TV直下式背光模组技术简介
TV-LED直下式
直下式LED背光架构TV大规模发展尚需时日大尺寸液晶屏的背光技术分为侧下式(或边缘式)和直下式(或矩阵式)两种方式。
由于其低成本和简便的架构，侧下式背光占有90%以上的大尺寸液晶屏背光市场份额。
目前，国内一线品牌如海信、海尔、康佳、创维、TCL、长虹等，皆致力于侧下式背光架构的LED TV的开发。
不过，由于直下式架构具有更省电、散热简单、图像对比度更好、可局部调光等优势，关于改用直下式(或矩阵式)LED背光架构的讨论也开始在业内兴起。
据Displaybank分析，全球LED市场将会以每年19%的增长率快速成长。
其中最主要的增长动力是来自于大尺寸液晶屏，包括液晶显示器和LED电视机的背光市场。
毫无疑问，如果LED背光架构从目前主流的边缘式大规模改为直下式(或矩阵式)，业界对LED的需求量将会激增。
全球LED市场最主要的增长动力来自于大尺寸液晶屏目前，日本Sharp公司一直力推直下式概念，并开发出LED+LENS的解决方案。
但由于只有高端型号才采用直下式技术，国内各大厂家并未积极响应，因此该技术产品的出货量并不大。
瑞丰光电子股份有限公司TV项目经理杨志勇对此进行分析，主要原因有三：一是成本问题，直下式成本现在还略高于侧下式；二是体积问题，相较侧下式，直下式的TV厚度增加较多；三是工艺问题，直下式(FULL LED &LENS)生产加工工艺较侧下式复杂。
考虑到导光板短缺的可能性和直下式具备局部调光的特色功能，瑞丰正在积极开发和储备此技术(COB、Full LED、Lens+LED的模式)。
杨志勇透露，目前瑞丰光电已与康佳、创维、TCL联合开发直下式项目。
展望今年，直下式背光技术仍将保持弱势。
飞兆半导体韩国功率转换部门副总裁赵东辉表示，现在直下式(矩阵)LED背光的占LED TV总体产量低于5%，直下式LED背光的比例预计不会提升，因为今年LED在价格方面的调整较为缓慢，而液晶电视制造商正在集中精力降低LED背光模块(BLU Back Light Unit) TV的成本，以替代冷阴极荧光灯(CCFL)背光的LCD TV。
LCD TV背光源技术简介
1. 均齐度较低 原因在于使用直下式产品通常考虑重点为高亮度需求,模块尺寸则是相 对牺牲的考虑点,因此灯管数变多较易造成呈现明暗条纹的情况产生, 对均齐度有一定的影响程度. 2. 模块厚度较厚 灯管数多虽提升了辉度,灯管所造成的热能也相对变高,对温度敏感度 高的液晶分子及彩色光阻易造成不同色温下有色彩异变的隐忧,因此直 下式背光模块通常会将厚度加深,以调整纵深的方式搭配灯管数及整体 辉度的规格要求.
近年来台湾LCD产业在顺利攻占Desktop,Laptop用的Monitor后,进一步 将市场目标放在更高尺寸的TV,然而欲达成此一目标将是新的挑战.大 众消费性的客厅用TV,与计算机信息用的Monitor大有不同,Monitor距 离近,只供单人观看,因此不必过度要求亮度(日文亦称为辉度)和可 视角度.另一方面,TV适合可多人同时较远距离观看,因此注重高亮度 和高可视角度的要求.无疑地,LCD TV的显示质量要求是高过 D Monitor的. 除了大尺寸LCD产品在质量上更为要求之外,成本也是重要考虑,小尺寸 的LCD产品,背光模块(Back Light Unit;BLU)所占的成本比例并不高, 但是在大尺寸的LCD产品上,背光模块的成本比重就大幅增长.举例来说, 15英寸规格的LCD产品,BLU仅占整体成本的23%,在30英寸规格时则达 到37%,到57英寸规格时,就攀升到50%,也就是说一个57英寸液晶电 视的成本价格,背光模块便占了一半的花费.
LCD TV背光源技术 背光源技术简介 背光源技术
侧光式背光模组的基本组成 侧光式背光模组的基本组成
直下式背光模组基本结构
大尺寸LCD TV背光模块技术趋势 大尺寸LCD TV背光模块技术趋势
相关业界正积极对于BLU的背光源及光学膜等材料,寻求明 亮,精简,轻巧,环保等多功能的解决方案而努力着.目前 被业界期待的背光源材料技术包括冷阴极萤光灯(CCFL), 发光二极管(LED),平面荧光灯管(FFL),外部电极荧光 灯管(External Electrode Fluorescent Lamp;0EEFL),热 阴极荧光管(Hot Cathode Fluorescent Lamp;HCFL),甚至 是应用纳米技术的纳米碳管(Carbon Nano Tube;CNT)等等. 每种都有独擅胜场之处,也都有技术进步的空间
TV背光模组结构..
