王 歡，辛武根，王 偉，張金風(fēng)，涂志中，尹傛俊，徐宇博，李乘揆

（1.合肥京東方光電股份有限公司，安徽 合肥 230031；2.合肥京東方顯示光源有限公司，安徽 合肥 230031）

1 引 言

近年來，由于液晶顯示器的體積小、功耗低、無輻射、顯示質(zhì)量?jī)?yōu)越等諸多優(yōu)點(diǎn)而成功取代了傳統(tǒng)的CRT顯示器。但是相比于CRT顯示器，液晶顯示器仍有以下2個(gè)缺點(diǎn)：響應(yīng)速度慢和視角小。除了筆記本、平板電腦和手機(jī)等便攜設(shè)備對(duì)視角的要求不是很高之外，其他的液晶顯示設(shè)備都要求具有較寬的視角。

視角是指用戶可以從不同的方向，尤其是水平方向清晰地觀察屏幕上所有內(nèi)容的角度，通常是指2個(gè)方面：對(duì)比度視角和亮度視角。對(duì)比度視角的下降是指在離開液晶面板的法線方向觀看時(shí)，液晶面板的對(duì)比度會(huì)下降［1］，從而導(dǎo)致無法正常觀看圖像；亮度視角的下降是指在離開液晶面板的法線方向觀看時(shí)，亮度呈下降趨勢(shì)，從而對(duì)正常觀看圖像造成影響。

對(duì)比度視角由液晶面板所決定，而亮度視角與液晶顯示器的背光源設(shè)計(jì)有關(guān)，本文主要針對(duì)側(cè)入式背光源的亮度視角進(jìn)行研究，從燈源的入光方式、導(dǎo)光板的類型和膜層的組配來研究側(cè)入式背光源的視角特性。

2 視角特性研究

2.1 入光方式

側(cè)入式背光源的燈源位于導(dǎo)光板的側(cè)邊，目前大多采用LED燈源，LED出射的光線經(jīng)過導(dǎo)光板及光學(xué)膜層之后由原來的線光源變成畫面品味較佳的面光源，再由液晶面板進(jìn)行調(diào)制形成畫面［2］。一般情況下顯示器對(duì)水平方向的視角要求比較嚴(yán)格，所以本論文涉及的亮度視角都是指水平方向的視角。國(guó)際上對(duì)于亮度視角的測(cè)試通常采用 TCO Certified Display標(biāo)準(zhǔn)［3］，但為了便于數(shù)據(jù)的對(duì)比，我們把亮度視角定義為亮度值隨角度衰減到法線方向一半的時(shí)候的視角。

側(cè)入式背光源根據(jù)燈源的位置可以分為長(zhǎng)邊入光和短邊入光，我們?cè)谀蛹軜?gòu)和導(dǎo)光板類型確定的前提下對(duì)比了兩者對(duì)亮度視角的影響。膜層使用兩張擴(kuò)散片CH27NH和一張棱鏡片MOS－T2（物性參數(shù)見表3），導(dǎo)光板為油墨印刷導(dǎo)光板，單長(zhǎng)邊入光方式在54.6cm和59.9cm的背光源上測(cè)試，單短邊入光在47.0cm和51.1cm上測(cè)試，結(jié)果如圖1中所示。為了便于對(duì)比，法線方向（即圖1中0°方向）的亮度被歸一化至5 000cd／m2。

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

從圖1中可以看出，短邊入光背光源在水平方向的視角具有不對(duì)稱性，47.0cm和51.1cm的背光源的燈源都位于顯示面右側(cè)，在導(dǎo)光板內(nèi)部光線的傳播方向上有更多光被散射，所以逆時(shí)針方向的亮度要高于順時(shí)針方向的亮度。而54.6cm和59.9cm的背光源的燈源位于顯示面的下方，水平方向的視角順時(shí)針和逆時(shí)針亮度變化基本相同。

如表1中所示是不同入光方式亮度視角的對(duì)比數(shù)據(jù)，雖然短邊入光與長(zhǎng)邊入光在水平方向上的亮度分布不太一致，但是亮度視角值基本一致。由此可知入光方式的不同會(huì)造成亮度隨視角變化的分布不一樣，對(duì)亮度視角影響不大（但是如果視角的定義不一樣，不同的入光方式會(huì)有不同的亮度視角值）。

