任小康

（深圳賽時達科技有限公司，廣東深圳 518000）

1 液晶顯示器的主要結(jié)構(gòu)以及激光散斑效應概述

1.1 液晶顯示器的主要結(jié)構(gòu)及原理

在當前液晶顯示器的主要結(jié)構(gòu)中，主要包括液晶玻璃面板和背光模組。對于液晶玻璃面板發(fā)揮的主要功能是顯色，能夠使得液晶顯示器顯示出相應的顏色。而背光模組的主要功能是為液晶玻璃面板提供所需要的光源，從而能夠促使整個液晶顯示器顯示出畫面。

1.1.1 液晶玻璃面板的重要組成結(jié)構(gòu)

在當前液晶玻璃面板的組成結(jié)構(gòu)中，主要包括上下偏光板、玻璃基板、彩色濾光片（CF）、導向模、液晶、光學薄膜、ITO 透明電極等。對于玻璃基板來說，屬于一種表面平整度較高的薄玻璃片。對于彩色濾光片來說，發(fā)揮的主要功能是當背光模組中所提供的白色光在經(jīng)過該濾光片時能夠調(diào)制出相對應的顏色，從而使得液晶玻璃片顯色。導向模又叫做配向膜，主要是可以使得溝槽中的一些液晶分子按照一定的方向排列，從而發(fā)揮出配向的相應功能。而上下偏板主要是偏振方向相互垂直的兩個偏振片。液晶材料發(fā)揮的主要功能是當上下偏光板中間液晶產(chǎn)生電場時，此時高槽中的液晶分子會按照一定方向來再次排列，此時通過調(diào)制后的光自身的偏振性可以使得光能從上下偏光板中按照一定規(guī)律漏出。對于ITO 電極，主要功能是為液晶層提供所需要的電場。光學薄膜的主要功能是提高光能的利用率。

1.1.2 背光模組的概述與分析

在背光模組中相對應的液晶玻璃基板本身不會發(fā)出光源，而是需要相應的背光模組來為玻璃機板提供所需要的光源，從而使得液晶玻璃機板能夠顯色。在此過程中，背光模組的總體積也直接影響著整個LCD 整體的體積大小。而當前背光源的種類、數(shù)量相對較多，根據(jù)光源的具體位置可分為直下式背光源和側(cè)光式背光源。在當前直下式背光源結(jié)構(gòu)中不需要導光板，光源自身發(fā)射出的光在經(jīng)過反射片的反射以及擴散片和眼鏡片的云光處理后，就會均勻照射在液晶玻璃面板上，并使得液晶玻璃面板發(fā)揮相對應的功能。但是該種結(jié)構(gòu)具有一定的缺點，進一步增加了背光模組的厚度尺寸，增加了LCD 的體積。而側(cè)光式背光源結(jié)構(gòu)中，主要是在兩側(cè)區(qū)域中放置光源和導光板，導光板的主要功能是將側(cè)邊發(fā)射出的線光源轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪比肷涞拿婀庠础?/p>

1.1.3 背光模組中的光源概述與分析

液晶玻璃基板本身不會發(fā)出光，所以就需要背光模組來提供光源。而當前背光源主要采用了冷陰極熒光燈和發(fā)光二極管技術。①對于線光源來說，光學特性較為良好，點亮溫度相對較低，而相對應的發(fā)光效率較高，價格相對便宜實惠，整體技術水平較高，可以根據(jù)所需要的具體要求來制作成相對應的形狀。但是同樣也包含一些缺點，對能源的消耗力度較高，含有汞。在開啟過程中對電壓要求較高，進而具有一定的危險性。因此線光源不是當前背光模組中的重要選擇光源種類。②LED 光源。其中在該LED 光源中，主要包括了PN 結(jié)芯片、電極以及相應的光學系統(tǒng)。在此過程中，如果向PN 施加電壓時，會導致新加入的載流子會與多數(shù)載流子復合，從而其中一部分能量以光的形式釋放出來。需要根據(jù)摻雜的材料種類來決定釋放出光的顏色。在與線光源進行對比分析中，可以看出LED 光源對周邊環(huán)境造成的影響相對較小，對能源的消耗較少，體積小，使用周期較長，但是不能制作成功率較大的器件。更關鍵的是LED 光源所發(fā)射出的是熒光，因而無法實現(xiàn)全彩顯示的相應要求。

