薄型化背光源顶白形成机理探讨及改善
唐胜果;董春垒;刘子源;徐海丰;项海霞;张正元;随鹏;马勇;赵曼
【摘 要】介绍了背光源顶白不良,探讨了顶白的形成机理.研究发现表面光滑反射片对导光板网点间留白区域的挤压是产生顶白的根本原因.由此提出通过改善背板局部凸起高度和增加反射片粗糙度来改善顶白.结果表明:顶白发生率随背板局部凸起高度降低和反射片表面粗糙度增加而明显降低.控制模具凸棱厚度可调整回压量,进而降低背板局部凸起高度.模具凸棱厚度为0.05 mm时,背板局部凸起高度均值由无回压时的0.21 mm降低至0.11 mm,加速试验条件下对应顶白发生率由50％降低至18.7％;涂布不同大小粒子可调整反射片表面粗糙度.当反射片涂布Bead粒子径为40μm,对应粗糙度为6.29μm时,并搭配段差回压后背板,改善后背光源在加速试验条件下无顶白发生.同时,经光学、老化及振动测试,改善后背光源未发现其它相关不良.
【期刊名称】《液晶与显示》
宝贝鱼在线翻译【年(卷),期】2018(033)010
汉英大字典【总页数】8页(P836-843)
【关键词】顶白;薄型化背光源;粒子涂布;反射片;背板
【作 者】浦东大拇指广场唐胜果;董春垒;刘子源;徐海丰;项海霞;张正元;随鹏;马勇;赵曼
【作者单位】合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012;合肥鑫晟光电科技有限公司,安徽合肥230012
【正文语种】中 文
【中图分类】TN942.1
孙吉芯
1 引 言
由于TFT-LCD不能发光，需要背光源实现其功能[1]。背光源主要由背板、胶框、灯条、导光板及光学膜片组成。其工作原理为，导光板将从背光源侧边LED灯条射出的光线，通过
全反射分布到背光源的整个面上。导光板上的全反射，使得光线在整个导光板内部传输，不能从导光板的上侧即背光源正面射出。为了将光线从背光源正面射出，在导光板下侧的网点将光线的全反射变为乱反射，经反射片反射后射出导光板[2]。从导光板正面射出的光线依次经扩散片雾化和棱镜片聚光作用后形成均匀面光源。
近年来，无边框、薄型化、高亮度、低功耗等特性成为TFT-LED发展的趋势[3]。背光源作为整个TFT-LCD提供机械支撑与光源的核心部件，其亮度、厚度在很大程度上决定TFT-LCD模组亮度及厚度。因此，上述TFT-LCD特性必将通过调整背光源来实现。然而，在采用薄型化导光板及光学膜片以降低背光源厚度，并提升光线透过率的同时，将带来导光板抗机构干涉能力变弱及光学膜片遮蔽性变差等其它问题。因此，薄型化背光对背板平坦度要求更高。在普通背光源很少发生的顶白不良成为薄型化机种的典型问题。
us news
2 顶白介绍
图1 背光源顶白示意图Fig.1 EWS (Extruded white spot)
顶白外观与背光白斑类似(图.1)，因其为导光板受顶压导致，故称顶白。顶白一般发生在薄
型化背光源入光侧，且该不良具有进行性：高温高湿环境存储或长距离运输可产生或加重顶白。因此，可通过高温高湿存储老化实验或振动测试来评估背光源的抗顶白能力。
3 顶白形成机理探讨
3.1 光线在导光板内的传输
侧入光方式背光源，光线从导光板入光侧到出光侧传输过程中强度逐渐下降。为补偿出光侧光强损失，需要通过控制网点大小及疏密程度来调节光线在导光板上的分布，从而将灯条发出的线光源转化为均匀面光源[4-5]。图2为BOE某高端机种导光板网点密度曲线。网点密度随光线在导光板内传输距离增大先是明显增加，然后在出光侧逐渐减小。这是因为在导光板出光侧贴有侧反，其作用是将原本从出光侧端面射出导光板的光线重新反射进导光板。反射光线加强了出光侧光强，相应地，网点密度需适当降低以抵消反射光线。图2(a)、(b)和(c)依次为导光板入光侧，中部和出光侧的网点放大图。表1为网点高度、间距及大小在导光板以上3个位置的测量值。从表1可以看出，网点高度在导光板各位置几乎保持不变，约为7.2 μm。从入光侧到出光侧，网点间距逐渐减小，网点直径逐渐增大：入光侧网点间距为507 μm，中部间距为398 μm，出光侧进一步减小为169 μm。相应地，网点
