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1、显示技术进展,Progress in Display Technology,主讲：刘 琳 西安邮电学院光电信息工程教研室 Email： 20092010学年第一学期,第十章 背光板和偏光板之种类、材料、结构及其特性,参考数据： 1.平面面板显示器 基本概论 二版 顾鸿寿/周本达/陈密 /张德安/樊雨心/周宜衡 编着 出版者：高立 书号：232526发行日期：2005年8月 2.显示器原理与技术 赵中兴 编着 出版者：全华 书号：03185-01发行日期：1999,显示技术进展,2,10-1前言 10-2背光板的材料、种类及其结构 1.背光板的材料及其种类 2.背光板的结构及其特性 10-3偏光
2、板的材料、种类及其结构 1.偏光板的材料及其种类 2.偏光板的结构及其特性 10-4背光板和偏光板的应用领域与未来展望,显示技术进展,3,*背光板模块的技术早期台湾无法生产而几乎地是由日本进口，由于台湾大规模的投资于中段液晶面板的制造，而引发台湾与日本厂商策略性联盟的在台湾当地进行生产，并直接地供应给面板制造商，以期待能有效地降低制造成本以及提升产品的竞争力。 *台湾背光板模块的生产厂家有康竣光电科技、兴隆发电子、帝晶光电、大亿科技、瑞仪光电、科桥电子、奇菱科技。至于，偏光膜、保护膜、光学补偿膜以及抗反射膜等功能性的薄膜，均由日本及欧美各国进口，其中市场占有率是以日本的日东电工为最大的，而国内
3、则仍未有成熟的量产技术以及生产厂商。,10-1前言,显示技术进展,4,*液晶背光模块(Blacklight Module)可分為直视型(Direct View)和投射型(Projection)，后者仅以液晶投影机为其代 表。直视型液晶可分直下式(Direct Type)和边侧式(Edge Side)，前者有发光管的小钢珠游乐器和汽车导航系统，以 及全面发光的影像摄影机和数字照相机。边侧式的有笔记型 个人和影像摄影照相机，以及中空的监视器。 *边侧式的背光源模組是目前携带式信息产品的主流。,10-1前言,显示技术进展,5,*代表性的背光板光源的分类表,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进
4、展,6,*在边侧式背光板中，主要的发光源有发光二极管(LED)、 电激发光组件(EL)、冷阴极荧光灯(CCFL)，其中以冷阴极 荧光灯(CCFL)为市场主流，如下图所示，将其配置于有效 发光面的外侧，并在有效面上导光而正面的投影方式，其种 类可分为使用导光板(Light Guide Plate)的方式和不使用导 光板的方式。,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进展,7,*冷阴极荧光登的代表性结构及其发光强度分布示意图,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进展,8,*一般冷阴极灯管的制造工程可分為玻璃制作工程以及灯管制作工程两种，在灯管制造工程中有灯管径工程、管座安装工程；荧光粉途
5、抹工程、烘烤工程、单端管径封合工程、排气及填充工程、水银撞击填充处理工程、水银散布均匀化工程、老化工程、焊接镀金工程、登管及外观捡查工程、包装外送工程等. *在使用导光板的方式中，其导光板一般为光学透明度高的压克力树脂和聚碳树脂等作为光源传送媒介，导光板方式可以薄型化且效率都是最高的，故一般用于中、大型的液晶产品。,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进展,9,*冷阴极灯管制造流程图,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进展,10,*若不使用导光板的方式中，则是使用中空导光板或空气导光板 等作为光源传送媒介，此方法并不会使用一般塑料板作为导光板 ，而是利用中空结构中所存在的空气作为