表1 不同入光方式下的測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.1 Test data of different entering type

2.2 導(dǎo)光板

導(dǎo)光板（Light Guide Plate，LGP）在背光源中作用是把線光源轉(zhuǎn)換為面光源，目前最常用的有油墨印刷導(dǎo)光板、射出成型導(dǎo)光板以及壓印導(dǎo)光板。油墨印刷技術(shù)最早用于導(dǎo)光板上，原理是在油墨網(wǎng)點(diǎn)中添加散射粒子，散射粒子對(duì)光起到散射作用；射出成型法是把微結(jié)構(gòu)通過模芯注塑到導(dǎo)光板上，微結(jié)構(gòu)對(duì)光有散射作用；印壓法是將金屬模板上的微結(jié)構(gòu)印壓到導(dǎo)光板上，同樣也是由微結(jié)構(gòu)對(duì)光進(jìn)行散射［2］。我們分別在51.1cm單短邊背光源和54.6cm單長(zhǎng)邊背光源上測(cè)試了上述3種導(dǎo)光板，使用膜層架構(gòu)為2張擴(kuò)散CH27NH和一張棱鏡片MOS－T2，其亮度隨角度的分布如圖2所示，亮度視角值如表2所示。從圖2和表2可以看出，51.1cm單短邊背光源的3種導(dǎo)光板其亮度視角基本重合，而54.6cm單長(zhǎng)邊背光源的3種導(dǎo)光板的亮度視角也基本重合，且亮度視角一樣，由此可知不同類型的導(dǎo)光板對(duì)亮度視角沒有影響。

表2 不同類型導(dǎo)光板的測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 Test data of different LGP type

圖2 不同導(dǎo)光板的亮度分布Fig.2 Brightness distribution of different LGP

2.3 光學(xué)膜層

膜層是影響視角的最主要因素。在背光源上常用的光學(xué)膜層有反射片（Reflector sheet）、擴(kuò)散片（Diffuser Film）、棱鏡片（Prism Film）、微透鏡陣列膜（Microlens Film）及反射型偏振增亮膜（Dual Brightness Enhancement Film，DBEF 和Brilliant Viewing Film，BVF）。反射片位于導(dǎo)光板下方，用于反射雜散光線，對(duì)亮度視角沒有影響［4］；擴(kuò)散片對(duì)光起擴(kuò)散作用，目的是使畫面品味更佳［5］；棱鏡片的作用是對(duì)散射的光起到聚光的作用，提升液晶面板法線方向的亮度［6］；微透鏡陣列膜既有擴(kuò)散作用又有聚光作用［7］；反射型偏振增亮膜是將不能通過下偏光片的P光或S光轉(zhuǎn)化為可通過下偏光片的S光或P光，提高光的利用效率［8－9］。在本論文中我們測(cè)試了常見的膜層組配，膜層的參數(shù)如表3所示。

表3 光學(xué)膜層參數(shù)Tab.3 Parameters of optical film

表4是不同膜層組配下的亮度視角數(shù)據(jù)，從表中數(shù)據(jù)可以看出，不同光學(xué)膜層的組配對(duì)亮度視角的影響非常大，其中視角最小的是2張棱鏡片相互垂直放置的膜層架構(gòu)，視角最大的是一張擴(kuò)散組配一張DBEF的膜層架構(gòu)。

表4 膜層組配及測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.4 Collocation of optical film and test data

3 結(jié) 論

研究了可能對(duì)背光源亮度視角產(chǎn)生影響的因素，包括燈源入光方式、導(dǎo)光板類型和光學(xué)膜層組配。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，導(dǎo)光板類型對(duì)亮度視角沒有影響，而入光方式不同對(duì)亮度隨視角的分布有影響，但是對(duì)二分之一亮度視角影響不大，而不同的膜層組配對(duì)亮度視角的影響最大。在其他因素確定的情況下，二分之一亮度視角最小為27°，最大可達(dá)82°。論文所得出的結(jié)論對(duì)液晶顯示設(shè)備的背光源亮度視角設(shè)計(jì)具有重要參考意義。

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