浅析液晶显示模组技术及常见问题的分析

常成祥

（东莞康佳电子有限公司 广东 东莞 523685）

现在已经进入一个高速发达的信息时代，信息显示技术在人们社会活动和日常生活中的作用日益剧增。信息处理、接受及发送等操作均借助于信息系统终端设备与人之间的界面——显示器来完成，因而显示技术的发展越来越受到人们的重视，经过多年的技术发展，目前以液晶显示器[1]为主导技术的平板显示器已成为这个领域应用的主流产品。 本文就是从液晶显示器中不可或缺的背光系统出发介绍模组部分的结构与作用，并对一些制程中常见问题进行一定的分析。

1 液晶显示器模组的构造与原理

说到液晶显示器背光模组[1]的构造必须结合液晶屏的构造与原理来阐述和理解，下面简单介绍液晶显示器的基本结构。

如图1所示的为TFT-LCD主要部件LCM的结构示意图[2]，可以清楚地从中看出LCM是由Panel板和背光源（Back Light）组成。Panel板是整个液晶显示器的核心部分，它的制造工艺也是最复杂的。此显示技术的核心技术是在panel板的制造过程中发生的。由于液晶不会发光，因此需要借助其他光源来照亮，背光系统的作用就在于此，背光源的好坏能直接影响显示效果，它通常也是影响液晶显示器的寿命的关键所在。

图1 LCM结构示意图Fig.1 LCM structure diagram

1.1 Panel板的结构及其工作原理

薄膜晶体管（TFT）液晶显示器是在扭曲向列（TN）液晶显示器中[3]引入薄膜晶体管开关而形成的有源矩阵显示，从而克服无源矩阵显示中交叉干扰、信息量少、写入速度慢等缺点，大大改善了显示品质，使它可应用到计算机高分辨率全色显示等领域。

如图2所示，在下层玻璃基板上建有TFT阵列，每个像素的ITO电极与TFT漏电极联结，栅极与扫描总线连结，原源电源与信号总线连结。施加扫描信号电压时，原源电极导通使信号电压施加到存储电容器上并充电，在帧频内存储电容器的信号电压施加到液晶像素上，使之处于选通态。再一次寻址时，由信号电压大小来充电或放电。这样各像素之间被薄膜晶体管开关元件隔离，既防止了交叉干扰又保证了液晶响应速度满足于帧频速度，同时以存储信息大小来得到灰度级，目前灰度已可达到256级，可得到1 670万种颜色，几乎可获得全色显示。薄膜晶体管（TFT）液晶显示器的另一种发展趋势是薄型化、轻量化、低功耗化。基于新型材料的开发、制造工艺技术的革新、设备精度和自动化程度的提高及软件技术的进步，使得薄膜晶体管（TFT）液晶显示器产品的更新换代的速度非常快。

图2 TFT-LCD Panel板的结构Fig.2 TFT-LCD Panel board structure

1.2 背光源（Backlight）的结构及原理

作为液晶显示器背光源目前主要有两种：一为阴极荧光灯（CFL）：自外部供应一定的电压，在阴极上放出电子，扫描荧光体而作出可视光线的光源。CFL的构造大体由玻璃板、电极、密封气体、荧光体构成，CFL是将自密封的水银发生的紫外线扫描在玻璃管内壁涂的荧光体而发生可视光。CFL的种类按放出电子的机构有CCFL和HCFL区分；二为发光二极管（LED），相比较CCFL背光源发光更均匀，寿命更高且环保性更好。LED的核心部分是由P型半导体和N型半导体的交界面就会出现一个具有特殊导电性能的薄层——PN结。PN结可以对P型半导体和N型半导体中多数载流子的扩散运动产生阻力，当对PN结施加正向电压时，电流从LED的阳极流向阴极，而在PN结中少数载流子与多数载流子进行复合，多余的能量就会转变成光释放出来。LED正是根据这样的原理实现电光的转换。采用LED背光源，LCD的厚度就能做到更薄，同时还具有更高的可靠性和稳定性。目前从行业主流发展情况看LED背光则是用于替代CCFL的一个新型背光源。

2 液晶显示器模组的构成

液晶显示器模组主要由背板、背光源、导光板、各光学膜片、PCBI和中框前壳等构件构成，相关细节部分如图3所示。

3 模组背光部分的构成和作用

背光构成[4]如图4所示，其中主要部分的作用如下：

反射片（Reflector）：主要是聚醚（PET）器材上为减少导光板入射的光源损失，具有反射功能。

导光板（Light guide Panel）：主要使用丙烯（PMMA）以 Injection Molding或Casting的方法而制作的，导光入射的光源，并具有均匀分布光源的作用。透明的导光板上，点状印刷可遮挡一部分光线，侧置的LED背光将光线从扩散板侧面打入，光线在扩散板内来回反射折射，将光线均匀分散到整个面，点状印刷遮挡住部分光线，将光线如筛子般，均匀的筛出。

