华中科技大学文华学院毕业设计(论文)
LCD背光源设计
摘 要
LCD和我们的日常生活的联系越来越紧密。众所周知，液晶自身是不能发光的，它需要借助背光源才能达到显示的功能。高精细LCD，必须有高性能的背光技术与之配合。因此设计一个高亮度、大视角并且稳定、均匀出光的背光源非常重要。
在产品开发初期，用实物搭建会造成不必要的浪费。目前的工程设计大多先采用模拟设计的方式建立模型。TracePro是一套能进行常规光学分析、设计照明系统、分析辐射度和亮度的软件。它是一个结合真实固体模型、强大光学分析功能、信息转换能力强及易上手的使用界面的仿真软件，它可以将真实立体模型及光学分析紧紧结合起来。
本论文主要介绍背光源组成结构，并基于TracePro软件模拟设计直下式背光源，并分析该设计的合理性。
关键词：LCD；背光源；CCFL；TracePro
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Design of LCD Backlighting Unit
Abstract
With LCD display and our daily life are more and more close. As is known to all, LCD itself is not shine, it needs some back light can achieve display function.High fine LCD, must have high technology and the coordination.Backlighting Therefore, a large design, high brightness, uniform and stable Angle from light back light is very important.
Early in the product development, with real structures will cause unnecessary waste.At first the engineering design are designed by simulation model.TracePro is a set of conventional optical analysis, can design, lighting system and brightness of radiation.It is a combination of real solid model, strong optical analysis function, converting information ability and accessible using the simulation software interface, which can be real three-dimensional models and optical analysis combined tightly.
This article mainly introduces structure, and the back light TracePro software simulation design based on straight down type illuminant, and analyzes the back the rationality of the design.
Key Words:LCD：Backlighting Unit；CCFL；TracePro
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目 录
1 绪 论 ............................................................................................................. 1 1.1 引言 ............................................................................................................ 1 1.2 国内外研究现状及发展趋势 .................................................................... 1 1.3 本论文的背景及目的 ................................................................................ 4 2 CCFL背光源研究 ......................................................................................... 5 2.1 引言 ............................................................................................................ 5 2.2 BLU的元器件介绍 ................................................................................... 5 2.3 小结 .......................................................................................................... 12 3 光源设计软件TracePro简介 ..................................................................... 13 3.1 TracePro简介 .......................................................................................... 13 3.2 TracePro操作流程 .................................................................................. 14 4 基于TracePro软件的LCD背光源模拟设计 .......................................... 28 4.1 背光模组整体尺寸的确定 ...................................................................... 28 4.2 CCFL及反射背板的模拟设计............................................................... 28 4.3 扩散板和扩散片的应用 .......................................................................... 32 4.4 棱镜片的设计与应用 .............................................................................. 34 4.5 设计小结 .................................................................................................. 35 5 总 结 ........................................................................................................... 36
