一種帶涂層的復(fù)合膠框?qū)?cè)入式模組光學(xué)效果改善研究

康 偉，呂 昶，馮 霞，向 康，李恒濱

（合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引 言

薄膜晶體管顯示（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD）技術(shù)是目前平板顯示市場主流的顯示技術(shù)之一[1]。TFT-LCD器件因其輕薄、輕質(zhì)、功耗低等特點，廣泛應(yīng)用于各種中、大尺寸的終端顯示設(shè)備[2]。然而，由于液晶顯示面板本身并不具有發(fā)光的功能，因此需要在液晶顯示面板下方配置背光模組（Back Light Unit，BLU）來提供其所需要的光源，進而達到顯示的效果。

隨著液晶顯示模組趨于超薄、高亮、窄邊框的發(fā)展趨勢，背光模組中的膠框越來越薄。現(xiàn)有技術(shù)中，對于白色膠框，由于其具有一定的透光性，背光模組外圍存在一定漏光現(xiàn)象，特別對于越來越薄的膠框，這種漏光現(xiàn)象會更明顯。若采用黑色膠框，可避免這種漏光現(xiàn)象，但此時背光模組的亮度損失較多，而且會導(dǎo)致LCM出現(xiàn)顯示區(qū)周邊發(fā)暗的問題。雙色膠框的設(shè)計（外側(cè)黑色，內(nèi)側(cè)白色），可以在降低亮度損失的情況下減少漏光問題[3]，但因雙色成型設(shè)備資源有限，成本較高，技術(shù)難度大，因此推廣受限。

基于以上情況，本文以膠框作為突破口，通過在傳統(tǒng)單色膠框本體上制作涂層，研究復(fù)合膠框?qū)?cè)入式模組光學(xué)效果的改善效果，探索如何在避免漏光問題的同時，保證顯示區(qū)周邊的畫面正常。

1 復(fù)合膠框技術(shù)方案

本文主要針對以下兩種復(fù)合膠框，研究其對側(cè)入式模組的光學(xué)效果的影響。一種是在黑色膠框本體的基礎(chǔ)上，在其內(nèi)圈電鍍金屬反射層（白色或者銀色，反射作用）；另外一種是在白色膠框本體的基礎(chǔ)上，在其外圈電鍍金屬層或者涂覆吸光涂層（黑色，吸光作用）。下文將詳細介紹兩種復(fù)合膠框的設(shè)計和功能。

1.1 黑色膠框+膠框內(nèi)圈電鍍金屬反射層方案

該方案是在黑色膠框的基礎(chǔ)上，在膠框的內(nèi)圈電鍍金屬反射層。這樣膠框外層為黑色，具有吸光作用，可以改善背光模組外圍漏光的問題；膠框的內(nèi)圈為金屬反射層，可以將顯示區(qū)周圍的光線重新反射利用，避免因黑色膠框的吸光作用而導(dǎo)致的顯示區(qū)周邊發(fā)暗問題。膠框內(nèi)圈電鍍反射層方案如圖1所示。圖1（a）為側(cè)入式模組結(jié)構(gòu)。圖1（b）、圖1（c）為純色膠框和復(fù)合膠框示意圖。圖1（d）方案所示膠框金屬反射層包括膠框內(nèi)圈的上下側(cè)三邊，實際使用中可根據(jù)膠框與背板的組裝配合及結(jié)構(gòu)設(shè)計等，靈活選擇在上下側(cè)三面電鍍反射層。反射層寬度和形狀設(shè)計規(guī)則見下文。

圖1 黑色膠框電鍍金屬反射層位置及方案示意圖

金屬電鍍優(yōu)選的為銀（Ag）、鋁（Al）等材料。銀和鋁在可見光和近紅外光部分都有良好的反射率。銀膜在波長800 nm時的反射率可以達到99.2%[4]。電鍍的薄膜一般在1～10 μm，故局部電鍍金屬薄膜并不會影響膠框與顯示屏組裝平面的平面度。

1.1.1 下側(cè)反射層設(shè)計說明

在側(cè)入式模組入光側(cè)即燈條側(cè)，部分來自LED發(fā)出的光線逸出，未完全進入導(dǎo)光板進行循環(huán)。LED為點光源，其發(fā)光狀態(tài)為扇狀發(fā)射，具有一定的出光角度。多個LED按照一定的間隙值（Pitch）排布形成燈條（Light bar），每顆LED發(fā)出的光會在導(dǎo)光板入光側(cè)形成亮區(qū)，LED的Pitch處呈現(xiàn)暗區(qū)，亮暗區(qū)間隔進行混光形成亮度不同的發(fā)光區(qū)域，明暗交替[5]。為了解決LED光線逸出及燈條側(cè)畫面亮暗不均的問題，可以在膠框的底部設(shè)置反射層，其中燈條側(cè)反射層的寬度設(shè)計如圖2（a）所示。該反射層的位置應(yīng)該根據(jù)LED燈的發(fā)光角度β以及間距L4來確定。設(shè)反射層寬度為L2，根據(jù)LED燈逸出光線的示意圖可算出L2=L3-L4/tan(β/2)。

