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EL背光板设计及其元件、原理
来源:EL冷光片_冷光片技术培训_冷光片原材料苏州长显 | 发布时间:6/10/2011 | 浏览次数:

EL背光板,就是(back light)是显示屏幕在前面变换画面,EL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EL背光板,其实就是荧光灯加一个反光板。


  EL背光板设计原理
  产品设计的一般原则
  (一)满足客户对产品基本结构及性能的要求
  1、产品基本结构:指的是外形结构,对客户模块组装有影响的结构。
  由于产品基本结构关系到客户模块,故不可以随意更改,除客户模块还没设计出来,只待EL背光板出来后才设计。
  2、性能包括:亮度、均匀度、储存温度、动作温度、输入电流电压等测试条件及光学上的要求。
  2.1 输入电流电压由客人模块决定,所以在设计时要清楚了解IF及Vf值,以便处理亮度。
  2.2 亮度指亮度每单位发光区的光的强度。
  2.3 就我长显科技来说目前能达到的储存温度范围为-30℃~+80℃;动作温度为-20℃~+70℃。
  (二)结构分析
  1、结构设计:几何形状应尽可能保证有利于成形的原则,避免模具复杂化。
  1.1例如产品能设计为走镶件的,则不要设计为走滑块.而且模具上走滑块做出来的产品会有熔接痕,影响产品的美观性,若为导光板则更会影响亮度。
  1.2走镶件的孔一般要1.0mm以上,以免薄片在滑动过程中断掉。
  2、壁厚
  2.1热固塑性材料。
  最薄处壁厚:Tmin=1.5~2.5mm。
  2.2热塑性材料:EL背光板选用的材料均为此类材料。
  最薄处壁厚:Tmin=0.25mm,但由于受射出成形的制约,以1.1inch来算,产品壁厚至少要0.4mm。
  3、加强筋:为避免受力变形,在不影响产品组装的情况下,可适当加加强筋.
  4、支撑面:为避免磨擦时对咬花面造成磨损尽量不用整个平面支撑。
  5、圆角:在不影响组装的情况下,可适当加圆角,以利于脱模。

  具体类形的设计原则
  根据有无光源、发光部位及光源的种类把产品分为四大类。
  (一)底部发光类产品
  1、构成:REF、diffuser、PCB、DICE、铝线(金线)、硅胶(E-KE45W)、AB胶。
  2、REF(框盖)
  3、PCB(基板)
  PAD的设计应遵循以下的原则:
  1)焊DICE的PAD间的距离一般为5.5~6mm。
  2)焊DICE的PAD大小为Φ0.6mm。
  3)焊DICE的PAD及打线的PAD的间距以1.0mm为宜。若间距太宽则会使成现场焊线困难。
  (二)侧部发光类产品
  1、构成:Housing(有些产品无)、导光板、TAPE、PCB(FPC)、DICE(SMD).
  2、PCB
  2.1材料
  目前常用的有FR-4及CEM-3.FR-4玻璃纤维含量较高,裁切时易产生毛边,但具有高的耐热性,厚度由0.3至3.2mm不等.CEM-3是唯一一种可
  以代替FR-4的材料,玻璃纤维含量较FR-4少,具有好的加工性,厚度由0.8~1.6mm不等。由于少量毛边可以接受的,为满足产品有耐高温性,故一般情况下选用FR-4。
  2.2外形设计
  PIN宽要求1.2mm以上。
  2.3线路的layout
  固晶线宽0.5mm以上线路宽0.4mm以上.一方面有利于散热;另一方面减小电流通过的电阻,使各颗LED的发光色度、亮度达到相似的效果.
  3、FPC
  3.1构成
  FPC有单面板及双面板之分。单面片由五层构成:PI+ADH+Cu+ADH+保护膜.双面板由九层构成:保护膜+ADH+Cu+ADH+PI+ADH+Cu+ADH+保护膜。
  3.2 电镀方式
  根据表面镀的材料不同,分为热风整平及镀镍金.由于目前我司的白光产品焊的都是SMD,根据相熔性原理,如客户无指定手指部位镀金的话,一律选择热风整平。
  3.3线路的Layout
  目前做FPC的厂家反映线宽最小能做到76.2μm.但是值得注意的是开窗部位是最薄弱的,铜只是靠一层薄薄的胶与PI粘在一起,若焊接时不小心或返工,就很容易把线路折断,所以窗口交界处线路尽量设计得宽一点。

  EL背光板的作用与分类
  液晶为非发光性的显示装置,需借助EL背光板才能达到显示的功能。EL背光板性能的好坏除了会直接影响液晶显像品质外,由于EL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EL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。
  (二)液晶模组及EL背光板结构
  *直下式不含导光板。
  **中空型导光板主要用于超大尺寸液晶模组,目前非主流产品,厂商尚无样品提供及量产计画。
  ***入光光源:萤光灯(分冷阴极管与热阴极管)、LED 光源及 有机EL面状发光源等。
  ****导光板是EL背光板光源的传播媒介,其形状及材料组成决定了光出射面的辉度及分布上均匀性的表现。导光板分类:
  1、依形状—平板(Flat Type)与楔形(Wedge Type)
  2、依适用范围—板块导光板及中空型导光板
  3、依制程—
  点印刷式/镜面(Mirror):需在导光板上印刷Dot Pattern者。
  蚀刻方式/OPI(Optical Pattern Insertion):直接将Dot Pattern设计在模具上,取代传统印刷方式。
  切削方式/V-cut:在导光板底面以切削方式制造出一条条长沟型的结构。由于辉度提高,可减少扩散板及棱镜片的使用。内部扩散方式:将一些具散射的透明颗粒材料在射出成型时直接注入导光板内部,利用其浓度的不同对光源作有效的出射调制。
  MR(Micro Reflector)素子使用喷砂方式
  4、依生产方式—射出成形(Injection):为主流技术,目前日本厂商皆采用此方式。
  广铸法(Casting):以压铸成形的方式生产导光板,需经裁切加工,虽制程麻烦但具弹性。
  为提高光效率,达到薄型、轻量化及降低成本,各家厂商无不积极进行导光板的材料、形状的改良及制程的改善,并不断研究新的技术应用。

  EL背光板之主要特性
  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EL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EL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EL背光板设计的重大考验。

  EL背光板设计及其元件、原理
  EL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EL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EL背光板未来发展的重要技术关键。
目前EL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EL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EL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EL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EL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EL背光板轻薄化后之结构强度。可以说,EL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。
 

 
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