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背光板

作者:深圳市智兴科技有限公司 浏览:845 发表时间:2019-09-08 22:24:43

背光板

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背光板是用来确保液晶显示屏背后发出光亮的光源装置。
中文名
背光板
外文名
back light
英文简称
BL
储存温度范围
-30℃~+80℃
动作温度
-20℃~+70℃

背光板定义

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因为液晶显示装置本身是透明的且不会发光,所以需要背光板来辅助。背光板的亮度、均匀度等一些指标对液晶显示屏的相关性能有着直接的影响。

设计原理

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背光板设计原则

(一)满足客户对产品基本结构及性能的要求
1.产品基本结构:指的是外形结构,对客户模块组装有影响的结构。由于产品基本结构关系到客户模块,故不可以随意更改,除客户模块还没设计出来,只待背光板出来后才设计。
2.性能包括:亮度、均匀度、储存温度、动作温度、输入电流电压等测试条件及光学上的要求。
2.1 输入电流电压由客人模块决定,所以在设计时要清楚了解IF及Vf值,以便处理亮度。
2.2 亮度指亮度每单位发光区的光的强度。
2.3 就我司来说目前能达到的储存温度范围为-30℃~+80℃;动作温度为-20℃~+70℃。
(二)结构分析
1.结构设计:几何形状应尽可能保证有利于成形的原则,避免模具复杂化。
1.1例如产品能设计为走镶件的,则不要设计为走滑块.而且模具上走滑块做出来的产品会有熔接痕,影响产品的美观性,若为导光板则更会影响亮度。
2.2走镶件的孔一般要1.0mm以上,以免薄片在滑动过程中断掉。
3.壁厚
1)热固塑性材料。
最薄处壁厚:Tmin=1.5~2.5mm。
2)热塑性材料:背光板选用的材料均为此类材料。
最薄处壁厚:Tmin=0.25mm,但由于受射出成形的制约,以1.1inch来算,产品壁厚至少要0.4mm。
4.加强筋:为避免受力变形,在不影响产品组装的情况下,可适当加加强筋.
5.支撑面:为避免摩擦时对咬花面造成磨损尽量不用整个平面支撑。
6.圆角:在不影响组装的情况下,可适当加圆角,以利于脱模。
(三)尺寸公差合理化
1.A、B盖区配尺寸公差应按极限公差计算。B盖的上限值应等于或小于A盖的下限值,但是A盖的上限值也不能比B盖的下限值大太多,若大太多的话组装松动不说,还会影响亮度。所以应考虑塑料模能达到的最小公差给定尺寸公差。
2.尺寸链应合理化。
(四)部材的选择
1.以价格便宜为原则
2.以满足亮度、均匀性为原则
总的来说,选材的原则是便宜且满足亮度、均匀度.在恒量两者轻重的情况选用.

