大型直射バックライトの構造と開発動向
Oct 11, 2021
液晶ディスプレイは一種の非自発光ディスプレイ技術であり、画像を表示するにはバックライトを使用する必要があります。 したがって、バックライトの開発は、液晶ディスプレイの性能にとって非常に重要です。 しかし、大型液晶ディスプレイの需要が拡大し続ける中、従来のバックライトのコストに占める割合も高まっています。 バックライトは、その軽さ、薄さ、低消費電力、高輝度、低コストの向上に努めています。
1大型液晶パネルとバックライトの紹介
液晶ディスプレイは、液晶による光の変調により表示情報を表示します。 開発の機会と技術革新は、冷陰極蛍光管（CCFL）、外部電極蛍光灯（EEFL）、平面蛍光灯の動的制御など、バックライトの改善に密接に関連しています。 FFL（フラット蛍光ランプ）、発光ダイオード（発光ダイオード）バックライトなどの開発。
1.1LCDパネル
LCDパネルは、主にカラーフィルター（ColorFilter）、バックライトモジュール（バックライト）、ドライバーチップ（IC）、補正フィルムと偏光子（遅延フィルムと偏光子）、ITOガラス基板（ITO基板）、配向フィルム（PIフィルム）で構成されています。制御回路およびその他のコンポーネント。
1.2バックライトモジュール
バックライトモジュールは、光源、ランプシェード、リフレクター、LGP（ライトガイドプレート）、ディフューザー、BEF（輝度向上フィルム）、および外枠で組み立てられています。 その中で、光源には、冷陰極蛍光管CCFL、熱陰極蛍光管、HCFL（HotCathode Fluorescent Lamp）外部電極蛍光灯EEFL、発光ダイオードLED、フラット蛍光FFL、フィールドエミッションバックライトFE（Field Emission Backlight）、 NS。
バックライト光源は発光し、ライトガイドプレートに入ります。 拡散後、正面から一定の角度で放射され、発光領域に均一に分布し、ディフューザープレートと輝度向上フィルムを通過して、液晶ディスプレイの視野角範囲内に光を集めます。 。
2バックライトの主な構造
LCDアプリケーションは異なり、サイズ、明るさ、応答速度、解像度、彩度などの関連製品の特性に違いがあります。 一般的に、ランプの位置に応じて、以下の構造が大まかに採用されています。
2.1エッジバックライト
LGP（ライトガイドプレート）は、光の方向をガイドし、パネルの明るさを改善し、明るさを均一に制御します。
エッジバックライトの光源は、通常、ライトガイドプレートの側面にあります。 光源は、ライトガイドプレートの形状と光学的要件に応じて、ストレート、L字型、およびU字型のCCFL管を備えています。 CCFLは側面に熱放散の問題はありませんが、CCFLによって提供される光の量は、ライトガイドプレート、ディフューザーフィルム、偏光フィルム、液晶層、カラーフィルター、およびその他の多層コンポーネントを通過し、効率はかなり高くなります。低い。
2.2下部照明
大型ディスプレイで使用する場合、エッジライト構造は、重量、消費電力、および明るさの点で利点がありません。 そこで、ライトガイドプレートとその真下に光源を配置しない直射構造を開発しました。 ダイレクトタイプのバックライトは部品点数が少なく、全体の発光効率はエッジタイプよりも高くなっています。 その明るさ、均一性、彩度などは基本的に要件を満たしています。 パネルが大きいほどチューブが長くなり、チューブ自体の均一性要件が高くなるため、ディフューザープレートを増やす必要がありましたが、明るさが不十分だったため、チューブを増やし続けました。 したがって、サイズが大きいほど、バックライトのコストが高くなり、ほぼ線形になります。 しかし、ランプの増加に伴い、消費電力も液晶ディスプレイの90％にまで増加し、熱放散の問題はますます深刻になっています。
3直接バックライトの光源分類
光源システムは、ディスプレイの明るさと均一性を決定します。 LCDに使用される光源には、CCFL、HCFL、EEFL、FFL、LED、FEなどがあります。CCFLは、高輝度、高効率、長寿命、高演色性などの特性を備えており、円筒構造は光反射素子と組み合わせて薄い板状の照明装置を形成しやすいため、現在でもCCFLが主流ですが、一般的に白色光LEDが用途のトレンドになると考えられています。