6、光线的传播媒介，也因 为如此而背光板的整体重量将大幅减少。 *在直下式的背光源板中，有发光管方式和全面发光管方式等 两种:而发光管方式中作为发光源的冷阴极管荧光登，有直管型 、U字型、V字型和W字型，光源的直射和反射光使其散射成均匀的 面光源。 *投射方式属于直下式一种，在大型屏幕上投射，而供多数人观看 之用的液晶投影机内，而使用的超高辉度背光板，将250w的金属卤 素灯进行集光，并使用透过液晶而将其投射于40吋以上的荧光幕 上，单片彩色液晶投影方式最基本结构如下图:,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进展,11,*单片彩色液晶投影方式最基本结构,10-2.1背光板的材料及其种类,显示
7、技术进展,12,*冷阴极荧光灯管是利用水银原子的激发，而放射出紫外线 并使荧光材料发出可见光，其辉度的大小深受水银蒸气压力 的影响，在相对管辉度为100%，其管壁温度为40度c左右，至新，此一新的灯管则是在2mA以下低电流区域，其管辉度值是随着其管电流值的增加而增加，但在高电流区域而管壁温度超过40度c，则其管辉度将达到饱合值。,10-2.1背光板的材料及其种类,显示技术进展,13,*(a)导光板方式的背光板(b)直下式的背光板(c)全面发光管方式的背光板 *直下式的背光板乃是在LCD面板的正下方，将一条或数条冷阴极管并行地排列成面光源方式的背光板，此种方式的特点是荧光灯的发光量可以有效的利用
8、。 *边侧式的背光板则由灯管、反射板所持有灯管承接器所成之集光部、光导引的压克力板、底部印刷有白色点状图案及下方设置反射板，以及最后在上方设置有将光扩散之薄膜的导光部所组成。边侧型式背光板是可以使用小口径的灯管和薄的导光板，因此薄型化和轻量化是有可能的。,10-2.2背光板的结构及其特性,显示技术进展,14,*导光板方式(a)直下方式 (b)全面发光管方式的不同类型背光板模块,10-2.2背光板的结构及其特性,显示技术进展,15,*背光板的要求性能的项目，有亮度(Light Output)、均匀度 、消耗电能、寿命以及其尺寸厚度。所使用的液晶种类因STN、TFT、MIN等用途的不同，透光率的程
9、度也有所不同。 *一般透光率的改善可经由彩色虑光片、画像素开口率、液晶材料以及背光板射出光的调控等作法达成 *液晶平面显示器之亮度提升的方法，则是有效利用LCD面板所射出的光线导引到一定方向上，利用设置于扩散板上之透镜功能的棱镜板(Prism sheet)可获得明亮的画面，但是其视野角度是较狭窄。,10-2.2背光板的结构及其特性,显示技术进展,16,*背光板与相关机能(a)薄膜示意图 (b)视野角特性图,10-2.2背光板的结构及其特性,显示技术进展,17,*由于液晶模块结构的设计，而灯管的电量消耗将产生不同程度 的发热情形，而引发其表示面的显示性能发生某些的变化。 *在低消耗电量的方法，可
10、以從发光源的灯管、灯管电流的提升 、灯管电压的降低和辉度效率的提升等方面进行检讨。如灯管径 、管内气体种类、压力、电极结构、电子发射性佳的电极材料; 在灯管以外的材料方面，则有提升视角和正面辉度功能之透镜性 薄膜(Len Film)。,10-2.2背光板的结构及其特性,显示技术进展,18,*管径3mm的灯管，当导光体部份厚度变小时，则其背光板相对 辉度的值将急速降低,10-2.2背光板的结构及其特性,显示技术进展,19,*使用3mm导光板之边侧式的背光板，其能量损失的情形 驱动变频电路的损失75% 灯管回转的损失15% 导光板损失80% LCD面板损失10%,10-2.2背光板的结构及其特性,
11、显示技术进展,20,*偏光板指能将自然光转换成直线偏光的组件，其机能是将入射 光作直交而将偏光成份分离出来，一部份通过，一部份吸收、反 射和散射，使其能产生遮蔽。偏光膜可分为高分子型薄型偏光板 之碘据系聚以烯醇(I-PVA)，以及二色性有机染廖料系两种量产化产品;此外也有使用所谓的聚乙烯膜(Polyethylene Film)。以及持有光学异方向之分散粒子的散射型薄膜。 *在液晶平面显示器光学特性中，偏光板的影响是很大的，又因显示又因显示器用途不同，所需要的偏光板特性也会有所差异。,10-3偏光板的材料、种类及其结构,显示技术进展,21,*目前偏光膜的材料，主要是由聚乙烯醇(PVA)材质以及其
