側入式背光源視角特性研究

王 歡，辛武根，王 偉，張金風，涂志中，尹傛俊，徐宇博，李乘揆

（1.合肥京東方光電股份有限公司，安徽 合肥 230031；2.合肥京東方顯示光源有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引 言

近年來，由于液晶顯示器的體積小、功耗低、無輻射、顯示質量優越等諸多優點而成功取代了傳統的CRT顯示器。但是相比于CRT顯示器，液晶顯示器仍有以下2個缺點：響應速度慢和視角小。除了筆記本、平板電腦和手機等便攜設備對視角的要求不是很高之外，其他的液晶顯示設備都要求具有較寬的視角。

視角是指用戶可以從不同的方向，尤其是水平方向清晰地觀察屏幕上所有內容的角度，通常是指2個方面：對比度視角和亮度視角。對比度視角的下降是指在離開液晶面板的法線方向觀看時，液晶面板的對比度會下降［1］，從而導致無法正常觀看圖像；亮度視角的下降是指在離開液晶面板的法線方向觀看時，亮度呈下降趨勢，從而對正常觀看圖像造成影響。

對比度視角由液晶面板所決定，而亮度視角與液晶顯示器的背光源設計有關，本文主要針對側入式背光源的亮度視角進行研究，從燈源的入光方式、導光板的類型和膜層的組配來研究側入式背光源的視角特性。

2 視角特性研究

2.1 入光方式

側入式背光源的燈源位于導光板的側邊，目前大多采用LED燈源，LED出射的光線經過導光板及光學膜層之后由原來的線光源變成畫面品味較佳的面光源，再由液晶面板進行調制形成畫面［2］。一般情況下顯示器對水平方向的視角要求比較嚴格，所以本論文涉及的亮度視角都是指水平方向的視角。國際上對于亮度視角的測試通常采用 TCO Certified Display標準［3］，但為了便于數據的對比，我們把亮度視角定義為亮度值隨角度衰減到法線方向一半的時候的視角。

側入式背光源根據燈源的位置可以分為長邊入光和短邊入光，我們在膜層架構和導光板類型確定的前提下對比了兩者對亮度視角的影響。膜層使用兩張擴散片CH27NH和一張棱鏡片MOS－T2（物性參數見表3），導光板為油墨印刷導光板，單長邊入光方式在54.6cm和59.9cm的背光源上測試，單短邊入光在47.0cm和51.1cm上測試，結果如圖1中所示。為了便于對比，法線方向（即圖1中0°方向）的亮度被歸一化至5 000cd／m2。

圖1 不同入光方式的亮度分布Fig.1 Brightness distribution of different entering type

從圖1中可以看出，短邊入光背光源在水平方向的視角具有不對稱性，47.0cm和51.1cm的背光源的燈源都位于顯示面右側，在導光板內部光線的傳播方向上有更多光被散射，所以逆時針方向的亮度要高于順時針方向的亮度。而54.6cm和59.9cm的背光源的燈源位于顯示面的下方，水平方向的視角順時針和逆時針亮度變化基本相同。

如表1中所示是不同入光方式亮度視角的對比數據，雖然短邊入光與長邊入光在水平方向上的亮度分布不太一致，但是亮度視角值基本一致。由此可知入光方式的不同會造成亮度隨視角變化的分布不一樣，對亮度視角影響不大（但是如果視角的定義不一樣，不同的入光方式會有不同的亮度視角值）。

表1 不同入光方式下的測試數據Tab.1 Test data of different entering type

2.2 導光板

導光板（Light Guide Plate，LGP）在背光源中作用是把線光源轉換為面光源，目前最常用的有油墨印刷導光板、射出成型導光板以及壓印導光板。油墨印刷技術最早用于導光板上，原理是在油墨網點中添加散射粒子，散射粒子對光起到散射作用；射出成型法是把微結構通過模芯注塑到導光板上，微結構對光有散射作用；印壓法是將金屬模板上的微結構印壓到導光板上，同樣也是由微結構對光進行散射［2］。我們分別在51.1cm單短邊背光源和54.6cm單長邊背光源上測試了上述3種導光板，使用膜層架構為2張擴散CH27NH和一張棱鏡片MOS－T2，其亮度隨角度的分布如圖2所示，亮度視角值如表2所示。從圖2和表2可以看出，51.1cm單短邊背光源的3種導光板其亮度視角基本重合，而54.6cm單長邊背光源的3種導光板的亮度視角也基本重合，且亮度視角一樣，由此可知不同類型的導光板對亮度視角沒有影響。

表2 不同類型導光板的測試數據Tab.2 Test data of different LGP type

圖2 不同導光板的亮度分布Fig.2 Brightness distribution of different LGP

2.3 光學膜層

膜層是影響視角的最主要因素。在背光源上常用的光學膜層有反射片（Reflector sheet）、擴散片（Diffuser Film）、棱鏡片（Prism Film）、微透鏡陣列膜（Microlens Film）及反射型偏振增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film，DBEF 和Brilliant Viewing Film，BVF）。反射片位于導光板下方，用于反射雜散光線，對亮度視角沒有影響［4］；擴散片對光起擴散作用，目的是使畫面品味更佳［5］；棱鏡片的作用是對散射的光起到聚光的作用，提升液晶面板法線方向的亮度［6］；微透鏡陣列膜既有擴散作用又有聚光作用［7］；反射型偏振增亮膜是將不能通過下偏光片的P光或S光轉化為可通過下偏光片的S光或P光，提高光的利用效率［8－9］。在本論文中我們測試了常見的膜層組配，膜層的參數如表3所示。

表3 光學膜層參數Tab.3 Parameters of optical film

表4是不同膜層組配下的亮度視角數據，從表中數據可以看出，不同光學膜層的組配對亮度視角的影響非常大，其中視角最小的是2張棱鏡片相互垂直放置的膜層架構，視角最大的是一張擴散組配一張DBEF的膜層架構。

表4 膜層組配及測試數據Tab.4 Collocation of optical film and test data

3 結 論

研究了可能對背光源亮度視角產生影響的因素，包括燈源入光方式、導光板類型和光學膜層組配。根據測試數據，導光板類型對亮度視角沒有影響，而入光方式不同對亮度隨視角的分布有影響，但是對二分之一亮度視角影響不大，而不同的膜層組配對亮度視角的影響最大。在其他因素確定的情況下，二分之一亮度視角最小為27°，最大可達82°。論文所得出的結論對液晶顯示設備的背光源亮度視角設計具有重要參考意義。

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