為了改善明暗不均的問題，膠框底部反射層的形狀可與燈條亮暗帶一一對應(yīng)，反射層在對應(yīng)亮區(qū)的位置應(yīng)設(shè)置缺口，避免此處光線的二次利用而增強亮度；反射層在暗區(qū)對應(yīng)的位置則可以對逸出的光線加以利用，提高暗區(qū)的亮度。因此，這種鋸齒狀的反射層不僅可以提高燈條側(cè)光線利用率，還可以使畫面亮度均勻化，如圖2（b）所示。在非入光側(cè)的其他三邊，基于可靠性考慮，膠框下側(cè)應(yīng)在除被背板遮擋外的范圍外鍍上反射層。

圖2 復(fù)合膠框內(nèi)圈下側(cè)反射層示意圖

1.1.2 側(cè)邊反射層設(shè)計說明

在靠近膠框邊緣的顯示區(qū)，經(jīng)過導(dǎo)光板和光學(xué)膜片出射的部分光線會被黑色膠框吸收，從而導(dǎo)致顯示區(qū)邊緣存在發(fā)暗的情況。為了解決這個問題，可在膠框內(nèi)側(cè)四周側(cè)邊鍍反射層，如圖1（c）所示，從而將靠近膠框的顯示區(qū)出射到膠框的光線反射進行二次利用。膠框內(nèi)圈側(cè)邊反射層形狀無特殊要求，只需將與畫面顯示區(qū)有重合邊的膠框內(nèi)圈的側(cè)面全部電鍍金屬反射層即可。

1.1.3 上邊反射層設(shè)計說明

如圖1（c）所示，根據(jù)產(chǎn)品需求的不同，部分產(chǎn)品膠框上表面與液晶顯示屏之間間距比較大，此時背光的部分光線可以通過間距從液晶顯示屏的邊緣逸出而損失。如在膠框上表面增加反射涂層，則該部分損失的光線可以經(jīng)過反射層反射后，局部光線被二次利用，從而可改善液晶顯示屏周邊的顯示效果。

1.2 白色膠框+膠框外圈涂層方案

白色膠框?qū)饩€具有良好的透過性。為了解決模組外圍漏光問題，可以在白色膠框本體的基礎(chǔ)上，對膠框外圈的側(cè)面及上表面增加黑色涂層。由此，該膠框外圈因存在黑色吸光材料，可以有效改善漏光現(xiàn)象；而內(nèi)層的白色膠框本體具有透光性，不存在顯示區(qū)周邊發(fā)暗的不良情況，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。該黑色涂層的實現(xiàn)方案可以選擇涂覆不易脫落，與塑料有良好粘結(jié)性的黑色涂料，或選擇在外圈電鍍Al材料，再利用陽極氧化工藝將反射層變成黑色。該方案所用工藝均比較成熟，易于實現(xiàn)。

圖3 復(fù)合膠框外圈黑色涂層示意圖

2 實物驗證效果分析

根據(jù)上文的理論分析，分別制作了兩種復(fù)合膠框樣品。一種為白色膠框本體加外圈涂層（電鍍Al，再氧化成黑色，吸光層），一種為黑色膠框本體加內(nèi)圈涂層（電鍍Ag反射層）。采用復(fù)合膠框與采用單色膠框的模組光學(xué)效果對比如圖4所示（由于非同一批樣品，畫面色度顯示稍有差異）。從圖4可以看出，采用復(fù)合膠框的側(cè)入式模組，顯示區(qū)周邊無發(fā)暗情況，畫面均一性較好，外圍也無漏光情況（結(jié)構(gòu)上的通孔處除外）。由此驗證了復(fù)合膠框?qū)Ω纳苽?cè)入式模組光學(xué)效果的有效性。

3 結(jié) 語

針對側(cè)入式背光模組使用單色膠框無法同時兼顧解決外圍漏光和顯示區(qū)周邊發(fā)暗的問題，本文研究了在單色膠框基礎(chǔ)上增加涂層的復(fù)合膠框?qū)?cè)入式背光模組光學(xué)效果的改善。本文提出了兩種復(fù)合膠框方案，一種是在黑色膠框的本體上，在膠框的內(nèi)圈電鍍具有金屬反射層；另外一種是在白色膠框的本體上，在膠框的外圈制作黑色吸光涂層。這兩種復(fù)合膠框最終都呈現(xiàn)出膠框外圈為黑色的狀態(tài)，從而解決了外圍漏光問題。膠框內(nèi)圈則依靠金屬反射層和白色材料，實現(xiàn)了對光線的充分利用，從而解決了顯示區(qū)周邊發(fā)暗的問題。最后通過理論分析和實物驗證，確認了帶涂層的復(fù)合膠框?qū)Ω纳乒鈱W(xué)顯示效果的有效性。

圖4 白色和黑色膠框與復(fù)合膠框的模組光學(xué)效果對比