12、衍生 的化合物所制成的薄膜，还有将PVA高分子膜浸泡于含多价碘 离子混合态之碘化钾水溶液，再将PVA高分子膜在硼酸的水溶液 中，以四倍程度使其在单一轴方向延伸，如此则碘分子将配列排 置于链状高分子上，形成具有偏光特殊机能的含碘的聚乙烯醇膜。 *偏光膜特性的改良方法可PVA延伸工程之高分子链之配向控制， 以及吸收着之碘的化学状态最适化处理，偏光膜的透过率约为38 48%，且随着碘的吸收量而改变，又偏亮度则是随着PVA的延伸率 而有很大的相依性。,10-3.1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,22,*TAC薄片制造早期是用木棉棉绒(Cutton Linter)，作为原料 ，但是因成本价格的问题，
13、而改换成木材的纸浆料，制出纯纸 浆后，再经行醋化反應，最后形成TAC薄片，反应过程如下页图。 *在此一阶段反应中大部份的经基(Hydroxyl Group)，因醋化反应 可达62.5%醋化度，若进一步加水的话，分解后，一般的TAC薄膜 材料的醋化度约在61%。TAC的分子结构中，因存有块状似的乙腌 基(Acety1, CH3CO-)而使其吸水率变大，而因吸水後易发生卷曲 现象，故在显像处理时必需将其恢复成平滑的平整状态，其TAC和 PET材料之润湿时间和吸水率及卷曲值的关系图如下页图,10-3.1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,23,*三醋酸纤维素(TAC)的反应过程和分子结构,10-3.
14、1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,24,*TAC和PET材料之润湿时间、吸水率以及卷曲值,10-3.1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,25,*在各种有机高分子材料或塑料材料中，一般均会添加15wt%左右 的可塑剂，以使材料的溶融温度和溶融粘度降低，并容易成型加工 、溶剂的干燥性快且成膜速度容易提升、防污性、反射防止性、 耐刮伤性、防眩性、耐冲击强度、耐折断强度、难燃性、吸湿性 、以及最后产品之柔软性等各种力学特性的改良。 *TAC添加可塑性之基本特性的要求，有相溶性佳且无折出现像， 目前最广泛使用的可塑剂是三笨磷化物(TPP)，其虽燃性、蔬水性 及干燥性都非常优越，但其相溶性不是太好，
15、需要加入溶化剂可 以解决问题。,10-3.1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,26,*TAC薄膜的制作方法，有压延法(Calendar)、溶融压出法，溶液制膜法等一般都是使用溶液制膜法，其程序是在TAC薄片屑，添加混合溶媒和可塑剂,并使用其溶解的溶液经过过虑，再其使其覆盖镜面之鼓面和板面上，求次是在干燥区域进行干燥和搬送，并使其由支称体的表面剥离而卷曲包装。 *溶液制膜法的优点有均一的平面形状和光学等方向性，但是其制膜速度是很慢的，而且不合符经济效应生产效应。 *偏光板用保护膜是贴附于偏光板的两面，其功能除了可增加强度以外对于光热和湿度也具有某些程度的保护作用。 *平面显示器视野角度括大的需
16、求性大，一般在看液晶显示器角度倾斜时，表示影像的对比度降低，全黑或全白的影像不清楚的画面，而这些都是液晶晶胞中的向列型(Nematic)液晶分子的复折射变化效应所造成，若可以有效的利用广视野角薄膜材料，就可以防止黑色部份的光泄露。,10-3.1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,27,*最近厂商开发出偏光板一体成型视角扩大用TAC膜，其特点是有 两倍的复折射性、可使面板总厚度减少约200m且光有透过率提 升2%，其作法是在液晶胞中央部份几乎垂直排列之液晶分子，担 任光学补偿的两片TAC膜的位相膜或光学补膜，以增加其功能性而 减少一个片数，尤其是增强其复折射之光学功能，而可部份地减 少一个片数。 *光学补偿膜的发展，是起源在因阴极射线管的表面做反射防止 之用的光学测定时的补偿膜，即是將直线偏光膜和1/4波长膜组 合後，获得圆形偏光或圆偏光并采用为光反射防止材料，后来成 功应用在STN-LCD的无彩化技术。 *从一方入射的光线在液晶晶胞内扭曲性液晶，利用此一扭曲性 而将直线偏光进行偏光补偿作用。,10-3.1偏光板的材料及其种类,显示技术进展,
