背光模组介绍

1、背光模組介紹 w 壹、背光板的應用 w 貳、背光板的要求 w 參、背光板的組成結構 w 肆、背光板的發光方式簡介 w 伍、主要部品介紹 w 陸、設計上之考量 壹、 背光板的應用 背光板是液晶顯示模組(L.C.D.(Liquid Crystal Display) Module)中的一 個元件，(L.C.D. Module又簡稱 (L.C.M.) ，主要的作用在於提供液晶 顯示器的光源。 偏光膜 黑邊彩色濾光膜 Protective film 導電薄膜(共用) Alignment film Liquid crystal 電容器 Display electrode 偏光膜 CCFT 反射片擴散片導光

2、板 Spacer 稜鏡片 Drive LSI 印刷電路板 控制IC Connection 軟性排線 異方性導電膜 Sealant T.F.T 玻璃基板 LCM簡介 1. 1.液晶的分類：液晶的分類： 因為液晶分子沒有自主發光，僅具有開關及旋光的機制，所以需要有光 源才能看見液晶面板所顯示的內容。 (1).反射(半透)式 在液晶面板下放置反射物，利用環境光的反 射來顯示。 (優點)：不需背光源，重量較輕，耗電量低，但是受 外界影響的情況大，當外界明亮時，顯示清 楚， 反之外界陰暗時，顯示不清楚。 (2).透過(全透)式 在液晶面板下加背光模組，利用背光來作為 顯示光源。 (優點)：不易受環境的影

3、響，輝度高且穩定，但是因 為加了背光源所以重量重、消耗電量高是它 的缺點。 為了因應目前市場的需求，仍然是以透過式的為主流，所以需要背光模 組當光源。但是低消費電力是一直不變的目標，尤其是資訊末端產品更 是如此；現在的個人用PDA、NoteBook、等都有開發使用反射式液晶面 板。 2. 2.背光板的要求背光板的要求： w 高輝度 w 高均勻性 w 寬視角 w 低耗電量 (N/B) w 重量輕 (N/B) w 結構穩定，安全性高 w 價格低減 w 拆換性佳 (M/N) w 有效發光面積比大 (N/B) 3. 3.背光模組的組成結構：背光模組的組成結構： 背光源可分兩類： 一、為有機EL板也就是

4、OEL(只要加上電壓即 可均勻發光，壽命較短約5000hrs 10000hrs，目前多用於音響設備或是小型 的液晶顯示器) 二、為利用冷陰極管或LED當光源並且加上其 他機構組合而成的背光板或稱背光模組。 以下我們要介紹的是背光模組：(有2種) 3.1.3.1.直下式直下式 燈管放置在模組的下方讓光線直接往上打，燈 管的數量較多，當然輝度較高，但是厚度較厚， 溫度也會因為燈管數多而高。依結構及性能一般 多運用在液晶電視上。 反射板 擴散板 擴散片 冷陰極管 3.2側邊入光式側邊入光式 燈管置於導光板側邊，依導光板的型式及光學上 的需求，可選用直型、 L型、型的冷陰極管或 LED燈。燈管數目有限

5、制，所以輝度運用有限， 但是厚度薄、溫度低，目前以此為主流。 光行進方向 Reflector(反射片) Upper Diffuser(上擴散片) Prism Lens(平行燈管) Prism Lens(垂直燈管) Lower Diffuser(下擴散片) Lamp Reflector(燈管反射板) CCFT(冷陰極管) Light Guide Plate(導光板) 4. 4.背光模組的發光方式簡介背光模組的發光方式簡介 ( (側邊入光式側邊入光式) )： 以光路分析：(利用史奈爾定律 “Snell Law”) (圖1) n=1.49 (壓克力 ) n=1 (空氣) 光線出 射 反射角 入射角

