一种带涂层的复合胶框对侧入式模组光学效果改善研究

康 伟，吕 昶，冯 霞，向 康，李恒滨

（合肥鑫晟光电科技有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引 言

薄膜晶体管显示（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，TFT-LCD）技术是目前平板显示市场主流的显示技术之一[1]。TFT-LCD器件因其轻薄、轻质、功耗低等特点，广泛应用于各种中、大尺寸的终端显示设备[2]。然而，由于液晶显示面板本身并不具有发光的功能，因此需要在液晶显示面板下方配置背光模组（Back Light Unit，BLU）来提供其所需要的光源，进而达到显示的效果。

随着液晶显示模组趋于超薄、高亮、窄边框的发展趋势，背光模组中的胶框越来越薄。现有技术中，对于白色胶框，由于其具有一定的透光性，背光模组外围存在一定漏光现象，特别对于越来越薄的胶框，这种漏光现象会更明显。若采用黑色胶框，可避免这种漏光现象，但此时背光模组的亮度损失较多，而且会导致LCM出现显示区周边发暗的问题。双色胶框的设计（外侧黑色，内侧白色），可以在降低亮度损失的情况下减少漏光问题[3]，但因双色成型设备资源有限，成本较高，技术难度大，因此推广受限。

基于以上情况，本文以胶框作为突破口，通过在传统单色胶框本体上制作涂层，研究复合胶框对侧入式模组光学效果的改善效果，探索如何在避免漏光问题的同时，保证显示区周边的画面正常。

1 复合胶框技术方案

本文主要针对以下两种复合胶框，研究其对侧入式模组的光学效果的影响。一种是在黑色胶框本体的基础上，在其内圈电镀金属反射层（白色或者银色，反射作用）；另外一种是在白色胶框本体的基础上，在其外圈电镀金属层或者涂覆吸光涂层（黑色，吸光作用）。下文将详细介绍两种复合胶框的设计和功能。

1.1 黑色胶框+胶框内圈电镀金属反射层方案

该方案是在黑色胶框的基础上，在胶框的内圈电镀金属反射层。这样胶框外层为黑色，具有吸光作用，可以改善背光模组外围漏光的问题；胶框的内圈为金属反射层，可以将显示区周围的光线重新反射利用，避免因黑色胶框的吸光作用而导致的显示区周边发暗问题。胶框内圈电镀反射层方案如图1所示。图1（a）为侧入式模组结构。图1（b）、图1（c）为纯色胶框和复合胶框示意图。图1（d）方案所示胶框金属反射层包括胶框内圈的上下侧三边，实际使用中可根据胶框与背板的组装配合及结构设计等，灵活选择在上下侧三面电镀反射层。反射层宽度和形状设计规则见下文。

图1 黑色胶框电镀金属反射层位置及方案示意图

金属电镀优选的为银（Ag）、铝（Al）等材料。银和铝在可见光和近红外光部分都有良好的反射率。银膜在波长800 nm时的反射率可以达到99.2%[4]。电镀的薄膜一般在1～10 μm，故局部电镀金属薄膜并不会影响胶框与显示屏组装平面的平面度。

1.1.1 下侧反射层设计说明

在侧入式模组入光侧即灯条侧，部分来自LED发出的光线逸出，未完全进入导光板进行循环。LED为点光源，其发光状态为扇状发射，具有一定的出光角度。多个LED按照一定的间隙值（Pitch）排布形成灯条（Light bar），每颗LED发出的光会在导光板入光侧形成亮区，LED的Pitch处呈现暗区，亮暗区间隔进行混光形成亮度不同的发光区域，明暗交替[5]。为了解决LED光线逸出及灯条侧画面亮暗不均的问题，可以在胶框的底部设置反射层，其中灯条侧反射层的宽度设计如图2（a）所示。该反射层的位置应该根据LED灯的发光角度β以及间距L4来确定。设反射层宽度为L2，根据LED灯逸出光线的示意图可算出L2=L3-L4/tan(β/2)。