图3 液晶显示器模组构成Fig.3 Liquid crystal display module structure

图4 模组背光部分构成Fig.4 Module backlight part

下扩散片（Diffuser Down）：主要是聚醚（PET）器材上以丙烯类树脂形成球形的形状，均匀扩散自导光板出光的光源，同时起集光的作用。

下增亮片（Bottom Prism）：主要是聚醚（PET）器材上以丙烯类树脂起规则地形成棱柱形状而集光的作用。辉度增加率为user表面的1.55倍。

上增亮片（Top Prism）：具有与下增亮片同样的功能，以下增亮片表面的1.33倍增加辉度。棱镜以相互十字交叉布置，收集X轴和Y轴方向的光源。

上扩散片（Diffuser Up）：具有与Diffuser Down同样的构造，以保护Prism的作用为主要目的，亦称为保护膜。要使用透过性的Diffuser，由此，多少带来Top Prism集光的光源损失，但为减少Prism特性的不良而使用。

4 液晶显示器常见不良的分析

4.1 残影

不良现象：用黑白窗口的画面显示10 s后，再切换到全黑画面之下，仍可见到黑白窗口画面的残影称之。残影保持时间必须超过 5 s以上，如图5所示。

推测原因：液晶配向能力较弱。

4.2 G line或S line

不良现象：没有特定原因所产生的 S或 G线欠陷，亦即

图5 残影不良示意图Fig.5 Afterimage adverse diagram

非断路或shift等所产生的线欠陷称之，如图6所示。

推测原因：IC故障、TCP接续不良等。

图6 G line或S line不良示意图Fig.6 G line or S line bad sketch map

4.3 IC动作不良

不良现象：Gate侧或Source侧特定范围的IC动作不良，如图7所示。

推测原因：1）IC故障；2）PWB和 TCP输入部接续不良或断线。

图7 IC动作不良示意图Fig.7 Schematic diagram of IC malfunction

4.4 BL白点/黑点

不良现象：位于 BL和面板间的异物，为模糊黑色状[5]。有的异物会因震动移动位置，如图8所示。

推测原因：在模块组立时混入或BL部材不良。

图8 BL白点/黑点不良示意图Fig.8 BL white/Black bad sketch map

4.5 BL不匀

不良内容：BL扩散片或增亮片等有松弛或歪曲的现象，造成立体状的显示不均，严重者在正视的情况下即可判别，如图9所示。

推测原因：铁框和面板间空间不足以容纳扩散片或增亮片因受热膨胀的变形。

图9 BL不匀不良示意图Fig.9 BL unevenness adverse diagram

4.6 水波纹不良

不良内容：将模块组装到 PC后，因面板受震动的影响使得画面上出现水波纹状的显示不均[5]，如图10所示。

推测原因：因面板和BL接触造成导光板的变形或弯曲。

图10 水波纹不良示意图Fig.10 Water ripple adverse diagram

5 结束语

TFT-LCD是科技含量、经济效益及社会效益都很高的技术，是现代通信和计算机等信息产业最重要的基础之一。电子计算机的普及应用，对21世纪信息化社会将产生深远的影响，而TFT-LCD是电子计算机重要的人机接口。通过发展TFT-LCD产业[6]不仅可缩短与经济发达国家在信息产业上的技术差距，同时还可带动一大批相关产业的发展。本文从液晶显示器模组结构入手，侧重背光系统模组部分构造与原理[6]，随着新技术、新材料、新工艺的逐步成熟应用，液晶显示器将在性能方面实现一定的突破和提升，更广泛的应用在各个显示领域。

[1]田民波.电子显示[M].北京：清华大学出版社，2001.

[2]黄锡珉.TFT-LCD技术的进步[J].液晶与显示，1999（14）：27-29.

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

[3]毛学军.液晶显示技术[M].北京：电子工业出版社，2008.

[4]郭强.液晶显示应用技术[M].北京：电子工业出版社，2000.

[5]谢凤兰.液晶显示器画面品质问题分析与改善 [D].苏州：苏州大学，2010.

[6]黄锡珉.液晶显示技术发展轨迹[J].液晶与显示，2003（18）：36-38.

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