3.1 CCFL
光源としては、ライトガイドプレートの急速な発展に伴い、冷陰極管が開発されてきました。 ライトガイドプレートはますます薄くなり、直径約2.6mmの冷陰極管が主流になっています。
CCFLの高電圧電極は電子を励起し、電子はNeおよびAr原子と衝突し、エネルギーを吸収し、加熱し、高エネルギーのNeおよびArはエネルギーを放出し、Hgを叩いて（Xeも使用できます）エネルギーを吸収し、Hgは紫外線を放出します光λ= 2 5 3.7nm、リン光物質に当たり、可視光を放出します。 電極からの電子放出は熱電子放出ではないので、冷陰極管と呼ばれます。 電極にフィラメントがないため、電極を細くすることができ、高効率、安定性、信頼性のメリットがありますが、反射板や拡散膜などと併用する必要があり、構造が複雑です。 32" 12本のチューブを使用します。 37"に達すると、チューブの数は約20に増加します。コストの増加が速すぎて、システム全体の40％以上に近づきます。 また、各チューブを別々に駆動する必要があり、応答速度が遅い。 飽和度はわずか約72％であり、同時に水銀の使用は潜在的な環境問題をもたらします。
3.2 LED
その利点は、低電圧、軽量、水銀フリー、長寿命などであり、その光源スペクトルは、発光材料としてのリン光物質によって生成される光よりも純粋です。 現在、NTSC 100％彩度に到達し、それを超える唯一のオプションです。 消費電力の単位でより高い輝度が得られ、応答速度はCCFLの3倍であるため、液晶パネルに高い付加価値を与えることができます。 光源には3種類のRGBLEDを使用しており、順番に切り替えて点灯させることができ、高価なカラーフィルターCFの代わりに使用できます。 ただし、価格は比較的高く、消費電力は比較的大きい。
3.3ハイブリッド
LEDハイブリッドバックライト技術は、液晶テレビの表示品質を大幅に向上させることができます。 AFLCエリアに焦点を合わせた輝度制御技術を採用しており、画像データを単独で分析し、特定の部分の明るさを自動的に調整して、明るい部分を明るくしたり暗くしたりすることができます。 その部分はより暗いです。
ハイブリッドLEDバックライト付き液晶ディスプレイ、彩度は110％、コントラスト比は10000に達することができます：応答速度は1.8ms未満、IPS広視野角テクノロジーを使用、上下、左右の視野角は最大178度です。 LEDと蛍光灯を使用したハイブリッドバックライトディスプレイは、蛍光灯バックライトを使用したディスプレイよりも45％高い105％の色飽和を達成でき、コストはLEDバックライトの約60％にすぎません。
電界放出バックライトFEFEバックライトの表示特性とコスト上の利点も将来的には重要です。
有機LEDOLEDこれは将来のディスプレイですが、バックライトとしても使用できます。 バックライトの光学構造を簡素化し、駆動電圧が低くなっています。 しかし、現在の問題は、寿命が短く、効率が低く、温度感度が低く、価格が高いことです。 。
4バックライトおよびその他のコンポーネント
4.1ライトガイドプレート（サイドライトタイプのバックライトにのみ適用可能）
光ガイドプレートの形状と材質によって、放出される光源の明るさと分布が決まります。
最も一般的なのは、光源からの距離に基づいて、光ガイドプレートの底面に分布するSiO2やTiO2などの高反射光源材料を使用し、印刷材料の性質を使用して、印刷された光ガイドプレートです。吸収して拡散し、全反射によって引き起こされる内部伝播を破壊します。 正面から均等に光を分散させます。
非印刷タイプには、射出成形ライトガイドプレート、エッチング、切断法、再処理のためのサンドブラスト法、および拡散タイプが含まれます。
エッチングタイプは金型の印刷ポイントを設計し、カットタイプはダクトプレートの前面にある長い溝をカットします。 サンドブラストはまた、モールドコアに粗い表面分布を形成します。 拡散法は、PMMAをダクトプレートに直接注入します。 明るさに関しては、エッチングされたライトガイドプレートは、印刷されたライトガイドプレートほど良くありません。