背光板具体原则

根据有无光源、发光部位及光源的种类把产品分为四大类。
(一)底部发光类产品
1.构成:REF、diffuser、PCB、DICE、铝线(金线)、硅胶(E-KE45W)、AB胶。
2.REF(框盖)
3.PCB(基板)
PAD的设计应遵循以下的原则:
1)焊DICE的PAD间的距离一般为5.5~6mm。
2)焊DICE的PAD大小为Φ0.6mm。
3)焊DICE的PAD及打线的PAD的间距以1.0mm为宜。若间距太宽则会使成现场焊线困难。
(二)侧部发光类产品
1.构成:Housing(有些产品无)、导光板、TAPE、PCB(FPC)、DICE(SMD).
2.PCB
2.1材料
目前常用的有FR-4及CEM-3.FR-4玻璃纤维含量较高,裁切时易产生毛边,但具有
背光板背光板
的耐热性,厚度由0.3至3.2mm不等.CEM-3是唯一一种可以代替FR-4的材料,玻璃纤维含量较FR-4少,具有好的加工性,厚度由0.8~1.6mm不等。由于少量毛边可以接受的,为满足产品有耐高温性,故一般情况下选用FR-4。
2.2外形设计
PIN宽要求1.2mm以上。
2.3线路的layout
固晶线宽0.5mm以上线路宽0.4mm以上.一方面有利于散热;另一方面减小电流通过的电阻,使各颗LED的发光色度、亮度达到相似的效果.
2.4电镀方式
根据加工方法可以分为4种:喷锡、镀锡、镀电解金、镀化学金.喷锡喷的是含少量铅的铅锡,此种加工方法难以控制锡喷的均匀性.镀锡是利用电解作用使锡附着在铜的表面。
根据相熔性原则,锡跟锡具有好有焊接性,金跟金具有较好的焊接性.所以如果焊的是SMD,那么电镀方式应选择喷锡或镀锡,如果焊的是DICE,则应选择镀电解金或化学金。
3.FPC
3.1构成
FPC有单面板及双面板之分。单面片由五层构成:PI+ADH+Cu+ADH+保护膜.双面板由九层构成:保护膜+ADH+Cu+ADH+PI+ADH+Cu+ADH+保护膜。
3.2 电镀方式
根据表面镀的材料不同,分为热风整平及镀镍金.由于目前我司的白光产品焊的都是SMD,根据相熔性原理,如客户无指定手指部位镀金的话,一律选择热风整平。
3.3线路的Layout
目前做FPC的厂家反映线宽最小能做到76.2μm.但是值得注意的是开窗部位是最薄弱的,铜只是靠一层薄薄的胶与PI粘在一起,若焊接时不小心或返工,就很容易把线路折断,所以窗口交界处线路尽量设计得宽一点。
(三)无光源类产品
导光板设计与侧部发光类产品相似。
(四)CCFL类产品
对于背光类产品,CCFL常用的有Φ2.6、Φ3.2、Φ4.0.从理论上讲,CCFL的直径与导光板的厚度相当时,光线的利用率是最高的。

主要特性

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1.辉度:要求高辉度,例如笔记型电脑需求1600nit; 监视器需求3000~6000nit
2.均匀度:黑白液晶模组用为75%彩色液晶模组用为80%以上
3.耗电量:要求低耗电,一般为Lamp管电流3~3.5mA。
4.重量:此项特质为可携式电脑用背光板相当重要的考量点,为求轻量化,除导光板由原来的平板改为楔型(wedge type),并朝更薄型的方向开发(目前wedge type的厚度已要求2.0~0.7mm)。目前重量对桌上型液晶显示器而言虽非重要课题,惟在显示器朝更大型化发展时,导光板的重量将成为模组设计时的考量重点。
上述四项特性为评估背光板performance的主要依据。但事实上由于这些要求之间相互冲突,例如低耗电量与高辉度、轻且薄的导光板与高导光效率,将很难让每项特性都达maximum。是以如何做到total performance的最大值,是背光板设计的重大考验。

背光板组件功能

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振荡器:产生60-100KHZ的振荡方波信号。
功率放大:把振荡器产生的信号放大到足够点亮灯管的功率。
高压输出:把功率放大后的信号升压并转换为正弦波输出,点亮CCFL灯管。
保护检测:对背光板输出的电压及CCFL灯管的工作电流、工作状态进行检测,如果有异常,控制振荡器停止输出,进入保护状态。