6、反射片 壓克力表面 壓克力入光 處 冷陰極管 = 臨界角 光線的入射角大於臨界角時會發生全反射，所以光線只會在壓克力裏 傳遞卻不會在表面出光。(但是斜板於入光處約1/3的地方可出射於壓 克力表面 加上加上PatternPattern： (圖2) n=1.49 (壓克力 ) n=1 (空氣) 反射片 (印刷點)擴散材 料 光線出 射 壓克力表面 壓克力入光 處 冷陰極管 = 臨界角 印刷點裏有散射材料，可以造成光的散射，一部份的光 線出射於壓克力表面，一部份延原來全反射角度前進， 傳到下一個印刷點，使成為一個面光源。 加上擴散片加上擴散片( (Diffuser)Diffuser)之後：之後： 冷

7、陰極管 (圖3) n=1.49 (壓克 力) n=1 (空氣) 反射片 (印刷點)擴散材 料 擴散片 光線出 射 壓克力表面 壓克力入光 處 光線在折射出壓克力表面之後，視野角約集中於61 68度， 加上擴散片之後再將視野角變小使視角約集中於30度左右。 (圖4) n=1.49 (壓克力 ) n=1 (空氣) 反射片 (印刷點)擴散材 料 擴散片 光線出 射 壓克力表面 稜鏡片 冷陰極管 稜鏡片以3M的BEFII 90/50為例，因為其頂角為90度的等腰三角 形，底部的角度對於30度角左右的角度有最佳的矯正效果，所 以視野角會改變為幾乎垂直於表面。 加上稜鏡片(Lens)之後： 整體而言所有的

8、部品材料組合起來的作用就是要將光線從導光 板側邊導入後能垂直出射於背光表面，使背光成為一面光源。 5.主要部品介紹: 冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp) 導光板 (Light Guide Plate) 燈管反射板 (Lamp Reflector) 反射片 (Reflector Film) 擴散片 (Diffusion Film) 稜鏡片 (Prism Sheet) 框架(Mold Frame) 燈管反射版組(含冷陰極管) 反射片 擴散片 上稜鏡片 下稜鏡片 上擴散片 Inverter Mold Frame 導光板 Monitor用背光模組 Mold Fram

9、e 導光板 Inverter 上稜鏡片 燈管反射版組(含冷陰極管) 下稜鏡片 下擴散片 反射片 Metal Frame (1)冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp) Structure of CCFL(CFL) 燈管導線 (Lead Wire)螢光體 (Fluorescent) 密封處 (Glass Seal) 瓦斯氣體 (Gas Discharge) 燈管電極 (Electrode) 玻璃管 (Glass Tube) 製作方式： 製作方式：製作方式： 玻璃管螢光體 抽氣 加熱去除不純物 加熱 完成 導線導線 Seal 電極 (以電氣融接) 高周波電極活性化 加

10、熱融接 (下封止) 加入惰性氣 體，擠出空 氣。 加熱融接 (上封止) 裂斷 2.導光板(Light Guide Plate) 特性要求： v高折射率 v高全光線透過率 v耐熱變形溫度高 v 表面硬度高 v吸水率低 v熱膨脹率低 壓克力材料比較：壓克力材料比較： 廠 牌製 作 方 式材 料透 光 率分 子 量 三 菱 壓 延 MMA PMMA 94% 15000 住 友 壓 延 MMA PMMA 92% 10000 成 形 射出成形 PMMA 84% 94% 視成形條件 *成形的壓克力分子量最低。一樣的尺寸、油墨、網版所做的導光板， 壓克力 的輝度最低。 * 折射率=1.49 *硬度=3H *

11、 全光線透過率 = 92% (壓延板) *吸水率 = 0.3% = 88% (射出板) *熱膨脹率 = 59 * 10-5 *熱變形溫度 = 90度 印刷式導光板：印刷式導光板： 使用合成樹脂加上擴散材料 (SiO2 or TiO2) 再加上稀 釋劑所混合調配的油墨印刷在壓克力上，經過烘乾之 後讓油墨牢固於壓克力面上。 缺點： (a).必須經過烘乾的程序，如果溫度不夠則油墨 無法完全乾燥，而如果溫度過高則導光板容 易翹曲，兩者都是NG。 (b).油墨容易受到環境濕度的影響而產生不良。 (c).印刷的條件受油墨、環境、網版、溫度.等 影響，容易發生再現性不佳的問題。 導光板的製作方式：導光板的製

