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液晶显示模块的设计与选型必备

作者:LCD研究中心    点击:3462    时间:2012/12/14

1. LCM的基础知识

液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件.英文名称叫“LCD Module”,简称“LCM”,中文一般称为液晶显示模块。实际上它是一种商品化的部件.根据我国有关国家标准的规定:只有不可拆分的一体化部件才称为模块,可拆分的叫作组件。所以规范的叫法应称为液晶显示组件

LCM的分类:

1SMT         2COB             3TAB         4COF

(1)SMT:是英文“Surface mount technology”的缩写。即表面安装技术,这是一种较传统的安装方式。其优点是可靠性高,缺点是体积大,成本高,限制LCM的小型化。

 

2COB是英文“Chip On Board”的缩写。即芯片被邦定(Bonding)PCB上,由于IC制造商在LCD控制及相关芯片的生产上正在减小QFPSMT的一种)封装的产量,因此,在今后的产品中传统的SMT方式将被逐步取代

 

(3)TAB:是英文“Tape Aotomated Bonding”的缩写。即各向异性导电胶连接方式。将封装形式为TCP(Tape Carrier Package带载封装)的IC用各向异性导电胶分别固定在LCD和PCB上。这种安装方式可减小LCM的重量、体积、安装方便、可靠性较好!

 

4COF是英文“Chip On Film”的缩写。即芯片被直接安装在柔性PCB上。这种连接方式的集成度较高,外围元件可以与IC一起安装在柔性PCB上,这是一种新兴技术,目前已进入试生产阶段。

 

1液晶显示模块按显示分类:

1)笔段类                                2)点阵类

这是一种由段型液晶显示器件与专用的集成电路组装成一体的功能部件,只能显示数字和一些标识符号。段型液晶显示器件大多应用在便携、袖珍设备上,如BP机、电话机、电子手表、计算器、MP3等;也有用在一些仪器仪表上,如汽车音响、加油机之类。由于这些设备体积较小,所以尽可能不将显示部分设计成单独的部件,即使一些应用领域需要单独的显示组件,那么也应该使其除具有显示功能外,还应具有一些信息接收、处理、存储传递等功能,由于它们具有某种通用的、特定的功能而受市场的欢迎。其显示如图:

A笔段类的结构:

(1)LED       (2)   LCD            (3)COB

LED是英文light emitting diode(发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片,在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层,称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中,注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管,通称LED:当然在我们行业中一般情况下都将背光源称之为”LED”.一般情况下客许户要买LED其实都指整个背光源.如果客户需要 购买发光二极管时都是称其为购买LED.

一.背光源分类

A侧部背光源:(侧部LED)                    B底部背光源

       (1)侧部背光源:(侧部LED)   

 侧部背光源:发光源为摆在侧边,导光板用印刷设计般常用于小尺寸的背光模组,其侧边入射的光源设计,拥有轻、薄型、窄框化、低耗电的特色,亦为手机、个人位助(PDA) 、笔记型电脑的光源,目前亦有大尺寸背光模组采用侧光式结构。

侧部LED的组成部分:a:导光板    b:反射膜      c:扩散膜     d:遮光膜   e:LEDf:牙签板.

 

侧部LED如图

a:导光板: 导光板其实是用来改变背光源光线光线传播方向。展现背光亮度的塑胶薄板,多用与LCD显示方面..

 

导光板如图所示 (未切割成型)

1)导光板的功能:导光板主要功能在于要将背光源入射光.导向LCD液晶显示屏,用于展现背光源和显示屏的亮度,同时有透光的亮度和透光均匀度的要求.  光从背光源射出,在导光板里进行传播,并在网点面发生折射。反射和全反射。部分光被导光板吸收,余下的光穿过导光板,入射到液晶材料,通过控制电路以实现液晶显示.

2)导光板的分类:导光板按其形状分为2大类   

  A:平板导光板                    B:楔形导光板

 

       平板导光板图片                               楔形导光板图片

①板导光板:从导光板入光处看来,截面为长方形。平板导光板应用广泛,因为自身厚度均一,在透光均匀度方面表现突出但在亮度方面不及楔形导光板。

②行导光板:从导光板入光处看来一边为厚一边为薄形成楔形(三角形)但是因为自身厚度厚薄不一,在透光亮度方面表现突出,但均匀度不如平板导光半.

3)依制程原理导光板可分为2

A:丝印类(印刷式)                  B:非丝印类(非印刷式即开模)

①丝印式导光板是在导光板上用具高反射率且不吸光的材料(TIO2 INO2O3)在导光板底面采用网版印刷印上圆形或多边形的扩散点,丝印式导光板对光线折射和反射作用较高,网点制作投资小,制作工艺较简单,网点设计灵活性大,但制程稳定性差,适合与大中型导光板的生产。

②非丝印式导光板(开模)是利用精密模具成型,让导光板在射出成型中直接在导光板平面形成密布的微小网点。非丝印的技术成型难度较高,投资较大,网点设计加工成型后,不可以更改灵活性不如丝印式式导光板的成型。但是开模式的导光板生产稳定性好,生产效率高,后期工序少,对光线折射效果好,在透光亮度上表现优异,主要应用于小型电子产品方面.需要付开模费。

总结:受LCD产品结构,形状大小用于实现透光亮度和均匀度的透光显示效果要求以及加工成本等方面的影响,导光板的网点方式也不一样.