检修方法

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1、检修背光板时要掌握背光灯管的特性、点亮原理和背光板的组成、工作原理。虽然背光板的外形、元件型号组成各不相同,但基本原理是一样的,只要具备了理论基础,就可以分析故障,背光板的故障种类很少也就3-4种,背光板的高压输出及功率放大电路原理简单,多采用全桥/半桥驱动,一般采用MOS管或功率模块。
2、背光板的检修首先要确保电源部分工作正常。即待机电源3.3V或5V,12V,24V ,PFC电路工作正常,才可以检修背光系统的检修
3、检修时可以去掉电源板到主板的排线,把待机电压5V分别与STB(待机控制)BRI(调光)和BL-ON(背光控制)3个脚连接在一起正常时背光板应该是能正常点亮的,这一步可以判断是主板问题还是电源板的问题。
4、如果背光灯管依然一下不亮说明没有脉冲信号加到背光逆变器上。我们检修背光电路时可以把背光系统看作成一个行扫电路来检修
5、背光控制芯片有一个特性,在芯片刚上电时2秒钟左右是不受任何反馈引脚控制保护的,是有输出脉冲的,在启动后得到其检测引脚的正常反馈信号后才会进入正常的工作状态。如果在启动后没有得到反馈信号或是不正常的反馈信号,芯片就会进入保护状态停止输出激励信号
6、利用此特性首先在上电时现检测背光控制IC的脉冲输出脚在上电时有无电压输出,有条件的可以用示波器测该脉冲输出脚的信号波形,也可以用万用表的交流电压档测有无脉冲输出。
我们根据此处的电压值判断故障点是在以背光控制芯片为核心的电路还是在后级电路。(需注意芯片保护后需断电后再启动后才会有2秒钟左右的输出)
7、如果有信号输出,可以判断故障在后级驱动部分。
否则故障在背光芯片控制部分。
我们可以测量其后级的激励变压器输出端是否有交流激励信号输出(因为背光电路的工作频率在56KHZ左右超出了我们普通万用表的频率响应所以没有准确的电压值,数字表一般为~30伏左右,机械表在~10伏左右。需强调一点不管电压值为多少2个绕组获得电压值肯定一样,否则就是有问题。
8、当其激励变压器输出脉冲正常后我们就继续向后级一步一步的测量直到找到脉冲的短路点。
上述检修过程就是检修背光电路开机后一下不亮的一个快速有效的检修方法。

手机应用

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背光板作用与分类

液晶为非发光性的显示装置,需借助背光板才能达到显示的功能。背光板性能的好坏除了会直接影响液晶显像品质外,由于背光板的成本占液晶模组的10~15%,所消耗电力更占模组的75%,是以可说是液晶模组中之关键零组件。因此高精细、大尺寸的液晶,必须有高性能的背光技术与之配合。当LCD产业努力开拓新应用领域的同时,背光技术的高性能化亦将是重要发展课题。
有关背光板的分类,可依照其尺寸规格及应用范围区分如下:
小型尺寸:1.8~4吋,常用于数位相机等照明或摄影器材的光源。
中型尺寸:5~7吋,常用于汽车仪表板、导航仪器及电动玩具的光源。
大型尺寸:8~14.1吋,常用于笔记型电脑显示萤幕的光源,目前为背光模组市场销售之主力。
超大尺寸:15吋以上,常用于大型显示萤幕、车灯装置及扫瞄器之光源。
此外,若以显示之色彩来分,则可区分为黑白液晶模组用及彩色液晶模组用。

背光板模组结构

*直下式不含导光板。
**中空型导光板主要用于超大尺寸液晶模组,目前非主流产品,厂商尚无样品提供及量产计画。
***入光光源:萤光灯(分冷阴极管与热阴极管)、LED 光源及 有机EL面状发光源等。
****导光板是背光板光源的传播媒介,其形状及材料组成决定了光出射面的辉度及分布上均匀性的表现。导光板分类:
1、依形状—平板(Flat Type)与楔形(Wedge Type)
2、依适用范围—板块导光板及中空型导光板
3、依制程—
点印刷式/镜面(Mirror):需在导光板上印刷Dot Pattern者。
蚀刻方式/OPI(Optical Pattern Insertion):直接将Dot Pattern设计在模具上,取代传统印刷方式。
切削方式/V-cut:在导光板底面以切削方式制造出一条条长沟型的结构。由于辉度提高,可减少扩散板及棱镜片的使用。内部扩散方式:将一些具散射的透明颗粒材料在射出成型时直接注入导光板内部,利用其浓度的不同对光源作有效的出射调制。
MR(Micro Reflector)素子使用喷砂方式
4、依生产方式—射出成形(Injection):为主流技术,目前日本厂商皆采用此方式。
广铸法(Casting):以压铸成形的方式生产导光板,需经裁切加工,虽制程麻烦但具弹性。
为提高光效率,达到薄型、轻量化及降低成本,各家厂商无不积极进行导光板的材料、形状的改良及制程的改善,并不断研究新的技术应用。