4.2リフレクター
エッジライトバックライトモジュールの反射板をライトガイドプレートの下部に配置し、底面から漏れた光を反射してライトガイドプレートに戻し、光源の漏れを防ぎ、光の使用効率を高めます。 ; ダイレクトタイプのバックライトモジュールは、反射板をライトガイドプレートに配置します。 ライトボックスの底面を貼り付けることができ、ディフューザープレートで反射された光線は、ライトボックスの底面から反射されてディフューザープレートに戻されて使用されます。
一般的に使用されている金属反射膜は、金属の導電性が高いほど、浸透深さが浅く、反射率が高いため、金属反射膜は高導電性の金、銀、銅でできています。
4.3ディフューザー
一般に、従来の拡散フィルムは、化学粒子を散乱粒子として拡散フィルムベース材料に添加することである。 既存の拡散板の粒子は樹脂層間に分散しているため、拡散層を通過する際に光は2つの層の間で屈折し続けます。 異なる速度で媒体を通過するとき、光はまた、光拡散の効果を達成するために、多くの屈折、反射、および散乱を受けます。 ディフューザー/シートは、他のダイアフラムをサポートしながら、均一な表面光源を提供します。
材料の化学粒子の性質により、必然的に光吸収と光散乱カオスを引き起こします。 固定距離の観測者の場合、光強度の一部が無駄になります。 さらに、化学プロセスは時間がかかり、必要な製造コストは比較的高い。 さらに、他の材料やプロセスで作られた多くのディフューザーがあります。
4.4 BEFブライトエンハンスドフィルム（プリズムフィルム）ブライトエンハンスドフィルム
拡散後の光の指向性は悪く、光の方向を補正するために輝度向上フィルムを使用する必要があります。 光の屈折と反射により、光を凝縮し、前面の明るさを向上させるという目的を達成します。 素材はポリエステルまたはポリカーボネートを使用しており、表面構造は一般的です。 これは角柱状の円柱または半円柱であり、大きな角度の光をより正の角度に曲げ、配光を減らし、正の濃度を達成し、バックライトモジュール全体の輝度を60％〜100％増加させることができます。 通常、1つのバックライトは2つの輝度向上フィルムを使用します。これらのフィルムは、輝度を上げるために互いに垂直です。
垂直に近い光は、光増強フィルムに入った後に完全に反射され、再び下部反射板に戻り、その後再び戻ります。 特定のパスの後、一定量の減衰が発生するはずです。 したがって、角度の小さい元のライトの場合は、実質的な助けはありません。
4.5偏光変換フィルム（PSコンバーター）
既存のLCDパネル設計では、光源モジュールはS線平行光をフィルターで除去し、P線光源を通過させ、単一の偏光を使用してLCDパネルを駆動または照明するため、光はLCDパネルに入る前の偏光偏光プレートは特定の偏光方向のエネルギーを吸収し、コールドカソードチューブによって生成される光は非偏光です。 最初の偏光板を通過するとき、光エネルギーの半分以上が吸収され、光を作ります。使用効率は非常に悪いです。 偏光変換フィルムを使用しており、その機能は光源の偏光状態を変換することです。 反射偏光子は、LCD偏光子を通過できる光と通過できない光を分離するために使用され、反射子によって反射された光は、輝度を向上させる目的で使用可能な偏光に変換されます。
集光と偏光変換の機能を統合した反射偏光変換フィルムを備えたDBEF（デュアルBEF）。 正面の明るさの向上に加えて、広い視野角の明るさも向上します。
DBEFの構造原理上記は一般的に使用されるコンポーネントです。 エッジタイプのバックライトとダイレクトタイプのバックライトでは、ダイヤフラムの配置も若干異なります。
5。結論
エッジライトバックライトは、主にデスクトップコンピューターとノートブックコンピューターのモニターで使用されます。 液晶テレビは直射日光のバックライトを使用しています。 現在、CCFLが依然として主な情報源です。 しかし、パネルの増加に伴い、そのコストと光の利用効率は理想的ではありません。 短期的には、EEFLバックライトがより簡単な代替手段です。
LEDの彩度と発光効率はまだ改善されており、解決されれば主流になるでしょう。