对于导光板变窄，LED数量减少的压力，背光一直希望：
窄边发光角度变小，以 提高光的利用率
长边发光角度增大，以减少 LED与LED之间的暗影
直下式背光的要求
成本降低、厚度变薄，要求LED数量减少，要求发光角度增大(由原来的 120度增大到160-170度)
光學材料
擴散板 Optical Gap ：20mm 白反射材 LED基板 白色塑 Nhomakorabea材料反射
一般为PET+TiO2。TiO2的折射率很高（n=2.62），将TiO2 混合PET 或聚碳酸酯（polycarbonate）等光学上透明度高的树脂，经过细微发 泡而成反射片。泡的直径有数微米左右，泡越微细、密度越高，反射 率就越高。泡是折射率约1.00的素材，与透明树脂之间形成良好的屈 折率界面。从网点折射出来的光，进入反射片后，通过非常复杂的折 射使绝大部分的光返回LG中。
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导光板的材质一般为折射率1.59的聚碳酸酯(PC)(用于多用于 小尺寸背光)和折射率1.49的亚克力(PMMA)(多用于大尺寸背光。 )
光线在导光板中与全反射传播
当光线遇到底部网点(散射点)时，会有部分散 射而折射出导光板
导光板光学调整
网点设计。用来调整背光模组的亮度和均匀性，主要通过调整网 点的分布、密度和大小来实现。
原本被吸收的50%偏振光重 复利用，该膜可允许P1偏振 光通过，而将P2偏振光反射 回来重复利用再变成P1和P2， 如此反复可循环可增加亮度 60%。
光学部件的效率
TFT-LCD介绍
TFT-LCD结构示意图
Polarizer 偏光板 LC cell CF TFT PCBA Light Guide 光源 TFT LCD：Thin Film Transistor Liquid Crystal Display。超薄膜晶体管液 晶显示器 CF：Color Filter彩色濾光片。分R、G、B 三种颜色的滤光片。 Polarizer 偏光板
一种直下式TV背光模组[实用新型专利]
![一种直下式TV背光模组[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/e85d6d2e5fbfc77da369b198.png)
专利名称：一种直下式TV背光模组
专利类型：实用新型专利
发明人：李飞,文妙清,刘绍云,宋跃云,涂兴长申请号：CN201821586836.4
申请日：20180928
公开号：CN208795977U
公开日：
20190426
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供一种直下式TV背光模组，包括玻璃反射片、设置于玻璃反射片上方的玻璃扩散板，玻璃反射片顶部设置有LED透镜，LED透镜包括底座、LED光源、玻璃透镜，底座固定连接在玻璃反射片顶部，玻璃透镜固定连接在底座顶部，玻璃透镜底部向上凹陷设置有LED容置槽，LED 容置槽侧壁设置有弧形入光面，LED光源设置于LED容置槽中且固定连接在底座顶部，玻璃透镜顶部凸起设置有弧形出光面。
LED光源发出的光线经过弧形入光面折射后照射角度扩大，光线在弧形出光面的折射下照射角度再一次扩大，光线经过玻璃反射片反射到玻璃扩散板上，形成亮度均匀的发光面。
其结构简单，可有效提升背光模组发光面积，提升亮度均匀性。
申请人：东莞市银泰丰光学科技有限公司
地址：523981 广东省东莞市沙田镇阇西村银通路
国籍：CN
代理机构：东莞市永桥知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：何新华
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-- 高輝度 -- 寬視角 -- 重量輕、厚度薄 -- 價格低廉 -- 高有效發光面積比
-- 高均勻性 -- 低耗電量 -- 結構穩定、安全性高 -- 拆換性佳 -- 長壽命
背光模組之結構與比較
薄重 輝 色 均
型
齊
消費 結構 光利 發熱 燈管 電力 簡化 用率 問題 置換
化量 度 度 度
側 邊 ○○ △ ○ ○ ○ △ △ ○ ○ 式
影響 耗電量,輝度,均齊度,外觀 耗電量,輝度,均齊度,外觀 均齊度,外觀 耗電量,輝度,均齊度,外觀 輝度,均齊度,色度,視角,外觀
光學膜片考量因素
• 光學膜片參數
– 透光率(Transmittance) – 曇量 (Haze) – 厚度
•選擇考量因素
–輝度要求 –燈管間距P –燈管與擴散板距離Ld
反射層 CCFL
Diffusion Plate (擴散板)
1. 機構上作支撐 film 的作用 2. 光學上將燈管的光作均勻的擴散，提高均勻度
Reflector反射片
Lens(稜鏡片) Diffusion film(擴散片)
Diffusion plate(擴散板)
CCFL(冷陰極燈管)
擴散板材料
– 大型除塵設備 – 簡易組裝設計 – 良率控制