背光板设计原理

背光板虽然光学机构看似简单,但每一个组成元件的光学特性,尺寸及相对位置都对背光板整体光学表现形成环环相扣,紧密结合的互动关系,因此在朝向薄形,高效能的同时,如何在将机构简化,制程简化的同时还要提高光学效能,是背光板未来发展的重要技术关键。
目前背光板结构大体分为光源部份及导光部份,光源部份包括灯管及反射罩,其材质的光学性能由各家供应商不断研究改善,但其空间配置以及材料搭配设计决定背光板光学性能之上限,这部份必须以理论及实验的验证以求得最佳化。
在导光部份其结构由下而上依序为反射片、光学图样、亚克力、扩散片、两片棱镜片,有时在棱镜片上方还需要一层具保护作用的扩散片。而这些多层又复杂的结构,在薄形化的考量之下,最先考虑到能降低厚度的材料便是压克力,但由于压克力在背光板结构中所担任的角色便是光源的传导(所以又称为导光板),在薄形化的同时将造成光源分布的改变,光学图样的设计必须配合做变化。而在大尺寸的要求之下,薄化亦有其制程上的困难。在克服这些困难的同时,为降低材料及制造成本并再降低整体厚度,减少导光板上方所使用的光学薄片材料亦是努力的方向。但这些薄片材料具有改善视觉效果,收敛光束方向,强化亮度等功能,可说是缺一不可。于是研究如何将这些效果结合在单一材料中,正是背光板设计的另一个难题。
目前的趋势乃是将光学图样及扩散和收敛视角功能全部合并在导光压克力上。如此将只需要一层光学棱镜片便可达到早先设计的效果。但也增加了导光板光学设计的复杂度及难度。即使设计出理想中高效率之结构,亦须制程射出技术同时提升才能达到要求。以目前背光板之光学效率来说,仍有非常大的改善空间。但整体结构的精密度要求亦相对严苛,即使是固定作用的外框,对光学也有非常大的影响。机构不够紧密将造成光源分布改变影响效率,一般还会利用外框来作侧边泄漏光源的反射,故其光学特性亦须考量。而其硬度亦决定背光板轻薄化后之结构强度。可以说,背光板所有不论大小元件,一方面是机构元件,一方面又是光学元件,可以说是光学机构的极致。

