侧入式背光源视角特性研究

王 欢，辛武根，王 伟，张金风，涂志中，尹傛俊，徐宇博，李乘揆

（1.合肥京东方光电股份有限公司，安徽 合肥 230031；2.合肥京东方显示光源有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引 言

近年来，由于液晶显示器的体积小、功耗低、无辐射、显示质量优越等诸多优点而成功取代了传统的CRT显示器。但是相比于CRT显示器，液晶显示器仍有以下2个缺点：响应速度慢和视角小。除了笔记本、平板电脑和手机等便携设备对视角的要求不是很高之外，其他的液晶显示设备都要求具有较宽的视角。

视角是指用户可以从不同的方向，尤其是水平方向清晰地观察屏幕上所有内容的角度，通常是指2个方面：对比度视角和亮度视角。对比度视角的下降是指在离开液晶面板的法线方向观看时，液晶面板的对比度会下降［1］，从而导致无法正常观看图像；亮度视角的下降是指在离开液晶面板的法线方向观看时，亮度呈下降趋势，从而对正常观看图像造成影响。

对比度视角由液晶面板所决定，而亮度视角与液晶显示器的背光源设计有关，本文主要针对侧入式背光源的亮度视角进行研究，从灯源的入光方式、导光板的类型和膜层的组配来研究侧入式背光源的视角特性。

2 视角特性研究

2.1 入光方式

侧入式背光源的灯源位于导光板的侧边，目前大多采用LED灯源，LED出射的光线经过导光板及光学膜层之后由原来的线光源变成画面品味较佳的面光源，再由液晶面板进行调制形成画面［2］。一般情况下显示器对水平方向的视角要求比较严格，所以本论文涉及的亮度视角都是指水平方向的视角。国际上对于亮度视角的测试通常采用 TCO Certified Display标准［3］，但为了便于数据的对比，我们把亮度视角定义为亮度值随角度衰减到法线方向一半的时候的视角。

侧入式背光源根据灯源的位置可以分为长边入光和短边入光，我们在膜层架构和导光板类型确定的前提下对比了两者对亮度视角的影响。膜层使用两张扩散片CH27NH和一张棱镜片MOS－T2（物性参数见表3），导光板为油墨印刷导光板，单长边入光方式在54.6cm和59.9cm的背光源上测试，单短边入光在47.0cm和51.1cm上测试，结果如图1中所示。为了便于对比，法线方向（即图1中0°方向）的亮度被归一化至5 000cd／m2。

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

从图1中可以看出，短边入光背光源在水平方向的视角具有不对称性，47.0cm和51.1cm的背光源的灯源都位于显示面右侧，在导光板内部光线的传播方向上有更多光被散射，所以逆时针方向的亮度要高于顺时针方向的亮度。而54.6cm和59.9cm的背光源的灯源位于显示面的下方，水平方向的视角顺时针和逆时针亮度变化基本相同。

如表1中所示是不同入光方式亮度视角的对比数据，虽然短边入光与长边入光在水平方向上的亮度分布不太一致，但是亮度视角值基本一致。由此可知入光方式的不同会造成亮度随视角变化的分布不一样，对亮度视角影响不大（但是如果视角的定义不一样，不同的入光方式会有不同的亮度视角值）。

表1 不同入光方式下的测试数据Tab.1 Test data of different entering type

2.2 导光板

导光板（Light Guide Plate，LGP）在背光源中作用是把线光源转换为面光源，目前最常用的有油墨印刷导光板、射出成型导光板以及压印导光板。油墨印刷技术最早用于导光板上，原理是在油墨网点中添加散射粒子，散射粒子对光起到散射作用；射出成型法是把微结构通过模芯注塑到导光板上，微结构对光有散射作用；印压法是将金属模板上的微结构印压到导光板上，同样也是由微结构对光进行散射［2］。我们分别在51.1cm单短边背光源和54.6cm单长边背光源上测试了上述3种导光板，使用膜层架构为2张扩散CH27NH和一张棱镜片MOS－T2，其亮度随角度的分布如图2所示，亮度视角值如表2所示。从图2和表2可以看出，51.1cm单短边背光源的3种导光板其亮度视角基本重合，而54.6cm单长边背光源的3种导光板的亮度视角也基本重合，且亮度视角一样，由此可知不同类型的导光板对亮度视角没有影响。

