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1、Mincharg ChenDate: 2001/08/07背光模組技術介紹1AU Optronics Corp.前言 背光模組(Back Light Unit)是液晶顯示器(LCD)光源的提供者，LCD本身並不發光，背光模組光源的表現便決定了顯示器表現在外的視覺感，液晶顯示器由於其厚度薄，質量輕且攜帶方便，近年來需求快速的增加，已能在CRT的市場佔有一席之地。 隨著液晶顯示器製造技術的提升，大尺寸及低價格的趨勢下，背光模組在考量輕量化、薄型化、低消費電力、高亮度及降低成本的市場要求，為保持在未來市場的競爭力， 開發、設計新型的背光模組及導光板成型的新製作技術，是今後努力的方向及重要課題。 2A
2、U Optronics Corp.背光模組的結構背光模組的結構入射光源入射光源(lamp, LED or EL etc.)導光板導光板 (Light Guide Plate)反射板反射板(Reflector)稜鏡片稜鏡片(prism sheet) .燈管反射罩燈管反射罩(lamp reflector) 外框架外框架 3AU Optronics Corp.背光模組結構圖背光模組結構圖楔型結構楔型結構(側光式側光式)冷陰極管稜鏡片 I擴散板 L導光板反射板燈管反射罩稜鏡片II擴散板 U4AU Optronics Corp.背光模組發光原理背光模組發光原理上頁圖中光源(冷陰極管)直接或間接(經燈管反
3、射罩反射)進入導光板傳播，經由導光板下方的光學結構設計面與反射板對全反射現象的破壞後，光源由導光板的正面以某一角度擴散射出，均勻分布於發光區域內。再經由擴散板及稜鏡片I、II對光源視野角進行調整，使光線能聚集在液晶顯示器的視野角選擇內，以配合液晶顯示器對光學的特性要求。 5AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹-入射光源入射光源(1)螢光燈螢光燈 冷陰極管 優點:細管徑化(管徑現可達到1.8mm )、壽命長、亮度高 、工作電流低 缺點:發光效率低於20% 、放電電壓高、低溫下放電特性差、 加熱達到穩定輝度時間長熱陰極管 優點: 放電電壓低、加熱達到穩定輝度時間短、發光效率
4、高 缺點: 細管化困難、壽命短 6AU Optronics Corp.入射光源入射光源介紹介紹-冷陰極管VS.熱陰極管 螢光燈 項目 冷陰極管 熱陰極管 發光效率 約 18% 約 25% 工作電壓 6001000 V 300800 V 工作電流 2.010 mA 10 mA 以上 管徑 1.88 mm 4.0 mm以上 壽命 20000 H 以上 50008000 H 7AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹-入射光源入射光源(2) LED(發光二極體發光二極體) 以往用於小型的單色LCD的顯示器裝置，近年來成功發展出青色光源的LED，經過導光板、反射板等作用形成白色光源
5、顯示，由於其輝度高，漸成為具有實用性的導光板光源 。有機有機EL面狀發光面狀發光 一種能配合背光模組面光源型態的光源型式，由於其輝度低，適用於小型、全彩等使用的背光模組，現階段正努力於三原色化， 為未來市場增加其應用性。 8AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹導光板導光板(1)導光板是背光模組光源的傳播煤介，其形狀及材料組成決定了出射光源的輝度及分布上均一性的表現。一般來說，較細的燈管配合厚的導光板有較佳的入光效率，僅有在燈管緊靠在導光板上有最佳47%的入光效率。在實際的考量上為避免燈管電極過熱對導光板造成傷害，必須要求保持燈管與導光板間的相對距離。 PMMA 熱變形溫
6、度熱變形溫度 : 約約90 9AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹導光板導光板(2)進入導光板內部的光源，經過散射效應與反射板、擴散板及稜鏡片等作用後，出光效率約佔內部光源的75%左右。現行導光板在薄型化的趨勢下，筆記型電腦使用的導光板厚度已由4mm (平板型) 逐漸降低至 1.5mm(楔型)以下，再配合一體化的射出成型技術，是未來幾年內的產業走向。 10AU Optronics Corp.導光板介紹導光板介紹點印刷式導光板點印刷式導光板： 以往導光板印刷為將光源均一化分布的常用方式，利用含高發散光源物質(如SiO2 及 TiO2)的印刷材料，適當的分布於導光板底面，借