1.2 激光散斑效應

激光散斑效應指的是當相應的激光照射到粗糙度較高的墻面時，就會形成一些按照相關規(guī)則分布和對比度較高的斑紋圖案。激光自身的相干性較高，因而當自散射體表面出現(xiàn)反射時，會在散射體的周邊區(qū)域產(chǎn)生無規(guī)則的亮暗斑點，即激光散斑。激光散斑的存在會嚴重影響顯示的整體質(zhì)量水平。在顯示器中，如果出現(xiàn)了散斑就相當于人體表面長出疹子，嚴重影響了顯示器的顯示質(zhì)量水平，因而就需要嚴格抑制散斑的出現(xiàn)。

在激光顯示過程中，造成散斑出現(xiàn)的主要原因是激光光源自身的相干性較高以及散色體粗糙度較高。同時因為散斑效應的存在，會導致激光廣場出現(xiàn)一些無規(guī)則的圖樣，從而降低了整體顯示的質(zhì)量水平。根據(jù)散斑大小不同，又可以劃分為粗糙和細微散斑。細微散斑主要是由顯示屏自身產(chǎn)生的。而在使用顯示器中一般都是間隔一段距離才可以看到顯示內(nèi)容。因此在當前激光顯示器大多數(shù)是遠場散斑，其中混合了粗糙和細微散斑。如果不對散斑效應進行抑制處理，將會增加人眼的疲憊度，在經(jīng)過長時間觀察，顯示器后會對人眼造成一定的損傷。

2 機載環(huán)境下對背光模組的具體設計以及相應的實驗研究

2.1 在機載環(huán)境的適應性設計

在相關機載環(huán)境下，相對應的液晶顯示模塊需要符合國家相關標準，才可以運用在各種環(huán)境中。其中對于背光模組來說，在設計時要充分考慮在環(huán)境中的適應性，因為在實際應用環(huán)境中需要保證背光模板穩(wěn)定性較高，能夠通過各種振動和沖擊性試驗，并能夠穩(wěn)定運行。此外還是要保證背光模組的亮度，滿足在強光下可視性的要求，一般需要對背光模組進行專業(yè)設計，選擇出相對應的光學膜的搭配。與此同時還需要保證背光模組具有非常寬廣的色域，從而使得使用人員能夠準確了解顯示屏中的信息。

2.2 夜視兼容的設計與研究

背光模組要繼續(xù)提高在環(huán)境中的適應性，同時還需要滿足在夜視兼容的相關要求。夜視兼容，指的是當顯示器應用在汽車內(nèi)部中，不會與其他夜視成像系統(tǒng)產(chǎn)生相互干擾，即使在黑暗環(huán)境下也可以調(diào)整亮度，從而使得駕駛?cè)藛T能夠準確掌握顯示器中的內(nèi)容。如果不經(jīng)過處理，將會導致接收內(nèi)的顯示器發(fā)射出一些接近于紅外光線的光，進而對駕駛員造成干擾，使駕駛員無法接收到相關的信息。因此需要保證背光模組能夠滿足夜視兼容的相關要求，保證駕駛?cè)藛T的運行安全。

3 液晶顯示激光背光模組的相關實驗分析與研究

3.1 背光模組的專業(yè)設計與仿真實驗研究分析

3.1.1 背光模組的專業(yè)設計研究

背光模組與液晶顯示模塊中的相關性能有著非常重要的關系，因此需要對整體背光模組進行專業(yè)合理的光學設計，進一步提升液晶顯示模塊的亮度和兼容性能。根據(jù)背光模組在設計方面的相關要求，提出了一種相對應的背光模組設計方案。并以10.1寸機載液晶顯示模塊作為實例，分別從背光板、導光板以及光學膜三個方面來研究該背光模組的具體設計內(nèi)容。

3.1.2 背光模組的建模與仿真

在對背光模組設計過程中，光學設計的軟件數(shù)量較多。但是使用最為頻繁、設計效果最佳的軟件是Light Tools、Tracepro。在使用Light Tools 軟件時，設計人員確定出背光模組的參數(shù)數(shù)據(jù)后，能夠在極短時間內(nèi)根據(jù)參數(shù)樹立來進行仿真實驗，能夠通過繪制圖形來進一步確定出相對應的光學系統(tǒng)，還可以對該光學系統(tǒng)進行實時觀察與調(diào)整，保證該光學系統(tǒng)中參數(shù)數(shù)據(jù)的準確合理性。更關鍵的是通過該軟件還可以對背光系統(tǒng)進行分析處理，根據(jù)設計人員的設計方案進行驗證和預測處理，從而使得能夠?qū)Ρ彻庀到y(tǒng)中的參數(shù)數(shù)據(jù)進行適當調(diào)整，進一步降低了整體設計的成本，縮短了設計的時間，提升了整體效率。