表2 不同类型导光板的测试数据Tab.2 Test data of different LGP type

图2 不同导光板的亮度分布Fig.2 Brightness distribution of different LGP

2.3 光学膜层

膜层是影响视角的最主要因素。在背光源上常用的光学膜层有反射片（Reflector sheet）、扩散片（Diffuser Film）、棱镜片（Prism Film）、微透镜阵列膜（Microlens Film）及反射型偏振增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film，DBEF 和Brilliant Viewing Film，BVF）。反射片位于导光板下方，用于反射杂散光线，对亮度视角没有影响［4］；扩散片对光起扩散作用，目的是使画面品味更佳［5］；棱镜片的作用是对散射的光起到聚光的作用，提升液晶面板法线方向的亮度［6］；微透镜阵列膜既有扩散作用又有聚光作用［7］；反射型偏振增亮膜是将不能通过下偏光片的P光或S光转化为可通过下偏光片的S光或P光，提高光的利用效率［8－9］。在本论文中我们测试了常见的膜层组配，膜层的参数如表3所示。

表3 光学膜层参数Tab.3 Parameters of optical film

表4是不同膜层组配下的亮度视角数据，从表中数据可以看出，不同光学膜层的组配对亮度视角的影响非常大，其中视角最小的是2张棱镜片相互垂直放置的膜层架构，视角最大的是一张扩散组配一张DBEF的膜层架构。

表4 膜层组配及测试数据Tab.4 Collocation of optical film and test data

3 结 论

研究了可能对背光源亮度视角产生影响的因素，包括灯源入光方式、导光板类型和光学膜层组配。根据测试数据，导光板类型对亮度视角没有影响，而入光方式不同对亮度随视角的分布有影响，但是对二分之一亮度视角影响不大，而不同的膜层组配对亮度视角的影响最大。在其他因素确定的情况下，二分之一亮度视角最小为27°，最大可达82°。论文所得出的结论对液晶显示设备的背光源亮度视角设计具有重要参考意义。

［1］ 牟强.液晶电视的广视角技术［J］.液晶与显示，2005，20（1）：67－71.Mou Q.Wide visual angle technology of TFT－LCDTV ［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2005，20（1）：67－71.（in Chinese）

［2］ 王海雄，李积彬.LCD导光板微结构成型技术及发展趋势［J］.液晶与显示，2012，27（4）：486－492.Wang H X，Li J B.Molding technologies of micro－structure on light guide plate of LCD and trends［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2012，27（4）：486－492.（in Chinese）

［3］ TCO certified displays 6.0［EB／OL］.［2011－11－07］.http：／／tcodevelopment.com.

［4］ 成濑惠宽，野中修一，越智隆志，等.光反射片材：中国，CN 101313098［P］.2008－11－26.

［5］ 西原雄祐，青山伊织，田口登喜生，等.光散射片和液晶显示装置：中国，CN101815965［P］.2010－08－25.

［6］ 寺川大辅.棱镜片和液晶显示装置：中国，CN101529280［P］.2009－09－09.

［7］ 臼仓奈留.带微透镜阵列的液晶显示面板和液晶显示装置：中国，CN101578549［P］.2009－11－11.

［8］ Yan L，Thomas X W，Shin－Tson W.Design optimization of reflective polarizers for LCD backlight recycling［J］.Journal of Display Technology，2009（5）：335－340.

［9］ 华广胜，布占场，郑晓盼，等.低功耗液晶电视LED背光源设计［J］.液晶与显示，2011，26（4）：460－463.Hua G H，Bu Z C，Zheng X P，et al.Design of LED backlight module for low power LCD TV ［J］.Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays，2011，26（4）：460－463.（in Chinese）