4导光板的工作原理: 导光板是利用光学级的压克力/PC板材,然后用具有极高反射率且不吸光的高科技材料,在光学级的压克力板材底UV网版印刷技术印上导光点。利用光学级压克力板材吸取从灯发出来的光在光学级压克力板材表面的停留,当光线射到各个导光点时,反射光会往各个角度扩散,然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点,可使导光板均匀发光. . 

(5) 导光板的选材

A:  光学级亚克力(PMMA)            B: PC板材      

① 光学级亚克力(PMMA): 亚克力是专指纯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料,而把PMMA板材称作亚克力板。PMMA具有质轻、价廉,易於成型等优点。可以大批量生产,制程简单,成本低其优点是极佳透明度, 无色透明有机玻璃板材,透光率达92%以上. 压克力板品种繁多、色彩丰富,并具有极其优异的综合性能,为设计者提供了多样化的选择,压克力板可以染色,表面可以喷漆、丝印或真空镀膜 ..无毒 即使与人长期接触也无害,还有燃烧时产生的气体不产生有毒气体.

价格较为便宜.

② PC板材: 聚碳酸酯(PC) PC是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂,具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳定性及耐化学腐蚀性,较高的强度、耐热性和耐寒性;还具有自熄、阻燃、无毒、可着色等优点. 可以染色,表面可以喷漆、丝印或真空镀膜.价格比PMMA较贵.

b:反射膜:反射自灯管所入射的光并且对光源有散射的效应

A类别

1金属反射膜,2全电介质反射膜。3铝箔反射膜

(1) 金属反射膜缺点是光损大,反射率不可能很高.基本不用

(2) 全电介质反射膜光学表面上镀一层折射率高于基体材料的薄膜,就可以增加光学表面的反射率.经常使用.

(3) Dike铝箔隔热卷材,又称阻隔膜、隔热膜、隔热箔、拔热膜、反射膜等。由铝箔贴面+聚乙烯薄膜+纤维编织物+金属涂膜通过热熔胶层压而成,铝箔卷材具有隔热保温、防水、防潮等功能.基本不用

          

            反射膜图片

c:扩散膜:扩散LED组成之一,扩散(Diffuser)也有人叫它扩散片, 主要功能就是要让光线透过扩散涂层产生漫射, 让光的分布均匀化。 材料需选择光透过率高的材料如PET/PC/PMMA

(1) 正面光滑上扩散片:.修正光进行的角度反面粗糙

(2) 反面粗糙 (下扩散片:将反射光源均匀扩散,遮盖网点,防止正面出现散射点

     

         扩散膜如图

d :遮光膜

所在的部位为灯箱灯管两侧。虽然灯管的外面最后会用铝材包裹,但如果在这二者之间能再包裹一层就可以达到更好的效果。首先,如果用镀银遮光膜遮盖,灯管没有射到导光板方向的余光可以集中到中间;再者铝材边角的光不会外漏.。要求:亮度好,耐高温,材料完全不透光。例如:扩散膜图片2边的白色部分。

e :LED灯:

1)支架灯                     (2)贴片灯

A:支架灯:

一种底侧两用高效LED灯,其主体是一个内空的壳体,其特征在于:所述壳体是长棱柱体,壳体内设置有发光LED芯片,壳体内填充有激发荧光剂,发光LED芯片的正负极同支架之间通过金丝连接,壳体两侧对称设置有用于壳体同屏幕实现90°平焊和180°直焊两种焊接方式的连接件,连接件有两个平面分别同壳体的侧面和底面平行。

 

         支架灯图片

  (1)支架灯可做颜色及正常点亮电压:

 

 2.0V红色     3.0V白色     3.0V蓝色    3.0V绿色    2.0V黄色(输入电流15MA)  还包括橙色,琥珀色等.

   (2)支架灯的选择及其优点:

插件灯在整个LED上使用大于0.6CM的发光区域,其优点是成本低,亮度比贴片灯的高,亮度不均匀.

 B:贴片灯:

能够被用SMT技术(就是表面组装技术其工序包括印刷(或点胶)--> 贴装 --> (固化) --> 回流焊******如不理解请参照技术资料+什么叫SMT+)焊接在固定焊盘处的LED(且没有金属引脚)发光二极管.

