手机侧式LED背光源制造技术

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手机侧式LED背光源制造技术

摘  要

手机液晶显示屏(LCD)是近年来出现的一种新型显示技术，因为其超薄、重量轻、节能省电、无电磁辐射、高分辨率等优点，赢得了广大的市场。而背光源充当了液晶显示的光源，经过半个世纪的发展，如今背光源已经成为电子独立科学。本文主要简述手机LED侧背光源的制造技术。

一、引言

由于LCD面板本身不具发光特性，因此，必须在LCD面板上加上一个发光源，方能达到显示效果，背光模块(BackLightUnit)即是提供LCD显示器产品中一个背光源的光学组件，简单来说，背光模块即为LCD显示器的一个关键零组件。

二、背光源的构造与工作原理

背光源是提供LCD面板的光源。主要由光源、导光板、光学用膜片、塑胶框等组成。背光源应具有亮度高、寿命长、发光均匀等特点。目前主要有EL、CCFL及LED三种背光源类型，依光源分布位置不同分为侧光式和直下式。随着LCD模组不断向更亮、更轻、更薄方向发展，手机侧光式LED背光源已成为目前手机背光源发展的主流。

由于直下式的模块较厚，不符合轻薄短小的趋势，因此，目前多以侧光为主；导光板的作用在于引导光的散射方向，用来提高面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性，导光板的良优对背光板影响甚大，此为侧光式背光板的关键技术之一。导光板是利用射出成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块，然后用具有高反射且不吸光的材料，在导光板的底面用网版印制的方式印上扩散点，光源位于导光板一侧边，发出的光利用反射往另一端传导，当光线射到扩散点时，反射光会往各个角度扩散，然后再由导光板正面射出，利用各种疏密、大小不一的扩散点，可使导光板均匀发光。反射板的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式，印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质，直接形成密布的微小凸点，其作用有如网点。目前国内厂商大多仍采用印刷式的导光板作为导光组件，印刷式的导光板具有开发成本低及生产快速的优点，而非印刷式的技术难度较高，但在亮度上表现优异，模具开发技术为瓶颈所在，另外，根据形状可分为平板及楔形板，平板多应用于监视器，楔型板多用于笔记型计算机。至于扩散板的主要用途，在于提高产品正面的亮度，它可让光的分布更加均匀使从正面看不到反射点的影子。另由于光自扩散板射出后，其光的指向性非常差，必须利用棱镜片(光学用膜片)来修正光的方向，达到聚光的效果，提高正面的亮度。

三、制造过程

材料清洁→反射片组装→导光板组装→LED Assy组装→扩散片组装→增光片组装→保护扩散片组装→BLU组装检查及遮光片贴付→组装完成→BLU OQC检验及辉度量测→包装及出货作业

四、技术要点

背光源作为液晶显示器显示的主要亮度来源，对提高液晶显示亮度来说至关重要。可通过多种方式从背光源方面来提升液晶显示器的亮度。当然，如果单纯的提升亮度，而不改善亮度的均匀性及灯管寿命的话，并不会完全的提升显示效果。从光源发光射至反射板、导光板，直到最后液晶显示输出的整个过程，光的利用是按比例递减的，假设导光板光效率为100％，其在导光板中损失40％，通过下偏光片损失36％，通过液晶盒损失18％以及表面反射损失1％，由此，LED显示从导光板到最终利用率不到5％。如果要提高光利用率，便需要对导光板、反射膜、棱镜膜、增亮膜等设计上提出要求，并选择相匹配的材料。

4.1 导光板

背光源模组中最核心技术为导光板的光学技术，目前主要有印刷形和非印刷(射出成型)形二种导光板形式，它们的工艺原理已在前面谈到。因此，选用的导光板直接影响到产品的亮度及一致性，从目前所使用的几款导光板来看，初选时应对导光板用光强测试仪(BM-7)进行9点测试，只有均匀度及透光率达到85％以上的导光板才能用来制造手机侧背光。

