（Anti Blocking),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0.030.2mm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,Acrylic resin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0.0650.072mm,厚 度,PET厚度,PET层,Acrylic resin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）,ThinBEF II Mi,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*,*Total Internal Reflection,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 4070,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,Total Internal Reflection,“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,Brightness Enhancement Films,Top,Bottom,增光片（BEF）常用型号,行业内常用的BEF有3M BEF、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（）,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0.050.30mm，可根据使用需要选择。,背光产品由于薄形化的需要，常采用0.050.2mm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（led chip）、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4.507.00mm。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（1.005.00mm），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L12mm,SMD灯缓冲区要求：灯源前端离VA区距离一般以保证L3mm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：0.26-0.32 Y：。一般X、Y值变化差值以X=0.050.06，Y=0.050.06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、背光源采用定电压或定电流供电。C、定电压时，为了保证灯源工作在正常状况下，即保证每颗LED灯工作在1520mA电流下，有时需要串连入电阻进行分压，以确保灯源承受的电压在正常范围内。D、定电流时，为了保证产品电压在要求范围，有时也需要串连入电阻以调节背光工作电压值。,E、工作电压Vf变化范围 a.背光源线路上直接带电阻，电压范围可按0.2V控制，如图1线路，VF=7.00.2可正常控制；若布置空间够的情况下,则优先采用.,b.背光源上不带电阻，工作电压则按每一支路的灯源VF范围和支路上的串联灯源数决定。如图2，单灯的VF范围为，每支路上是2PCS灯源串联，那么并且光源工作电压范围为；,图1,图2,（3）亮度,亮度是背光源的重要参数，它反映了背光源的光亮程度。亮度与光源的辐射强度有关，也与人眼对不同波长的光的敏感性有关。亮度测试仪器：BM7 探头与出光面距离：350mm,（4）均匀性,网点的设计和模具的表面处理（抛光、放电、喷砂）都对产品均匀性产生影响。均匀性反映了背光源发光区亮度的均匀程度。均匀性=Lv(min)/Lv(max)。均匀性与测试点位置有关；*测试点至V.A区外沿的距离为3mm。,五点测试法,九点测试法,底背光的均匀性75%；侧背光的均匀性，需根据产品的结构、发光形式以及面积大小等确定，开模产品一般在80%以上，丝印产品一般在70%以上。彩屏手机背光的均匀性80%,各类型背光均匀性标准,（5）工作、存储条件参数要求,背光的工作、存储条件参数的一般有工作、存储温度、湿度范围要求。既是要求背光在高温、高湿或低温，或者冷热冲击情况下均能正常工作；一般的工作温度要求为-3070，存储温度要求为-4080。实际上，这也是对材料和设计方案的检验要求；各种材料灯源、导光板、光学膜片、双面胶在上述的环境中均需保持其功能。为检验材料、产品的性能，以及设计方案是否合理，材料和产品均需要进行高、低温度储存实验，冷热循环冲击实验。,七、背光源的发展方向,随着市场对于显示模块大尺寸、薄形化的需要，利用先进的设计技术和生产工艺组合，在保持亮度或更高亮度的前提下，使背光模块超薄化、超大化是业界发展的主流。,BACK,