维修案例

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案例一:液晶屏幕中某一只背光灯损坏(或断裂)
通常故障现象:机器在开机瞬间可以看到液晶屏幕有启动发光的影像及动作,有时能看到一条暗带,但随之又熄灭,熄灭后,液晶屏对着光线可以看到暗的图像,而其他设备输出声音正常。
此故障分析:可见当某一只或某一部分背光灯管断路时,其对应的灯管断路的检测电路将取样信号送到振荡控制集成电路的背光灯管断路检测输入端,内部保护控制电路经过保护延时后切断激励信号输出。这就是开机瞬间可以看到屏幕有发光现象及反映动作,但随之熄灭的原因是:启动发光时因为其他背光灯管在正动,点亮;随之熄灭时是因该只断路背光灯管对应的保护电路动作保护,背光板被关闭输出造成。
简单处理方法:发现这种开机闪亮一次又熄灭的现象是,要最终确认故障,可将振荡控制IC的背光灯管断路检测输入端(一般是OLP)的电压提高到2V以上,目的是解除背光灯管断路保护控制,也有的IC把此脚电压降低取消保护,其他灯管全部点亮,而这只损坏的背光灯管的区域是略暗的。这是一个应急的维修方法,因为这种情况需要更换液晶屏处理,如果不更换液晶屏就得更换背光灯管,而更换灯管的维修难度高,风险大。此时建议把整个液晶屏的亮度调整到大一些,由于液晶屏内部有导光板,损坏一只灯管对使用效果的影响不是很大。动手能力强的,如果断路的灯管位置在屏幕的中间,请把此灯管调换到屏幕最顶端的位置,这样正常收看时基本看不出。这样做,不会影响到电路安全,可以放心使用
案例二:背光不闪亮,背光板上的保险丝熔断
故障现象分析:保险丝熔断说明背光板有严重的过流、短路(轻度过流一般不会熔断保险丝)已经有元件短路损坏,此时不要贸然换一只保险丝通电开机,否则故障会进一步扩大,甚至影响到整机的其他电路的安全。这种故障是功率放大电路的元件,MOS管或互补MOS模块出现击穿、短路,这是造成这种故障的最主要的原因。
检修此类故障时,应该先仔细观察电路板,特别是MOS管、MOS管驱动模块上有没有颜色变黄、开裂异常情况,一般背光板上有几组相同的驱动电路,可以对比外观发现故障大致部位。这种情况更换同型号的驱动MOS管或驱动MOS模块即可,如果没有形同型号的,可以选择参数基本相同的,特别是导通电阻相近的代换,以保持电桥背臂的平衡。
有时,背光板保险丝熔断,功率模块击穿短路,但功率模块的外表颜色没有任何变化,这是就要用万用表的电阻档进行检测,在背光板不通电的情况下,分别对比检测每只功率模块各脚对地电阻值,如果有明显阻值偏低的那只模块,即可发现其有故障。
其他元件损坏,一般不会引起保险丝的熔断。
处理方法:对于背光不亮、保险丝熔断的背光板,检查到功率模块损坏并更换后,可以通电观察液晶屏的亮度,并注意能够背光板是否有过热、冒烟的现象;否则,还应该检查升压变压器本身是否短路,因为升
案例三:背光不亮,保险丝完好
故障现象分析:这类故障涉及的范围比较大,应该首先检查背光板的供电、控制接口端的直流供电、背光开关信号、以及亮度控制电平是否正常,确认没有问题才考虑对背光板的检修,一般背光板其供电、控制接口等插座上都明确标注了各引脚的作用,逐个脚检测即可判断故障部位,如图:
其次,要确认振荡控制集成电路的VCC供电及使能端(ENA)启动电压、功率放大电路的供电(12V 或24V)是否正常,如果正常就要考虑目前是否处于保护状态,实际维修中,发现背光控制IC损坏的案例,及其少见,多为保护检测电路的问题。
处理方法:在维修背光不亮、保险丝完好的故障时,最有效的判断方法就是解除保护控制功能,这是因为此类故障一般是背光板的某部分有故障,从而启动了保护控制电路,进而切断激励信号的输出,造成无光的现象。
不同型号的振荡控制集成电路,其过压保护 (OVP\CLAMP)的门限电平也略为 不同,一般为2-3V,一般情况下过压保护端为低电平时正常工作,超过门限电平时进入过压保护状态,如果要解除过压保护控制,直接把过压保护端口接地即可。背光灯管断路保护端口OLP,一般是低电平保护,高电平1.5V时正常工作,如果要解除背光灯管断路保护,只要给这个引脚加一个高于起控阀值的电平即可。
注意:在背光板已经通电工作后,不要用万用表或示波器测量其高压输出端,这样会造成 “拉弧”。在用示波器测量时,在高压输出未接背光灯管的情况下,串联谐振输出电路处于开路状态,测得的波形必定不是正弦波。


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