4.2 反射膜

反射膜是背光源充分光源的一个重要部件，它的反射率的高低都会直接影响显示效果。反射膜可用于灯管和导光板下面，有些公司利用特殊技术制作出具有高效率的反射膜，反射效率接近100％，使其亮度最大化获得保留。除了在灯管处的高反射膜，在导光板下的反射膜也非常重要，需要特殊的粒子结构与导光板的印刷点相匹配，不但能反射光，而且还使反射光变得十分均匀。通过使用这些特殊的反射膜，使液晶显示的轴中心亮度提高近30％。

4.3 棱镜膜和增亮膜

用过液晶显示器的用户都会发现，显示屏存在一定的可视范围。从垂直于显示平面的方向观测手机屏幕，亮度较高；但从偏离法线一定角度观测，会发现亮度不是很高。这要求本来分散的光通过一些方法集中到中心观测的一定角度，使在轴中心亮度大大增加。棱镜膜的作用就是让分散的光集中在法线70度范围内出光，其原理是利用全发射定律，让大于70度射出的光又反射回来再次被利用，可使在轴中心亮度增加110％，其原理是利用折射和全反射原理使分散的光线集中于一定的角度从背光源中发出。

在背光源中除了棱镜膜外，还有一种增亮膜。众所周知，当光通过下层偏光片时，有50％的光被吸收白白浪费掉。而采用增亮膜之后，其原理是原本被吸收的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％。增亮膜在吸收偏振光的过程中，也充分的对反射光的均匀性做出了提升，对显示效果的提升很明显。

五、光测量标准

光测量内容包括很多，这里介绍几种典型的经常需要测量的光参数。

5.1 亮度和均匀性

亮度和颜色的均匀性是衡量背光源性能的一个重要指标，人肉眼对光的亮度和均匀性非常敏感。对亮度和均匀性的测量是采用光强测试仪(BM-7)进行9点(如图二)测试。以光强的大小(9个测量点的平均值)来衡量产品的整体亮度，最暗点与最亮点的比值来衡量其亮度的均匀性。而色度坐标来反应产品颜色的均匀性。但对于不同的器件其定义也不尽相同，因为最终观看的屏幕上的亮度与观看的距离紧密相关，离屏幕越近亮度越亮。相反，离屏幕越远亮度越暗。对于产品的整体亮度值达到用户满意即可，但产品的均匀性应达到85％以上。

5.2 透射率和反射率

人们常常需要测量通过介质(玻璃、有机塑料)后的光能量。透射率定义为穿过介质后的光能量与光源的入射能量的比值。这个比值对光的均匀性有很大的影响，如仅考虑透过的可见光能量则为流明透射率。在测量中难免受测量的器件表面的反射光等影响。测量时必须加防护罩或暗室来消除这些杂散光的影响。

六、工艺难点

从我公司现批量生产的产品测试结果看，发光区有小灰尘是影响产品成品率的主要原因，因此整个制造过程需防尘和清洁。灰尘直接影响背光源的正常使用，随着集成技术的发展，手机面板的尺寸(宽度)缩小至0.9”、0.7”；在如此小的面积上要安排1024*768个象素，每个象素仅有0.02mm大小，灰尘颗粒足以将象素遮挡。如果在背光面板上有一些灰尘，会被光透射放大很多倍，表现在屏幕上是不规则排列的斑点。当亮度调低时，更为显著。手工方面也是关键，如清洁背光面面板比较困难，由于背光源表面的膜片是有机高分子膜，不宜用有机溶剂清洁，用鹿皮和丝织品清洁，容易造成划伤；用棉签清洁时，会使绵纤维滞留在偏光片表面。日本、韩国维修人员采用洁净压缩空气强力吹拂灰尘，在清洁技术中称为“气刀除尘”效果较好。浮尘均可清除。而且不拆卸，不破坏背光源部件的相对位置。这种洁净压缩空气喷筒，国内尚无生产。

七、结束语

目前，LCD器件的性能在不断地提高，其应用范围也在日益扩大，从手机、数码相机到笔记本电脑，电视、无所不在。这就刺激了对侧式LED背光源的需求，从而也促进了对新型LED背光源的研究与开发；这种研究与开发是全方位的。因此，无论在何种背光源方面都取得了进展，这就使得新型侧式LED背光源不断地涌现出来。可以认为，未来的手机背光源领域必将是一个性能不断提高，新品种不断被推出的局面。 

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