大小从入光侧的262 μm逐渐增大至出光侧的618 μm。
图2 网点密度曲线Fig.2 Density curve of dot on LGP表1 网点高度、间距及大小在导光板上的变化Tab.1 Height, paration distance and size of dot
partnership
位置入光侧中部出光侧网点高度/μm* 7.257.217.24网点间距/μm**507398169网点大小/μm**262374618
傅滢说明：* 测试设备：3D显微镜，型号Keyence-VK-X250K
**测试设备：显微镜，型号SEC-2000MA40
图3(a)为正常况下光线在导光板上传导示意图。导光板是通过其网点与反射片接触，从而在导光板无网点的留白区域与反射片形成与网点高度相当的间隙。使得投向留白区域的光线发生全反射。全反射使光线在导光板内继续向出光侧传导，直到遇到网点后才射出导光板(图3(a)中光线Ⅲ)。然而，当背板局部有凸起时，如图3(b)所示，在背板段差处的局部凸起通过反射片顶压导光板，使导光板产生形变。同时，在顶压作用下，反射片与导光板留白区域的直接接触将改变该区域的界面：由正常情况下的PMMA(导光板材质)-空气界面变
为背板凸起时的PMMA-PET(反射片材质)界面。以上因顶压产生的形变和界面变化，将使得光线在此处的全反射遭到破坏，射向此处的部分光线将从导光板正面射出。原本在图(a)中光线Ⅲ经过多次全反射后最终在出光位置经网点乱反射后射出导光板。但在图(b)中，光线Ⅲ在背板顶压处的全反射遭到破坏，将提前射出导光板，从而使从该处射出导光板的光线增强，形成顶白。
图3 背光顶白的形成Fig.3 Formation of extruded white spot
3.2 顶白产生机理
la boys光线从光密介质进入光疏介质，当入射角增大到某临界角时，发生全反射。由此，在导光板受到顶压处全反射遭到破坏的机理可从两方面分析：一是因导光板拱翘使此处光线入射角变小，当入射角小于临界角时，全反射消失；二是界面变化，若光密介质进入光疏介质这一前提条件破坏，则全反射消失。以下将结合BOE某高端机种实际情况，从入射角和界面两个方面讨论顶白产生机理。
图4为背板凸起高度对全反射影响。相关参数意义请参考注释。图中h和d值因导光板从背
光源取出后拱翘将恢复平整而无法直接测量。我们通过测试背板凸起对应的值来替代h和d。测试方法为，用块规将背板折边朝上支立在大理石平台上，然后用靠尺来回摩擦背板。凸起处因摩擦脱锌，将呈现中心发亮，沿四周逐渐变淡的圆形或条形区域。发亮中心到脱锌边缘的距离即为d。用高度规标定脱锌边缘为基准点，量测发亮中心高度即为h。
从图4可以看出，背板凸起越高，即h值越大，则入射角γ越小。当γ小于临界角时，全反射消失。以下将计算全反射消失时凸起的最小高度hmin。
由几何关系可得：
hmin=d×tanα，
(1)
α=90°-(β+γ)，
(2)
β=arctan(H/L)，
(3)英语儿歌视频
