淺析液晶顯示模組技術及常見問題的分析

常成祥

（東莞康佳電子有限公司 廣東 東莞 523685）

現在已經進入一個高速發達的信息時代，信息顯示技術在人們社會活動和日常生活中的作用日益劇增。信息處理、接受及發送等操作均借助于信息系統終端設備與人之間的界面——顯示器來完成，因而顯示技術的發展越來越受到人們的重視，經過多年的技術發展，目前以液晶顯示器[1]為主導技術的平板顯示器已成為這個領域應用的主流產品。 本文就是從液晶顯示器中不可或缺的背光系統出發介紹模組部分的結構與作用，并對一些制程中常見問題進行一定的分析。

1 液晶顯示器模組的構造與原理

說到液晶顯示器背光模組[1]的構造必須結合液晶屏的構造與原理來闡述和理解，下面簡單介紹液晶顯示器的基本結構。

如圖1所示的為TFT-LCD主要部件LCM的結構示意圖[2]，可以清楚地從中看出LCM是由Panel板和背光源（Back Light）組成。Panel板是整個液晶顯示器的核心部分，它的制造工藝也是最復雜的。此顯示技術的核心技術是在panel板的制造過程中發生的。由于液晶不會發光，因此需要借助其他光源來照亮，背光系統的作用就在于此，背光源的好壞能直接影響顯示效果，它通常也是影響液晶顯示器的壽命的關鍵所在。

圖1 LCM結構示意圖Fig.1 LCM structure diagram

1.1 Panel板的結構及其工作原理

薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器是在扭曲向列（TN）液晶顯示器中[3]引入薄膜晶體管開關而形成的有源矩陣顯示，從而克服無源矩陣顯示中交叉干擾、信息量少、寫入速度慢等缺點，大大改善了顯示品質，使它可應用到計算機高分辨率全色顯示等領域。

如圖2所示，在下層玻璃基板上建有TFT陣列，每個像素的ITO電極與TFT漏電極聯結，柵極與掃描總線連結，原源電源與信號總線連結。施加掃描信號電壓時，原源電極導通使信號電壓施加到存儲電容器上并充電，在幀頻內存儲電容器的信號電壓施加到液晶像素上，使之處于選通態。再一次尋址時，由信號電壓大小來充電或放電。這樣各像素之間被薄膜晶體管開關元件隔離，既防止了交叉干擾又保證了液晶響應速度滿足于幀頻速度，同時以存儲信息大小來得到灰度級，目前灰度已可達到256級，可得到1 670萬種顏色，幾乎可獲得全色顯示。薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器的另一種發展趨勢是薄型化、輕量化、低功耗化。基于新型材料的開發、制造工藝技術的革新、設備精度和自動化程度的提高及軟件技術的進步，使得薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器產品的更新換代的速度非常快。

圖2 TFT-LCD Panel板的結構Fig.2 TFT-LCD Panel board structure

1.2 背光源（Backlight）的結構及原理

作為液晶顯示器背光源目前主要有兩種：一為陰極熒光燈（CFL）：自外部供應一定的電壓，在陰極上放出電子，掃描熒光體而作出可視光線的光源。CFL的構造大體由玻璃板、電極、密封氣體、熒光體構成，CFL是將自密封的水銀發生的紫外線掃描在玻璃管內壁涂的熒光體而發生可視光。CFL的種類按放出電子的機構有CCFL和HCFL區分；二為發光二極管（LED），相比較CCFL背光源發光更均勻，壽命更高且環保性更好。LED的核心部分是由P型半導體和N型半導體的交界面就會出現一個具有特殊導電性能的薄層——PN結。PN結可以對P型半導體和N型半導體中多數載流子的擴散運動產生阻力，當對PN結施加正向電壓時，電流從LED的陽極流向陰極，而在PN結中少數載流子與多數載流子進行復合，多余的能量就會轉變成光釋放出來。LED正是根據這樣的原理實現電光的轉換。采用LED背光源，LCD的厚度就能做到更薄，同時還具有更高的可靠性和穩定性。目前從行業主流發展情況看LED背光則是用于替代CCFL的一個新型背光源。

2 液晶顯示器模組的構成

液晶顯示器模組主要由背板、背光源、導光板、各光學膜片、PCBI和中框前殼等構件構成，相關細節部分如圖3所示。

3 模組背光部分的構成和作用

背光構成[4]如圖4所示，其中主要部分的作用如下：

反射片（Reflector）：主要是聚醚（PET）器材上為減少導光板入射的光源損失，具有反射功能。

導光板（Light guide Panel）：主要使用丙烯（PMMA）以 Injection Molding或Casting的方法而制作的，導光入射的光源，并具有均勻分布光源的作用。透明的導光板上，點狀印刷可遮擋一部分光線，側置的LED背光將光線從擴散板側面打入，光線在擴散板內來回反射折射，將光線均勻分散到整個面，點狀印刷遮擋住部分光線，將光線如篩子般，均勻的篩出。