 

      贴片灯 

贴片灯的颜色及其需要点亮的电压:

        白色(3.0V)    红色(2.0V)   翠绿色(3.0)    兰色(3.0V)    

橙色(3.0V

贴片灯使用于发光区域小于较少的LED.并且在使用时要配套相应的牙签板,价格比插件灯稍贵.

f :牙签板: 

A基本结构:

(1) 主要是铝基板,铝基板是一种独特的金属基覆铜板,它具有良好的导热性,电气绝缘性和机械加工性。它能够采用表面贴装技术(SMT),在电路设计中对热扩散进行极为有效的处理,降低产品运行温度,提高产品功率密度和可靠性,延长成品使用寿命:缩小产品体积,降低硬件及装配成本,取代易碎的陶瓷基板,获得更好的机械耐久力

(2) 导电层:电路层要求具有很大的载流能力,厚度一般18UM-140UM。

(3) 绝缘层:一般是由环氧玻璃布或特殊的聚合物构成,热组小粘弹性能优良,具有抗热老化的能力

B牙签板的分类

1)  双面牙签板                          (2)单面牙签板

 

     双面牙签板                                单面牙签板

LED被安装在导光板的左、右两边
LED被安装在导光板的上边(或下边)
LED被安装在导光板的上、下两边  

 

2LCD

A:LCD的显示模式  TN   HTN   STN   FSTN    DFSTN    BTN(黑膜)www.xsyjzx.com

TNTwisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏转90一般用于显示内容比较少显示器,比如加油机、汽车音响、出租车计价器、电话机、空调遥控器等等。视角范围比较窄。

HTN向列型液晶分子被夹在两块透明玻璃之间,在两层玻璃之间,液晶分子的取向偏转110~130度。这种类型LCD的特点是对比度高、功耗低、驱动电压低、动态驱动性能不够好,但视角比TN型的要宽。

STNSTNSuper Twisted Nematic是功耗小 具有省电的最大优势,视角比TNHTN都要宽。有比较宽的显示视角范围,显示容量最高可以达到640x480像素,一般带有黄绿或蓝紫等颜色,也可以做成灰白色

FSTNFSTN(格式化超扭曲向列型)FSTNLCDSTNLCD的一种,与普通STN的主要区别在于使用的偏光片不同。FSTNLCD除了可以具有普通STNLCD的动态驱动性能良好及视角宽以外,可以实现黑白显示,且具有较好的对比度。

DSTNDSTN(double-layersuper-twistednematic即双层STN

DFSTNDFSTN有双补偿膜。

   B正向显示(通常简称:正显)

所谓正显就是当该点关显示时,该点是透明的,当该点开显示时,该点是浑浊不透明的。这类显示模式通常是显示内容都小于背景,因此这种模式主要应用于光线比较强的环境,并且有助于提高对比度,特别是反射的显示类型。

常见的一个例子是,在一个较大的背景上显示一个英文字符。英文字符上的每个点或笔段会吸收光线(呈黑色),背景(更大的区域)会反射光线以增强显示字符效果。以下是几种常见的显示模式与透光方式搭配的显示效果。

TN: 黑色字符,灰色背景

STN-黄绿: 蓝紫/黑色字符,黄绿背景

STN-银灰: 蓝紫/黑色字符,灰色背景

FSTN:  黑色字符,白色或灰色背景

 

  正显   白底黑字  如图www.xsyjzx.com

负向显示(通常简称:负显)

所谓负显就是当该点关显示时,该点浑浊不透明的,当该点开显示时,该点是透明的。

既然显示内容通常小于背景,这类模式中可以反光并能显示字符的部分尽可能做到最小。

因此这类模式通常用在有背光以及光线比较弱的环境。

通过使用背光,因为当该象素点被点亮时,可以通过该点看到背光,看起来就象该透明的段会“发光”。就算有较强的光线也不会减弱背光的光线。

以下是几种常见的显示模式与透光方式搭配的显示效果。(假设使用以下颜色的背光):

     TN: 黄绿字符,浅灰色背景 (黄绿背光)
     STN ("蓝膜-负显"):黄绿字符,浅蓝色背景 (黄绿背光)
     FSTN: 白色字符,黑色背景(白色背光)

     负显:黑底白字    如图:www.xsyjzx.com

 

C: 透光方式

每片LCD都有两片偏光片,上偏光片及下偏光片,具体选用哪种偏光片由字符颜色及背景颜色来决定。上偏光片通常是全透的,用户不可选的。而下偏光片有三种选择,下面列出这三种方式: 

反射型 

反射型LCD下偏光片是不透明的,包括一个扩散的反射面,就象刷上一层铝。这个反射面将透过LCD的光线再反射回去。反射型LCD要有光线才能看到。这类LCD通常亮度高,对比度高,视角宽,特别适合用于电池供电的、光线足够的设备。反射型LCD不能使用背光,但有些场合也可以在上偏光附近放光源

 

全透型

全透型LCD上下偏光片都是清晰透明的。因此它们依靠背后透过的光源才看到清。

 

半透型

半透型LCD的下偏光片是半透明的,它可以反射部分的光线,并能透过下偏光片背后的光源。正如它的名字一样,它包含了全透型及反射型这种两透光方式。光线好的时候,可关掉背光源;光线差时,可点亮背光源。 www.xsyjzx.com

 

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