• 測試與檢查
– 設備工具:光學量測設備、溫度分佈量測設備、信賴性試驗機台 – 檢查方式:人工目測、機器檢測
•直立量測 •3 軸向移動 •2 軸向轉動
光學量測方法
背光模組發展趨勢
1.尺寸 : 大型化 2.重量 : 輕量化、薄型化 3.性能 : 高輝度、高均齊度、寬視角、高有效發光面積比
2. 量測設備
--光學、溫度分佈、信賴性、機構尺寸、震動、衝 擊、摔落
結構穩定、安全性高、替換性佳 4.外觀 : 品質提昇(減少暗影、輝度及色度不均現象) 5.耗電 : 低耗電 6.壽命： 長壽命 7.成本 : 降低成本、減少元件
新製程技術、新材料發展
技術挑戰與機會
1. 上游材料研發製造：
--燈管 --擴散板、擴散片、稜鏡片 (DBEF) 、反射片/板 --反流器
電氣系統
12V DC
Power supply
8.5 20.0
I
V
Inverter(換流器) 20V DC→1000V AC
單變壓器驅動單燈管 單變壓器驅動雙燈管
三、部品材料
直下式背光模組材料成本結構
稜鏡片 37.9%
鐵件 7.9%
燈管 18.4%
其他 2.7%
塑膠件 4.1%
擴散膜片 反射膜片
Prism Lens (稜鏡片)
•DBEF充分利用不同偏振方向之光源來達到輝度提昇的效果。 • 其他的BEF系列則是以視角換取輝度所以視角較差。
資料來源ห้องสมุดไป่ตู้3M
四、製造與量測檢驗
製造重點
• 燈管組加工
– 焊接 – 搬運 – 點燈與測試
• 半成品盛載與搬運
– 鐵件 – 燈管組
• 除塵、組裝與防刮傷
• 側邊入光型(Side-Edged Type)
Reflector(反射片)
光行進方向
Upper Diffuser(上擴散片) Prism Lens(稜鏡片) Prism Lens(稜鏡片) Lower Diffuser(下擴散片) Lamp Reflector(燈管反射板)
CCFL(冷陰極管)
Light Guide Plate(導光板)
直 下 △△ ○ △ △ △ ○ ○ △ △ 式
二、設計技術
光學設計要點
q‖ Lw
Ld T
Lr
P
q⊥ Le
參數
影響
Lr 外觀,均齊度
Ld 外觀,均齊度,輝度
Lw 外觀,均齊度
Le 外觀,均齊度
P 外觀,均齊度,輝度
q‖ 外觀,均齊度
q⊥ 外觀,均齊度
其他光學設計參數與考量因素
參數 燈管數 燈管管徑 管長 管電流 光學膜片
題目：直下式背光模組 技術與趨勢
大綱
一、直下式背光模組簡介 二、設計與技術 三、部品材料 四、製造與量測 五、挑戰與展望
一、直下式背光模組簡介
產品功能說明
功能： 提供LCD模組光源
擴散板 燈管
反射板
spacer
特點： 體積大、重量重、耗電量高、成本高，決定光學品質之重要零件
背光模組的型式分類之一
3.8%
4.4%
擴散板 20.8%
資料來源:瑞儀光電整理
直型燈管
CCFL(冷陰極燈管)
U型燈管
【8 Lamps】ψ3×330mm 供給管電流：5mA（單燈管） 供給電壓：640Vrms 消耗電力：5mA×8Pcs×640Vrms＝25.6W
【4 Lamps】ψ3×710mm 供給管電流：5mA（單燈管） 供給電壓：1150Vrms 消耗電力：5mA×4Pcs×1150Vrms＝23W
資料來源： Zeon
擴散板翹曲問題
Diffusion Film(擴散片)
材質有PC、PET等，依製造方式又分壓花型串珠型兩類
串珠型 (Beads)
壓花型
(a).串珠型Coating上小珠子(Beads)的特定材料後使其固化在 膜片的表面來達到霧化的效果。
(b).壓花型的表面像是蝕刻過的痕跡，在原料加工過程中轉印 鋼筒上的紋路一併成形。
–燈管置於導光板側邊 –依導光板型式和光學上的需求可選用直型、L型和U型的燈管 –優點為厚度較薄且較無溫度的問題 –目前多用在 NB PC 與Monitor型式
背光模組的型式分類之二
•直下型(Direct Type)
Reflector(反射片)
• 燈管置於擴散板下方 • 燈管通常使用直型、U型或W型燈管 • 由於燈管數量較多，因此有較佳的亮度表現 • 但有厚度較厚及溫度高的問題 • 多應用於 TV
EEFL(外部電極燈管)
FFL(平面燈管)
資料來源： Kumho
Reflector Film(反射片)
• 發泡性的PET，光線的利用率再提高 • 背面遮光印刷或者使用有Coating鋁的材料
改善漏光及E.M.I • SiO2之散射效果較佳
(內含TiO2)
(內含SiO2)
反射片形狀之設計
• 為了在光學方面能有效利用，在反射片外型上做特殊的效果，目前有 下列幾種構造。
Lens(稜鏡片) Diffusion film(擴散片) Diffusion plate(擴散板)
CCFL(冷陰極燈管)
產品立體系統圖
前框 稜鏡片
Lamp Frame Spacer Lamp 絕緣片
Diffusion Film
Diffusion Plate
背板
Reflector Film
直下式背光模組的要求