什么是背光板

什么是背光板

所谓背光板，其英文名称为back light，其实就是指显示屏幕在前面变换画面，背光板是制造液晶LCD的。LCD液晶显示器的液晶面板并不发光，只能透光，所以要在背面加一个高亮的发光体，这就是背光板，其实就是荧光灯加一个反光板。

背光板主要特性
　　
1.辉度：要求高辉度，例如笔记型电脑需求1600nit； 监视器需求3000~6000nit 　　

2.均匀度：黑白液晶模组用为75%彩色液晶模组用为80%以上 　　

3.耗电量：要求低耗电，一般为Lamp管电流3~3.5mA。 　　

4.重量：此项特质为可携式电脑用背光板相当重要的考量点，为求轻量化，除导光板由原来的平板改为楔型(wedge type)，并朝更薄型的方向开发(目前wedge type的厚度已要求2.0~0.7mm)。目前重量对桌上型液晶显示器而言虽非重要课题，惟在显示器朝更大型化发展时，导光板的重量将成为模组设计时的考量重点。 　　

上述四项特性为评估背光板performance的主要依据。但事实上由于这些要求之间相互冲突，例如低耗电量与高辉度、轻且薄的导光板与高导光效率，将很难让每项特性都达maximum。是以如何做到total performance的最大值，是背光板设计的重大考验。

背光板组件及其功能
　　
振荡器：产生60-100KHZ的振荡方波信号。 　　

功率放大：把振荡器产生的信号放大到足够点亮灯管的功率。 　　

高压输出：把功率放大后的信号升压并转换为正弦波输出，点亮CCFL灯管。 　　

保护检测：对背光板输出的电压及CCFL灯管的工作电流、工作状态进行检测，如果有异常，控制振荡器停止输出，进入保护状态。

背光板结构

在一般的CRT 屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉,藉以产生亮光, 来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并无发光的功能. 因此,液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源. 我们在上面的TFT LCD的切面结构图中可以看到, 组成背光板的主要零件有灯管(冷阴极管), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等等. 灯管是主要的发光零件,藉由导光板, 将光线分布到各处. 而反射板则将光线限制住都只往TFT LCD的方向前进. 最后藉由prism sheet 及扩散板的帮忙, 将光线均匀的分布到各个区域去, 提供给TFT LCD一个明亮的光源. 而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成不同的灰阶.

图1 背光板

背光板的作用与分类

液晶为非发光性的显示装置，需借助背光板才能达到显示的功能。背光板性能的好坏除了会直接影响液晶显像品质外，由于背光板的成本占液晶模组的10~15%，所消耗电力更占模组的75%，是以可说是液晶模组中之关键零组件。因此高精细、大尺寸的液晶，必须有高性能的背光技术与之配合。当LCD产业努力开拓新应用领域的同时，背光技术的高性能化亦将是重要发展课题。

有关背光板的分类，可依照其尺寸规格及应用范围区分如下：

小型尺寸：1.8~4吋，常用于数位相机等照明或摄影器材的光源。

中型尺寸：5~7吋，常用于汽车仪表板、导航仪器及电动玩具的光源。

大型尺寸：8~14.1吋，常用于笔记型电脑显示萤幕的光源，目前为背光模组市场销售之主力。

超大尺寸：15吋以上，常用于大型显示萤幕、车灯装置及扫瞄器之光源。

此外，若以显示之色彩来分，则可区分为黑白液晶模组用及彩色液晶模组用。
 

背光板设计及其元件、原理

背光板虽然光学机构看似简单，但每一个组成元件的光学特性，尺寸及相对位置都对背光板整体光学表现形成环环相扣，紧密结合的互动关系，因此在朝向薄形，高效能的同时，如何在将机构简化，制程简化的同时还要提高光学效能，是背光板未来发展的重要技术关键。

目前背光板结构大体分为光源部份及导光部份，光源部份包括灯管及反射罩，其材质的光学性能由各家供应商不断研究改善，但其空间配置以及材料搭配设计决定背光板光学性能之上限，这部份必须以理论及实验的验证以求得最佳化。

在导光部份其结构由下而上依序为反射片、光学图样、压克力、扩散片、两片棱镜片，有时在棱镜片上方还需要一层具保护作用的扩散片。而这些多层又复杂的结构，在薄形化的考量之下，最先考虑到能降低厚度的材料便是压克力，但由于压克力在背光板结构中所担任的角色便是光源的传导(所以又称为导光板)，在薄形化的同时将造成光源分布的改变，光学图样的设计必须配合做变化。而在大尺寸的要求之下，薄化亦有其制程上的困难。在克服这些困难的同时，为降低材料及制造成本并再降低整体厚度，减少导光板上方所使用的光学薄片材料亦是努力的方向。但这些薄片材料具有改善视觉效果，收敛光束方向，强化亮度等功能，可说是缺一不可。于是研究如何将这些效果结合在单一材料中，正是背光板设计的另一个难题。

目前的趋势乃是将光学图样及扩散和收敛视角功能全部合并在导光压克力上。如此将只需要一层光学棱镜片便可达到早先设计的效果。但也增加了导光板光学设计的复杂度及难度。即使设计出理想中高效率之结构，亦须制程射出技术同时提升才能达到要求。以目前背光板之光学效率来说，仍有非常大的改善空间。但整体结构的精密度要求亦相对严苛，即使是固定作用的外框，对光学也有非常大的影响。机构不够紧密将造成光源分布改变影响效率，一般还会利用外框来作侧边泄漏光源的反射，故其光学特性亦须考量。而其硬度亦决定背光板轻薄化后之结构强度。可以说，背光板所有不论大小元件，一方面是机构元件，一方面又是光学元件，可以说是光学机构的极致。