12、作方式： 非印刷式導光板：非印刷式導光板： (a).蝕刻蝕刻 (Etching)： 導光板反射面作深蝕刻 取代印刷點 導光板出光面作淺蝕刻 取代擴散片的效果 (b).V型切割型切割 (V-cut)： 導光板反射面作V型切割 取代印刷點 導光板出光面作V型切割 具有稜鏡片的效果 (c).噴砂噴砂 (Spray)： 導光板出光面作Spray 具有擴散片的效果 (d).Stamper： 導光板反射面作Stamper 取代印刷點 (e).在成形中混入異折射率材料一同射出：在成形中混入異折射率材料一同射出： 衍射 (Diffraction) Acrylic / Si (3)燈管反射板(Lamp Refl

13、ector)： Structure of Lamp Reflector 軟板反射率 = 96.3% 絕緣層 (PET) 反射層 (Ag) 遮光層 (PET) 硬板反射率 = 94% 接著劑層 絕緣層 (PET) 反射層 (Ag) 基板層 (SUS、黃銅、 AL) 接著劑層 (4)反射片(Reflector Film) 目前業界最多使用的反射片材料為 TORAY 出產的反射片(專利品)，另有 其他商社販賣的RW188其實是同樣的東西，但是製作都是東麗 (TORAY)， KIMOTO的RW188只是購入改名稱再販賣，它的專利點在於 “發泡性的 PET” ，當光線入射之後，發泡性的PET發揮它的微小

14、氣泡效果將光線再 一次的散射，使得光線的利用率再提高，若使用2張反射片則效果可再提 高5% (SHARP使用)，而一般的平面反射片雖然含有TiO2散射材料但是效 果卻不及 E60-L (RW188)。為改善漏光性及E.M.I.的問題可以作背面遮光 印刷或者使用有Coating鋁的材料，但反射效果較差。 (非發泡性PET，內含TiO2) (5)擴散片 (Diffusion Film)： 擴散片的材質有PC、PET、PolyOlefin.等，而且每一種型號的擴散片 都有其設定的用途，在業界最多使用的有3家“惠 合”、 ”Jsujiden”、 ” KIMOTO”.等。但是它們的組成大致分壓花 型串珠

15、型 (Beads)兩類： 串珠型 (Beads) 壓花型 (a).串珠型的表面有許多小珠子，經過Coating上特殊材料後使 其固化在膜片的表面來達到霧化的效果，最多人使用，但 是容易出現刮傷、及不耐溶劑、容易潮濕變形的缺點。 (b).壓花型的表面像是蝕刻過的痕跡，它是在原料抽出的過程中 由於鋼筒上的紋路，所以一併成形。缺點是凹洞的深度太深， 異物掉落時不易清除。 擴散片與雲量擴散片與雲量 ( (Haze)Haze)的關係為：的關係為： * *上擴散片的Haze高則輝度低，視角廣，缺點不易見。 * *上擴散片的Haze低則輝度高，視角窄，缺點容易見。 * *下擴散片的Haze低則與輝度無絕對關

16、係，各種下擴 散片造成的輝度高低須考量厚度、全光線透過率、 雲量等，但是使用在於N/B與M/N的膜片在各家膜 片廠商都有建議案及比較表，實際的話要背光板廠 依各設計機種的不同去 取捨。 (6).稜鏡片稜鏡片 (Prism Sheet)： Prism Sheet的材質為PC一體成型和PET Film + Acrylic複合而成。 目前的Prism是由3M所開發的BEF系列，有RBEF、BEFII、 BEFIII、DBEF、DBEF-D 等都是對於輝度提高最佳的膜片， 但是相對的它在背光模組中所佔的成本比例最高；現在有三菱 研發了新形態的Prism，完全不同於3M的BEF系列，使用的方式 也與現行品不同，不過由於是新的概念發展的Prism，所以使用 上仍然有很多的限制。 (a).3M的Prism Sheet 厚度約為150 250m，頂角角度為9