有关TFT—LCD液晶显示光线利用效率探索

王艳卿

【关键词】TFT-LCD 液晶 光线 利用效率

1 液晶背光模组部分的光效率

液晶器件属于被動发光的方式，液晶本身实际上是不发光的，是利用背光模组发出光源，而且分布比较均匀、亮度足够、颜色准确。一般来说，背光模组包括光源、反射板、扩散板等器件组成。其中，光源的作用是发出光线，依次从反射板、导光板、扩散板等经过后，从背光模组出射，最后进入到液晶面板中。

本文结合CCFL测光式背光模组，对背光模组区域光利用效率进行研究，光线从冷阴极荧光管出射，首先是经灯罩的反射，之后大约是80%光线进入到导光板中，然后光线的行进方向有所调整，其中约60%的光线会从导光板反射，然后光线会按照一定的顺序行进，依次是下扩散板、下棱镜片、上棱镜片以及上扩散板，其中扩散板的作用是促进光线均匀性的提升，光线透过率最高可达91%，棱镜片的作用在于提升正面辉度，关键在于集光，光线透过率大约是88%，从以上光学组件出来后，大约是38%的光线，最后进入下面的液晶器件组件。

2 液晶面板部分的光效率

2.1 部件穿透率的影响

如果光线从背光模组发射至液晶面板，其顺序为：先是穿过下偏光片，然后依次是TFT玻璃基板、液晶层以及取向层，最后经过彩色滤光膜玻璃基板、上偏光片等区域。液晶面板每一层的穿透率有所区别，比如说下偏光板对非偏振光进行转化，得到的是偏振光，其中一半光线会被吸收，上下偏光板会由于材质吸光的问题而造成透光比例为95%左右；薄膜晶体管、彩色滤光膜基板玻璃、液晶透光比例的透光比例比较高，大约是95%；一般来说，彩色滤光膜层表层会涂抹其他色彩，有可能是红、绿、蓝三种基色中的任何一种色彩，仅仅允许涂抹色彩的光波穿透彩色滤光膜层，根据红、绿、蓝三种基色而言，仅允许其中一种通过，因此仅有1/3的光线能够穿透，彩色滤光膜层由于其自身材质问题，对光线进行吸收，其中单色光的穿透率仅约85%，所以彩色滤光膜层光线穿透比例低于30%。综上所述，考虑到各方面影响因素，背光模组发射的光线仅仅11%的光线能够穿透，其中忽略了开口率对光线穿透率产生的影响。

2.2 开口率的影响

彩色滤光膜基板上最关键的结构就是彩色滤光膜，包括彩色层、保护层以及黑色矩阵。从液晶层发射来的光线，进入至彩色滤光膜基板之后，其中一部分光线会直接被黑色矩阵吸收，因此无法穿透。实际上，黑色矩阵的主要作用是遮挡不受控制区域的光线，具体作用在于液晶显示器薄膜晶体管信号电极与扫描电极的走线，此外，就是薄膜晶体管本身结构，以及为储存电压而设置的储存电容区域。以上区域不可能形成电场，液晶分子脱离电压的控制，很难显示准确的灰阶，如果不及时进行遮挡，会对液晶器件透光区域正确亮度、对比度等产生一定程度的影响，所以通过黑色矩阵的应用产生遮挡的作用，缺点是不可避免导致光线损失。开口率的概念是指液晶的子像素有效的透光区域，和全部面积之间的对比得出的数值。一般来说，液晶显示器开口率是50%，这是一个比较正常的数值，所以我们可以推断，因为开口率的影响，会损失大约一半的光线。

2.3 面板部分光效率

通过上文中液晶部件对于光线穿透率产生的影响，同时考虑到开口率对光线的影响，能够对从背光模组射出的光线进行计算，得出的结果是仅剩余光线约6%，大多数光线被吸收，因此光利用效率非常低。如果对影响因素进行排列，最大影响因素应当是偏光片，其次是彩色滤光膜彩色层，最后是开口率的数值。

3 光效率提升

以上对光线穿透率进行分析，得出的结论是背光模组光源发射的光线仅11%可以从液晶面板射出，实际利用率非常低。所以，必须要采取措施提升光线穿透率，在减少器件功耗的同时，做到节能环保，器件的使用寿命得以延长。按照之前的分析，针对面板开口率方面采取对应措施，或者增设背光模组的相关光学组件，也可以采取新型彩色实现方案，以代替现阶段的彩色滤光膜。实际上，开口率的提升能够利用使用低温多晶硅薄膜晶体管替代非晶硅薄膜晶体管，以及对阵列结构设计进行优化等方法，因为低温多晶硅的电子迁移率和非晶硅进行对比来说，高出两个数量级，而且器件所占面积也有所减少；除此之外，利用阵列及存储电容微型化进行设计，以此提升有效透光区域所占面积，降低黑色矩阵的面积，增大器件的开口率。有关液晶面板方面，下偏光片主要是发挥起偏作用，其中一半光线被损失，光线利用效率也因此有一定影响。可以在背光模组部分进行光学膜层的铺设，通过对极化与反射作用的运用，使得背光模组的透射光和下偏光片偏光轴保持一致的极化方向，防止因为下偏光片的光线吸收产生损失，如果DBEF单独运用，能够提升液晶模组的正面亮度。

4 总结

综上所述，光线从背光模组光源射出，然后经过导光板、扩散板、棱镜片等各个光学元件，其中62%的光线被损失，仅38%光线可以从背光模组射出，提升光效率成为液晶显示的重点，其中受到液晶面板材质透光比例等各方面的影响，笔者建议从光线损失原因出发，利用提升开口率的方法，或增加DBEF光学膜层，能够有效提升光线利用效率。

参考文献

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