致 谢 ........................................................................................................... 38 参考文献 ....................................................................................................... 39
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1 绪 论
1.1 引言
LCD（Liquid Crystal Display），中文是液态晶体显示器，简称为液晶显示器。早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性[1]。到20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射。这种在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化，从而影响到它的光学性质，这种现象叫做液晶的电光效应。人们也因此引发了发明液晶显示设备的念头。
世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为扭曲向列液晶显示器TN-LCD（Twisted Nematic-Liquid Crystal Display）。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。
近年来液晶显示器发展迅速，与传统的阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）显示器相比，LCD不但体积小，厚度薄，重量轻、耗能少、工作电压低并能直接与互补金属氧化物半导体CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。逐步取代笨重的CRT显示器，目前已成为主流的显示设备。
众所周知，由于液晶分子不能自己发光，所以，液晶显示器需要靠外界光源辅助发光。背光源作为液晶显示器最重要的内部组件之一，其技术的进步一直是支撑整个液晶显示产业迅速发展的重要动力。近年来，随着更多光源技术的出现，这一领域呈现出众多的新特点新规律，众厂商也先后推出多种采用新型背光源技术的液晶产品[2]。
背光源的发展可以追朔到二战时期，当时用超小型钨丝灯作为飞机仪表的背光源，这是背光源发展的初始阶段。进入60年代，出现了粉末电致发光的背光源，80年代研制出半导体发光二极管背光源LED-BLU(Light Emitting Diode-Backlighting Unit)。之后，随着液晶显示器等非自主发光器件的发展，需要大尺寸、长寿命的背光源模组提供光，冷阴极荧光灯背光源CCFL-BLU（Cold Cathode Fluorescent Lamp- Backlighting Unit）应运而生。目前在LCD背光源中广泛运用的光源为CCFL和LED。
TV(Television)、笔记本电脑、手机、便携式数字多功能光盘DVD(Digital Versatile Disc)播放器、数码相机、摄像机和个人数码助理PDA(Personal Digital Assistant)是推动LCD背光源需求的主要动力，同时，这类产品在汽车导航系统中的应用正在增长。在大、中尺寸的LCD显示屏应用中，LED和CCFL背光一直在相互竞争。目前看来，大尺寸LCD厂商多采用CCFL背光，小尺寸显示屏则主要使用LED背光。
1.2 国内外研究现状及发展趋势[2]
LCD是目前平板显示领域中成熟度最高、发展最快、应用面最广、市场价值最大的一项技术，涉及半导体、光学、微电子、化学材料、精密机械等众多高科技领域。其制造产业，历经20年的快速发展，目前已成为一个规模庞大的新兴高科技产业。目前可达
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到300-400cd/m2的亮度和17ms的响应速度；尺寸跨度从0.5寸的手表用液晶芯片至到65寸的液晶电视；分辨率从早期的VGA(640x480)发展到现在的QUXGA(3200×2400)。到2010年，LCD面板繁荣再现，产值增长18.7%，达764亿美金，特别是LCD-TV持续发烧，年增长20%，挑战1.5亿台。目前产业基地主要集中于日本、韩国和我国的台湾地区。 1.2.1 国外研究现状[3][4][5]
日本是世界上LCD产业最发达的国家，也是全球最大的液晶显示器模块生产基地之一。全球十大LCD厂家日本占其七，其中SHARP公司占据了全球LCD市场相当可观的份额。2000年，日本TFT-LCD的产值已超过110亿美元，大多数著名的制造商在邻近的国家和地区都设有海外工厂。日立等六大日本电子厂家联合出资设立了“液晶高端技术开发中心”，其工作目标有两个：一是开发节能型生产技术，减少装置的制造工序，力争将制造过程中的电力消耗减少50％；二是开发超薄和耗电少的液晶显示装置。在制造液晶显示装置方面，日本占有一定优势目前日本在LCD的技术和产业化规模方面总体上居世界领先地位，索尼、三洋和爱普生公司都已生产出分辨率达到1366×768或者1280×720的LCD前投影机，索尼、Zenith和松下公司也都生产出50～60英寸的LCD背投电视。
但由于韩国的生产成本低廉，日本产品的国际竞争力近年来相对地削弱了，迫使他们不得不调整产业政策，转向中小面板领域发展。日本厂家设立新的研发机构，目的就在于组成联合阵线，以新的技术和产品夺回失去的国际市场份额。
韩国LCD生产企业以三星、LG和现代为代表的发展极其迅速，拥有自主的知识产权已成为韩国厂商核心竞争优势的一个重要组成部分。其发展战略是建立国际上最高水平的液晶显示器产业，不惜巨资引进先迸的设备和技术，力图在短时期内建立先进的产业基地。为打破日本的垄断，他们从1997年开始相继投入20多亿美元，兴建TFT-LCD工厂，并且年增长率高达138．6％，2000年产值已超过58亿美元。在大尺寸LCD方面，LG、Philips和三星仅2000年就投入20亿美元建第五代生产线。据市场调查机构Display Search表示，三星电子和LG电子2009年第三季度在全球液晶电视市场上的合计占有率为33.4%，大幅领先占有率仅为17.4%的日本企业（索尼、夏普）。日本企业原地踏步的同时，韩国企业的占有率比第二季度增加了2.8个百分点。
美国曾经是LCD技术的发源地，但是目前其LCD产业谈不上规模，无法与日韩相比。其他欧洲国家LCD的产业规模也不大。这并不是欧美国家缺乏资金和技术，而是他们认为自己做LCD模块不如买日韩的成品划算。
在背光源系统开发方面，美国的3M公司(Minnesota Mining and Manufacturing Corporation)发展卓著，它是世界著名的产品多元化跨国企业。其利用创新的显示增强薄膜技术开发的光学增亮膜系列产品，满足了手持产品彩色显示屏的增光需求。在显示屏的背光源中采用新技术，包括微复制棱镜薄膜、多层反射型偏光片、精密涂布和各种薪型材料，显著增强了背光照明的亮度，提高了显示均匀性。 1.2.2 国内研究现状[6]
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