有關(guān)TFT—LCD液晶顯示光線利用效率探索

王艷卿

【關(guān)鍵詞】TFT-LCD 液晶 光線 利用效率

1 液晶背光模組部分的光效率

液晶器件屬于被動(dòng)發(fā)光的方式，液晶本身實(shí)際上是不發(fā)光的，是利用背光模組發(fā)出光源，而且分布比較均勻、亮度足夠、顏色準(zhǔn)確。一般來(lái)說(shuō)，背光模組包括光源、反射板、擴(kuò)散板等器件組成。其中，光源的作用是發(fā)出光線，依次從反射板、導(dǎo)光板、擴(kuò)散板等經(jīng)過(guò)后，從背光模組出射，最后進(jìn)入到液晶面板中。

本文結(jié)合CCFL測(cè)光式背光模組，對(duì)背光模組區(qū)域光利用效率進(jìn)行研究，光線從冷陰極熒光管出射，首先是經(jīng)燈罩的反射，之后大約是80%光線進(jìn)入到導(dǎo)光板中，然后光線的行進(jìn)方向有所調(diào)整，其中約60%的光線會(huì)從導(dǎo)光板反射，然后光線會(huì)按照一定的順序行進(jìn)，依次是下擴(kuò)散板、下棱鏡片、上棱鏡片以及上擴(kuò)散板，其中擴(kuò)散板的作用是促進(jìn)光線均勻性的提升，光線透過(guò)率最高可達(dá)91%，棱鏡片的作用在于提升正面輝度，關(guān)鍵在于集光，光線透過(guò)率大約是88%，從以上光學(xué)組件出來(lái)后，大約是38%的光線，最后進(jìn)入下面的液晶器件組件。

2 液晶面板部分的光效率

2.1 部件穿透率的影響

如果光線從背光模組發(fā)射至液晶面板，其順序?yàn)椋合仁谴┻^(guò)下偏光片，然后依次是TFT玻璃基板、液晶層以及取向?qū)?，最后?jīng)過(guò)彩色濾光膜玻璃基板、上偏光片等區(qū)域。液晶面板每一層的穿透率有所區(qū)別，比如說(shuō)下偏光板對(duì)非偏振光進(jìn)行轉(zhuǎn)化，得到的是偏振光，其中一半光線會(huì)被吸收，上下偏光板會(huì)由于材質(zhì)吸光的問(wèn)題而造成透光比例為95%左右；薄膜晶體管、彩色濾光膜基板玻璃、液晶透光比例的透光比例比較高，大約是95%；一般來(lái)說(shuō)，彩色濾光膜層表層會(huì)涂抹其他色彩，有可能是紅、綠、藍(lán)三種基色中的任何一種色彩，僅僅允許涂抹色彩的光波穿透彩色濾光膜層，根據(jù)紅、綠、藍(lán)三種基色而言，僅允許其中一種通過(guò)，因此僅有1/3的光線能夠穿透，彩色濾光膜層由于其自身材質(zhì)問(wèn)題，對(duì)光線進(jìn)行吸收，其中單色光的穿透率僅約85%，所以彩色濾光膜層光線穿透比例低于30%。綜上所述，考慮到各方面影響因素，背光模組發(fā)射的光線僅僅11%的光線能夠穿透，其中忽略了開(kāi)口率對(duì)光線穿透率產(chǎn)生的影響。

2.2 開(kāi)口率的影響

彩色濾光膜基板上最關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)就是彩色濾光膜，包括彩色層、保護(hù)層以及黑色矩陣。從液晶層發(fā)射來(lái)的光線，進(jìn)入至彩色濾光膜基板之后，其中一部分光線會(huì)直接被黑色矩陣吸收，因此無(wú)法穿透。實(shí)際上，黑色矩陣的主要作用是遮擋不受控制區(qū)域的光線，具體作用在于液晶顯示器薄膜晶體管信號(hào)電極與掃描電極的走線，此外，就是薄膜晶體管本身結(jié)構(gòu)，以及為儲(chǔ)存電壓而設(shè)置的儲(chǔ)存電容區(qū)域。以上區(qū)域不可能形成電場(chǎng)，液晶分子脫離電壓的控制，很難顯示準(zhǔn)確的灰階，如果不及時(shí)進(jìn)行遮擋，會(huì)對(duì)液晶器件透光區(qū)域正確亮度、對(duì)比度等產(chǎn)生一定程度的影響，所以通過(guò)黑色矩陣的應(yīng)用產(chǎn)生遮擋的作用，缺點(diǎn)是不可避免導(dǎo)致光線損失。開(kāi)口率的概念是指液晶的子像素有效的透光區(qū)域，和全部面積之間的對(duì)比得出的數(shù)值。一般來(lái)說(shuō)，液晶顯示器開(kāi)口率是50%，這是一個(gè)比較正常的數(shù)值，所以我們可以推斷，因?yàn)殚_(kāi)口率的影響，會(huì)損失大約一半的光線。