圖3 液晶顯示器模組構成Fig.3 Liquid crystal display module structure

圖4 模組背光部分構成Fig.4 Module backlight part

下擴散片（Diffuser Down）：主要是聚醚（PET）器材上以丙烯類樹脂形成球形的形狀，均勻擴散自導光板出光的光源，同時起集光的作用。

下增亮片（Bottom Prism）：主要是聚醚（PET）器材上以丙烯類樹脂起規則地形成棱柱形狀而集光的作用。輝度增加率為user表面的1.55倍。

上增亮片（Top Prism）：具有與下增亮片同樣的功能，以下增亮片表面的1.33倍增加輝度。棱鏡以相互十字交叉布置，收集X軸和Y軸方向的光源。

上擴散片（Diffuser Up）：具有與Diffuser Down同樣的構造，以保護Prism的作用為主要目的，亦稱為保護膜。要使用透過性的Diffuser，由此，多少帶來Top Prism集光的光源損失，但為減少Prism特性的不良而使用。

4 液晶顯示器常見不良的分析

4.1 殘影

不良現象：用黑白窗口的畫面顯示10 s后，再切換到全黑畫面之下，仍可見到黑白窗口畫面的殘影稱之。殘影保持時間必須超過 5 s以上，如圖5所示。

推測原因：液晶配向能力較弱。

4.2 G line或S line

不良現象：沒有特定原因所產生的 S或 G線欠陷，亦即

圖5 殘影不良示意圖Fig.5 Afterimage adverse diagram

非斷路或shift等所產生的線欠陷稱之，如圖6所示。

推測原因：IC故障、TCP接續不良等。

圖6 G line或S line不良示意圖Fig.6 G line or S line bad sketch map

4.3 IC動作不良

不良現象：Gate側或Source側特定范圍的IC動作不良，如圖7所示。

推測原因：1）IC故障；2）PWB和 TCP輸入部接續不良或斷線。

圖7 IC動作不良示意圖Fig.7 Schematic diagram of IC malfunction

4.4 BL白點/黑點

不良現象：位于 BL和面板間的異物，為模糊黑色狀[5]。有的異物會因震動移動位置，如圖8所示。

推測原因：在模塊組立時混入或BL部材不良。

圖8 BL白點/黑點不良示意圖Fig.8 BL white/Black bad sketch map

4.5 BL不勻

不良內容：BL擴散片或增亮片等有松弛或歪曲的現象，造成立體狀的顯示不均，嚴重者在正視的情況下即可判別，如圖9所示。

推測原因：鐵框和面板間空間不足以容納擴散片或增亮片因受熱膨脹的變形。

圖9 BL不勻不良示意圖Fig.9 BL unevenness adverse diagram

4.6 水波紋不良

不良內容：將模塊組裝到 PC后，因面板受震動的影響使得畫面上出現水波紋狀的顯示不均[5]，如圖10所示。

推測原因：因面板和BL接觸造成導光板的變形或彎曲。

圖10 水波紋不良示意圖Fig.10 Water ripple adverse diagram

5 結束語

TFT-LCD是科技含量、經濟效益及社會效益都很高的技術，是現代通信和計算機等信息產業最重要的基礎之一。電子計算機的普及應用，對21世紀信息化社會將產生深遠的影響，而TFT-LCD是電子計算機重要的人機接口。通過發展TFT-LCD產業[6]不僅可縮短與經濟發達國家在信息產業上的技術差距，同時還可帶動一大批相關產業的發展。本文從液晶顯示器模組結構入手，側重背光系統模組部分構造與原理[6]，隨著新技術、新材料、新工藝的逐步成熟應用，液晶顯示器將在性能方面實現一定的突破和提升，更廣泛的應用在各個顯示領域。

[1]田民波.電子顯示[M].北京：清華大學出版社，2001.

[2]黃錫珉.TFT-LCD技術的進步[J].液晶與顯示，1999（14）：27-29.

HUANG Xi-min.TFT-LCD technology progress[J].Liquid Crystal Display，1999（14）：27-29.

[3]毛學軍.液晶顯示技術[M].北京：電子工業出版社，2008.

[4]郭強.液晶顯示應用技術[M].北京：電子工業出版社，2000.

[5]謝鳳蘭.液晶顯示器畫面品質問題分析與改善 [D].蘇州：蘇州大學，2010.

[6]黃錫珉.液晶顯示技術發展軌跡[J].液晶與顯示，2003（18）：36-38.

HUANG Xi-min.The liquid crystal display technology development[J].Liquid Crystal Display，2003（18）：36-38.