为了改善明暗不均的问题，胶框底部反射层的形状可与灯条亮暗带一一对应，反射层在对应亮区的位置应设置缺口，避免此处光线的二次利用而增强亮度；反射层在暗区对应的位置则可以对逸出的光线加以利用，提高暗区的亮度。因此，这种锯齿状的反射层不仅可以提高灯条侧光线利用率，还可以使画面亮度均匀化，如图2（b）所示。在非入光侧的其他三边，基于可靠性考虑，胶框下侧应在除被背板遮挡外的范围外镀上反射层。

图2 复合胶框内圈下侧反射层示意图

1.1.2 侧边反射层设计说明

在靠近胶框边缘的显示区，经过导光板和光学膜片出射的部分光线会被黑色胶框吸收，从而导致显示区边缘存在发暗的情况。为了解决这个问题，可在胶框内侧四周侧边镀反射层，如图1（c）所示，从而将靠近胶框的显示区出射到胶框的光线反射进行二次利用。胶框内圈侧边反射层形状无特殊要求，只需将与画面显示区有重合边的胶框内圈的侧面全部电镀金属反射层即可。

1.1.3 上边反射层设计说明

如图1（c）所示，根据产品需求的不同，部分产品胶框上表面与液晶显示屏之间间距比较大，此时背光的部分光线可以通过间距从液晶显示屏的边缘逸出而损失。如在胶框上表面增加反射涂层，则该部分损失的光线可以经过反射层反射后，局部光线被二次利用，从而可改善液晶显示屏周边的显示效果。

1.2 白色胶框+胶框外圈涂层方案

白色胶框对光线具有良好的透过性。为了解决模组外围漏光问题，可以在白色胶框本体的基础上，对胶框外圈的侧面及上表面增加黑色涂层。由此，该胶框外圈因存在黑色吸光材料，可以有效改善漏光现象；而内层的白色胶框本体具有透光性，不存在显示区周边发暗的不良情况，其结构如图3所示。该黑色涂层的实现方案可以选择涂覆不易脱落，与塑料有良好粘结性的黑色涂料，或选择在外圈电镀Al材料，再利用阳极氧化工艺将反射层变成黑色。该方案所用工艺均比较成熟，易于实现。

图3 复合胶框外圈黑色涂层示意图

2 实物验证效果分析

根据上文的理论分析，分别制作了两种复合胶框样品。一种为白色胶框本体加外圈涂层（电镀Al，再氧化成黑色，吸光层），一种为黑色胶框本体加内圈涂层（电镀Ag反射层）。采用复合胶框与采用单色胶框的模组光学效果对比如图4所示（由于非同一批样品，画面色度显示稍有差异）。从图4可以看出，采用复合胶框的侧入式模组，显示区周边无发暗情况，画面均一性较好，外围也无漏光情况（结构上的通孔处除外）。由此验证了复合胶框对改善侧入式模组光学效果的有效性。

3 结 语

针对侧入式背光模组使用单色胶框无法同时兼顾解决外围漏光和显示区周边发暗的问题，本文研究了在单色胶框基础上增加涂层的复合胶框对侧入式背光模组光学效果的改善。本文提出了两种复合胶框方案，一种是在黑色胶框的本体上，在胶框的内圈电镀具有金属反射层；另外一种是在白色胶框的本体上，在胶框的外圈制作黑色吸光涂层。这两种复合胶框最终都呈现出胶框外圈为黑色的状态，从而解决了外围漏光问题。胶框内圈则依靠金属反射层和白色材料，实现了对光线的充分利用，从而解决了显示区周边发暗的问题。最后通过理论分析和实物验证，确认了带涂层的复合胶框对改善光学显示效果的有效性。

图4 白色和黑色胶框与复合胶框的模组光学效果对比