有關TFT—LCD液晶顯示光線利用效率探索

王艷卿

【關鍵詞】TFT-LCD 液晶 光線 利用效率

1 液晶背光模組部分的光效率

液晶器件屬于被動發光的方式，液晶本身實際上是不發光的，是利用背光模組發出光源，而且分布比較均勻、亮度足夠、顏色準確。一般來說，背光模組包括光源、反射板、擴散板等器件組成。其中，光源的作用是發出光線，依次從反射板、導光板、擴散板等經過后，從背光模組出射，最后進入到液晶面板中。

本文結合CCFL測光式背光模組，對背光模組區域光利用效率進行研究，光線從冷陰極熒光管出射，首先是經燈罩的反射，之后大約是80%光線進入到導光板中，然后光線的行進方向有所調整，其中約60%的光線會從導光板反射，然后光線會按照一定的順序行進，依次是下擴散板、下棱鏡片、上棱鏡片以及上擴散板，其中擴散板的作用是促進光線均勻性的提升，光線透過率最高可達91%，棱鏡片的作用在于提升正面輝度，關鍵在于集光，光線透過率大約是88%，從以上光學組件出來后，大約是38%的光線，最后進入下面的液晶器件組件。

2 液晶面板部分的光效率

2.1 部件穿透率的影響

如果光線從背光模組發射至液晶面板，其順序為：先是穿過下偏光片，然后依次是TFT玻璃基板、液晶層以及取向層，最后經過彩色濾光膜玻璃基板、上偏光片等區域。液晶面板每一層的穿透率有所區別，比如說下偏光板對非偏振光進行轉化，得到的是偏振光，其中一半光線會被吸收，上下偏光板會由于材質吸光的問題而造成透光比例為95%左右；薄膜晶體管、彩色濾光膜基板玻璃、液晶透光比例的透光比例比較高，大約是95%；一般來說，彩色濾光膜層表層會涂抹其他色彩，有可能是紅、綠、藍三種基色中的任何一種色彩，僅僅允許涂抹色彩的光波穿透彩色濾光膜層，根據紅、綠、藍三種基色而言，僅允許其中一種通過，因此僅有1/3的光線能夠穿透，彩色濾光膜層由于其自身材質問題，對光線進行吸收，其中單色光的穿透率僅約85%，所以彩色濾光膜層光線穿透比例低于30%。綜上所述，考慮到各方面影響因素，背光模組發射的光線僅僅11%的光線能夠穿透，其中忽略了開口率對光線穿透率產生的影響。

2.2 開口率的影響

彩色濾光膜基板上最關鍵的結構就是彩色濾光膜，包括彩色層、保護層以及黑色矩陣。從液晶層發射來的光線，進入至彩色濾光膜基板之后，其中一部分光線會直接被黑色矩陣吸收，因此無法穿透。實際上，黑色矩陣的主要作用是遮擋不受控制區域的光線，具體作用在于液晶顯示器薄膜晶體管信號電極與掃描電極的走線，此外，就是薄膜晶體管本身結構，以及為儲存電壓而設置的儲存電容區域。以上區域不可能形成電場，液晶分子脫離電壓的控制，很難顯示準確的灰階，如果不及時進行遮擋，會對液晶器件透光區域正確亮度、對比度等產生一定程度的影響，所以通過黑色矩陣的應用產生遮擋的作用，缺點是不可避免導致光線損失。開口率的概念是指液晶的子像素有效的透光區域，和全部面積之間的對比得出的數值。一般來說，液晶顯示器開口率是50%，這是一個比較正常的數值，所以我們可以推斷，因為開口率的影響，會損失大約一半的光線。

2.3 面板部分光效率

通過上文中液晶部件對于光線穿透率產生的影響，同時考慮到開口率對光線的影響，能夠對從背光模組射出的光線進行計算，得出的結果是僅剩余光線約6%，大多數光線被吸收，因此光利用效率非常低。如果對影響因素進行排列，最大影響因素應當是偏光片，其次是彩色濾光膜彩色層，最后是開口率的數值。

3 光效率提升

以上對光線穿透率進行分析，得出的結論是背光模組光源發射的光線僅11%可以從液晶面板射出，實際利用率非常低。所以，必須要采取措施提升光線穿透率，在減少器件功耗的同時，做到節能環保，器件的使用壽命得以延長。按照之前的分析，針對面板開口率方面采取對應措施，或者增設背光模組的相關光學組件，也可以采取新型彩色實現方案，以代替現階段的彩色濾光膜。實際上，開口率的提升能夠利用使用低溫多晶硅薄膜晶體管替代非晶硅薄膜晶體管，以及對陣列結構設計進行優化等方法，因為低溫多晶硅的電子遷移率和非晶硅進行對比來說，高出兩個數量級，而且器件所占面積也有所減少；除此之外，利用陣列及存儲電容微型化進行設計，以此提升有效透光區域所占面積，降低黑色矩陣的面積，增大器件的開口率。有關液晶面板方面，下偏光片主要是發揮起偏作用，其中一半光線被損失，光線利用效率也因此有一定影響。可以在背光模組部分進行光學膜層的鋪設，通過對極化與反射作用的運用，使得背光模組的透射光和下偏光片偏光軸保持一致的極化方向，防止因為下偏光片的光線吸收產生損失，如果DBEF單獨運用，能夠提升液晶模組的正面亮度。

4 總結

綜上所述，光線從背光模組光源射出，然后經過導光板、擴散板、棱鏡片等各個光學元件，其中62%的光線被損失，僅38%光線可以從背光模組射出，提升光效率成為液晶顯示的重點，其中受到液晶面板材質透光比例等各方面的影響，筆者建議從光線損失原因出發，利用提升開口率的方法，或增加DBEF光學膜層，能夠有效提升光線利用效率。

參考文獻

[1]田英良，張磊，戴琳，程金樹.TFT-LCD基板玻璃化學組成的發展狀況與展望[J].硅酸鹽通報，2010（06）.

[2]李文波，王剛，張卓，胡望，劉宏宇，邵喜斌，徐征.TFT用掩模版與TFT-LCD陣列工藝[J].半導體技術，2010（06）.

[3]費民權，費悅.TFT-LCD的寬視角技術[J].現代顯示，2008（11）.

[4]葉強，來新泉，袁冰，陳富吉，李演明.一種采用新穎的雙重自適應補償的低靜態電流LDO穩壓器的設計[J].半導體學報，2008（10）.