2.3 面板部分光效率

通過(guò)上文中液晶部件對(duì)于光線穿透率產(chǎn)生的影響，同時(shí)考慮到開(kāi)口率對(duì)光線的影響，能夠?qū)谋彻饽＝M射出的光線進(jìn)行計(jì)算，得出的結(jié)果是僅剩余光線約6%，大多數(shù)光線被吸收，因此光利用效率非常低。如果對(duì)影響因素進(jìn)行排列，最大影響因素應(yīng)當(dāng)是偏光片，其次是彩色濾光膜彩色層，最后是開(kāi)口率的數(shù)值。

3 光效率提升

以上對(duì)光線穿透率進(jìn)行分析，得出的結(jié)論是背光模組光源發(fā)射的光線僅11%可以從液晶面板射出，實(shí)際利用率非常低。所以，必須要采取措施提升光線穿透率，在減少器件功耗的同時(shí)，做到節(jié)能環(huán)保，器件的使用壽命得以延長(zhǎng)。按照之前的分析，針對(duì)面板開(kāi)口率方面采取對(duì)應(yīng)措施，或者增設(shè)背光模組的相關(guān)光學(xué)組件，也可以采取新型彩色實(shí)現(xiàn)方案，以代替現(xiàn)階段的彩色濾光膜。實(shí)際上，開(kāi)口率的提升能夠利用使用低溫多晶硅薄膜晶體管替代非晶硅薄膜晶體管，以及對(duì)陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化等方法，因?yàn)榈蜏囟嗑Ч璧碾娮舆w移率和非晶硅進(jìn)行對(duì)比來(lái)說(shuō)，高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而且器件所占面積也有所減少；除此之外，利用陣列及存儲(chǔ)電容微型化進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此提升有效透光區(qū)域所占面積，降低黑色矩陣的面積，增大器件的開(kāi)口率。有關(guān)液晶面板方面，下偏光片主要是發(fā)揮起偏作用，其中一半光線被損失，光線利用效率也因此有一定影響。可以在背光模組部分進(jìn)行光學(xué)膜層的鋪設(shè)，通過(guò)對(duì)極化與反射作用的運(yùn)用，使得背光模組的透射光和下偏光片偏光軸保持一致的極化方向，防止因?yàn)橄缕馄墓饩€吸收產(chǎn)生損失，如果DBEF單獨(dú)運(yùn)用，能夠提升液晶模組的正面亮度。

4 總結(jié)

綜上所述，光線從背光模組光源射出，然后經(jīng)過(guò)導(dǎo)光板、擴(kuò)散板、棱鏡片等各個(gè)光學(xué)元件，其中62%的光線被損失，僅38%光線可以從背光模組射出，提升光效率成為液晶顯示的重點(diǎn)，其中受到液晶面板材質(zhì)透光比例等各方面的影響，筆者建議從光線損失原因出發(fā)，利用提升開(kāi)口率的方法，或增加DBEF光學(xué)膜層，能夠有效提升光線利用效率。

參考文獻(xiàn)

[1]田英良，張磊，戴琳，程金樹(shù).TFT-LCD基板玻璃化學(xué)組成的發(fā)展?fàn)顩r與展望[J].硅酸鹽通報(bào)，2010（06）.

[2]李文波，王剛，張卓，胡望，劉宏宇，邵喜斌，徐征.TFT用掩模版與TFT-LCD陣列工藝[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2010（06）.

[3]費(fèi)民權(quán)，費(fèi)悅.TFT-LCD的寬視角技術(shù)[J].現(xiàn)代顯示，2008（11）.

[4]葉強(qiáng)，來(lái)新泉，袁冰，陳富吉，李演明.一種采用新穎的雙重自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)牡挽o態(tài)電流LDO穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)[J].半導(dǎo)體學(xué)報(bào)，2008（10）.