7、由印刷材料對光源吸收再擴散放出的性質，破壞全反射效應造成的內部傳播，使光由正面射出並均勻分布於發光區，但因出光的散射角較大及印刷點亮度對比較高，必須使用較厚的擴散板(覆蓋)及稜鏡片(集光)達到其光學與外觀要求。 印刷方式的導光板常用在中小型的背光模組及設計試作階段，以減少模具費的使用。11AU Optronics Corp.導光板介紹導光板介紹射出成型一體化導光板(1) 蝕刻方式(模仁咬花) 直接將印刷點的設計轉移到模具上，取代傳統的印刷方式，而在輝度的實際表現上，蝕刻導光板則不如印刷導光板。(現已發展至鋼板咬花) 切削方式SC加工 在導光板正面以切削方式製造出一條條長溝型的結構，與稜鏡片結構
8、類似的鏡面設計，更能增加輝度提高的效果，但在均一性的表現上則不如印刷方式的導光板結構。 12AU Optronics Corp.導光板介紹導光板介紹射出成型一體化導光板(2) 噴砂方式 利用細砂材料噴灑於模仁形成粗面分布，在射出成型下直接轉移至導光板上時，粗面越多的地方，破壞光源全反射的效果越強，因此可達到光源面的均勻分布。內部擴散方式 將一些具散射的透明顆粒材料(如MMA)，在射出成型時直接注入導光板內部，利用其濃度的不同對光源作有效率的出射調制，均勻分布在導光板發光區間，並減低光源仍留在導光板內耗損的可能。 13AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹擴散板與稜鏡片擴散
9、板與稜鏡片(1) 導光板光源出射方向及擴散角度並非集中在導光板正面方向，因此在LCD的視野角上無法達成亮度上的要求，必須修正光源的方向及擴散角度，使得光源能盡量集中在要求的方向，擴散板與稜鏡片即是作為角度修正及集光效果的重要元件。 14AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹擴散板與稜鏡片擴散板與稜鏡片(2) 擴散板 擴散板的作用除了修正光行進的角度外，對於破壞全反射面的光學結構亦具有覆蓋的作用，擴散板的光學參數包含了透過率及霧面程度，視導光板的外觀做有利的選擇。 稜鏡片 稜鏡片是提升正面輝度的重要元件，最有效且常用的稜鏡片為BEF 系列，其中頂角90及週期結構50um寬的
10、 BEFII 90/50 12枚應用於導光板上可使輝度提升約1.41.8倍，另外1997年發行的DBEF 一枚甚至可使輝度提升達1.5倍之多。 15AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹燈管反射罩燈管反射罩 燈管反射罩 燈管反射罩作用在包住燈管發出的光源，盡量送入導光板內，而燈管反射罩的形狀對導光板的入光效率有相當大的影響，一般中小型尺寸的背光模組常用包含銀蒸鍍膜及PET的軟性材質，約有80%的入光效率，而大尺寸含外框的筆記型電腦系列，對入光效率要求較高，因此多以外型特殊及固定的銅材質作為燈管反射罩，以增加入光效率，最佳時可達90%以上，另外燈管陰極接觸燈管反射罩常會產生
11、漏電流現象，在機構設計時必須注意 !。 16AU Optronics Corp.主要元件介紹主要元件介紹反射板反射板 反射板 反射板功能是將未被散射的光源反射再進入光傳導區內，其本身對光源亦稍微有散射的效應；在側光式大型的背光模組，為降低燈管入光處的輝線效應，常在反射板對應燈管入光處做消光設計，得到較佳的外觀效果及均一性。 常用的反射板材質 : KIMOTO RW188 RF215G17AU Optronics Corp.冷陰極管的驅動元件冷陰極管的驅動元件變換器變換器(Inverter) 變換器(Inverter)是驅動燈管點燈的高壓脈衝(pulse)提供者，它將由電源供應器(Power Supply)的直流電壓訊號轉換成高頻的高壓脈衝，使燈管能持續點燈，一般變換器頻率在75KHZ以下的室溫時，與發光強度維持正比關係，在一般商品化的規格中皆有指定其頻率。 18背光模組技術介紹END參考資料: 1. FTJ96 (FINEPROSESS TECHNOLOGY JAPAN ) SHOW & CONFERENCE 2. FTJ97 (FINEPROSESS TECHNOLOGY JAPAN ) SHOW & CONFERENCE 3. 新電子科技雜誌 1998年 143期 2月號 19