之后在使用該軟件對光纖測端微加工的模擬分析中，孔洞的深度為d，半徑為r。在經(jīng)過相關處理分析后可以看出，雖然該孔（圖1）僅僅是位于光線的一側(cè)區(qū)域中，但是在該孔的周邊區(qū)域中均會出現(xiàn)溢光情況，而且d的大小會影響開孔近光源溢出光的比重。如果半徑數(shù)據(jù)逐漸增大，進一步會增加露出光場光強的大小。其中將半徑規(guī)定為30 μm，調(diào)節(jié)深度d的數(shù)值來得到相對應的廣場大小。其中當d為50 μm 時，光場為6.53×105W/m3。而當d 為100 μm 時，光場為10.6×105W/m3。其中當d為150 μm 時，光場為11.8×105W/m3。在經(jīng)過大量分析可以看出，當d和r的數(shù)值逐漸增大時，會導致漏光場照度的數(shù)值在逐漸增大。因此外有求就該問題需要選用漏光與主漏光相結(jié)合的技術來進行處理，從而使得尾部光源中多余出的光能夠均勻分散在整體發(fā)光區(qū)域中。此時通過調(diào)整d和r的數(shù)值來進一步降低尾光較強的問題。因此，可以得出，通過使用該光纖側(cè)端開孔技術來使得LCD 背光模組中的光場分布均勻。

圖1 側(cè)端開孔的具體模型

3.2 液晶抑制激光散斑技術的實驗分析與研究處理

3.2.1 實驗分析處理

為了驗證液晶分子會對激光散斑造成一定的抑制影響，對該技術進行了實驗分析與處理，從而來進一步掌握實際效果，改進當前激光散斑存在對顯示器的影響。在整個實驗裝置中，主要涉及激光光源、液晶抑制激光散斑裝置、導光板以及相應的CCD 相機。圖2是液晶分子的工作原理圖。

其中激光光源的波長為450nm 的二極管，額定功率數(shù)值為200mW。液晶選用了E7型TN 液晶，電壓為9 V 左右。對于散射體來說，是使用了導光板，并且還使用了霧化片來模擬實際情況。在此過程中，使用了CCD 相機來真實模擬人眼的實際情況，相應時間按照0.02 s。其中半導體發(fā)射出的光通過抑制激光散斑裝置從側(cè)端角度入射到導光板中，并使用CCD相機來實時拍照通電和未通電狀態(tài)下的導光板圖像。此外，還需要使用相關軟件來對圖像進行灰度處理。在經(jīng)過一系列處理后，如果液晶片沒有接通電場則激光散斑的對比度可以達到6.52%。而在施加電場后，對比度為2.80%，小于4%，從而不會對人眼造成影響。

3.2.2 造成液晶散斑抑制的原因以及處理效果分析

造成液晶抑制激光散斑的主要原因是液晶在進行旋轉(zhuǎn)和極化的過程中，如果時間遠遠小于電場在同一方向中所連續(xù)的時間時，將會導致液晶分子處于靜止狀態(tài)，無法調(diào)控激光，最終無法抑制激光散斑。而如果頻率大于闖值時，此時就會明顯提高液晶分子的旋轉(zhuǎn)速度，最終無法提高對激光散斑的抑制效率。在此過程中，電壓數(shù)值增加，能夠明顯提高對激光散斑的處理效果。

文章通過控制施加液晶的電場，可以明顯降低對激光散斑的對比度數(shù)值。其中主要是降低了激光的相干性數(shù)值，從而能夠明顯提高對激光散斑的抑制效率。只有當液晶存在闖值電壓，并且到電商中的電壓超過該數(shù)值時才會發(fā)揮液晶的抑制效果。電壓數(shù)值越高，明顯提高對激光散斑的抑制效果。與此同時，只有當電場的頻率遠遠大于闖值時，才可以抑制激光散斑。

4 結(jié)束語

在當前液晶顯示激光背光模組的關鍵技術研究分析中可以看出，通過使用該光纖側(cè)端開孔技術來使得LCD 背光模組中的光場分布均勻，需要調(diào)整d和r的通過大小來進一步減少尾光強度過高的影響。而可以數(shù)值控制施加液晶電場中的電壓和頻率大小來抑制激光散斑效應，提升顯示器的顯示效率，使得使用者能夠準確獲取顯示器中的內(nèi)容。