要求得hmin，α需取最小值，则β、γ需取最大值。要使β取最大值，因H为常数值，则需L取最小值。Lmin为灯条到TFT-LCD显示区域最小距离。此例中H、 Lmin设计值分别为1.6 mm和7.4 mm；γ最大值为临界角，即γmax为42.5°；d值实测为10 mm。将式(2)，(3)代入式(1)，并代入相关参数值计算可得：hmin=5.8 mm。
然而，h实际测试值约0.2～0.3 mm(参考图6)，远小于hmin, 说明入射角不会影响光线在导光板内的全反射。下文将继续探讨界面变化对全反射影响。
图4 凸起高度对全反射影响Fig.4 Impaction of height of convexity on total reflection
图4中：H为灯条发光点到导光板底面的最大垂直距离；
L为发光面到背板凸起根部的距离；
h为导光板拱翘高度；
d为导光板拱翘最高点到其根部的水平距离；
α为导光板拱翘坡面与底面夹角；
β为入射光线与导光板底面夹角；
γ为入射角，小于临界角42.5°时全反射消失[1]。
PMMA材质导光板折射为1.49，PET材质反射片折射率为1.65[6]。因此，光线从导光板进入反射片是不会发生全反射的。图5(a)和(b)分别为入光侧与出光侧反射片与导光板挤压情况示意图。如图5(a)所示，入光侧网点间距大，即网点间留白区域大，在受到背板凸起顶压时，因缺乏足够网点支撑使反射片直接与导光板留白区域相互挤压，形成PMMA-PET界面。全反射破坏后传输至此的部分光线将从导光板正面射出，使该区域的光线得到加强，导致顶白。反观出光侧，如图5b所示，因网点越大、间距越小其支撑性越好，反射片与导光板留白区域在顶压处始终能保持间距，PMMA-空气界面得以维持。光线经导光板留白区域时仍保持全反射。这也能很好的解释顶白集中在入光侧的原因。
图5 反射片对导光板留白区域的挤压情况Fig.5 Extrusion model between the reflection and LGP
4 顶白改善
据以上顶白形成机理，可从两方面改善顶白：一是降低背板局部凸起高度以改善凸起对导光板的顶压；二是增加反射片粗糙度，以补偿导光板底面留白区域无网点支撑的空白。single ladies歌词
4.1 背板局部凸起改善
背板是通过工程模分步冲压成型的。为提升背板对液晶模组的支撑能力及与整机系统的匹配性，需要在背板上冲压加强筋或避位槽。模具下冲弯折凹槽时，弯折处受钢板恢复形变应力回弹，从而在凹槽段差周边产生局部凸起[7]。目前，业内针对背板局部凸起的整平工艺有冲压整形和段差回压两种。冲压整形是在工程模末端增加整平模具，用于整平整个背板平面。段差回压则是在凹槽成型后增加回压工艺，具体是在回压模具上依凹槽段差轮廓铣出一圈高度为0.01～0.1 mm，宽度为约为2 mm的凸棱。冲压时模具上的凸棱将背板凹槽周边凸起重新压回，并消除残余回弹应力。
图6 整平工艺对背板整体翘曲、局部凸起影响(单位：mm)Fig.6 Impaction of stamping process on BC flatness(Unit: mm)
图7 模具凸棱高度对背板凸起影(单位：mm)Fig.7 Impaction of mould bulge on local convexity(Unit: mm)
图6为整平工艺对背板局部凸起的改善效果对比。仅增加冲压整形，背板整体翘曲均值由0.29 mm下降到0.20 mm，凹槽周边局部凸起均值几乎无变化，仅增加段差回压工艺，背板整体翘曲略有改善，由0.29 mm下降到0.25 mm；局部凸起均值由0.21 mm显著下降到0.11 mm。以上结果表明，冲压整形和段差回压对改善背板整体翘曲和局部凸起各有侧重：冲压整平对背板整体翘曲有明显改善，而段差回压则能显著改善背板凹槽段差周边凸起。显然，段差回压更适合改善顶白。
