背光模组及V-CUT结构设计

1、篇名LED背光模組及V-Cut技術未來導向作者張先榮。私立開南商工。電機三年忠班張浩哲。私立開南商工。電機三年忠班楊凱閔。私立開南商工。電機三年忠班壹前言:近年來,顯示器的技術研發,已成為眾所關注的市場主流,客戶對於LCD面板的要求愈來愈高,為了提供光源,背光模組的廠商不得不更積極地投入技術上的研發。所謂背光模組(Backlight Module係提供LCD面板之光源。因液晶本身不發光,為了讓使用者能清楚看到LCD上所顯示的內容,須在LCD背面加上一個可投射出光源的背光模組,使光線透過LCD後,將資訊傳遞到使用者的眼中,因此背光模組為LCD面板的關鍵零組件之一。事實上,背光模組的應用至廣,舉凡

2、行動電話、PDA、數位相機、視訊電話、工業或醫療乃至飛行儀表、掌上型電視、VCD Player、汽車導航、筆記型電腦、LCD Monitor、TFT-LCD TV,背光模組的技術都不可或缺,於生活科技至關重要。因此,本文擬就V-Cut技術的發展概況略作考察,並進一步對LED背光模組目前在技術上的得失加以分析,藉此探索面板技術在未來發展的導向。貳正文背光模組主要由光源、導光板、光學用膜片、塑膠框等組成。其中,導光板(Light guide plate的主要功能在於使冷陰極燈管發出的光線,能均勻分佈於整體的背光模組,使用的材料為光學級的壓克力(PMMA。為了提升光學效率,微溝切削(V-Cut的技術

3、應運而生。此種逆稜鏡式導光板的生產,可大幅降低生產成本、增加輝度,已成為高亮度低成本的代名詞,正是全球背光模組廠在現階段的研發重點。目前V-Cut的技術已經成熟,在TFT-LCD面板及液晶產品降價壓力下,上游零組件廠的研發部門,也持續朝簡化結構及精省成本等方向在努力。(註一而LED 背光模組的開發,更是面板技術研發的長期目標,值得關注。一、高亮度導光板技術的成熟在現階段筆記型電腦用面板背光模組上,V-Cut是相當熱門的技術。其結構主要是將稜鏡微加工,直接製作於導光板上,並以一片鋸齒狀朝下的稜鏡片,取代原來兩片朝上的稜鏡片,在局部降低成本的同時,有效的將輝度提升30%左右。V-cut LGP加上

4、向下Prism結構,較原來兩片朝上的稜鏡片結構,光的利用率高出30%左右,但相對View Angle就被犧牲了,不過,這點對筆記型電腦使用上不但沒有影響,反而具有保護隱私之優點。因此筆記型電腦將加以大幅採用。二、V-Cut技術開發的重點01.明暗帶條紋的消除:從技術上來說,因導光板光學特性使然,V-Cut結構容易造成導光板產生明暗帶條紋,而如何將該條紋消除,是目前需要克服的技術障礙。因此,如何將導光板精密稜鏡加工面,和另一側霧化面作最佳化搭配,正是光學和精密加工技術的開發重點所在。02.V-Cut導光板的結構值得注意的是,能夠大幅提高輝度的V-Cut,也有其技術發展的瓶頸,導光板增光片(BEF

5、主要供應商3M就對V-Cut導光板結構提出看法,認為該結構較易導致刮傷,而且有光學均勻度較差及機械強度較弱等問題。但這兩個問題似乎不必過度憂心。在均勻度方面,V-Cut導光板約為75%,較一般的85%為低,這是通常客戶力求面板中間部分呈現最佳表現,及輝度大幅提升下產生的必然現象。至於機械強度較弱方面也有克服的方法,例如以貼合方式做固定,目前大多數的機型都能通過客戶端的震動和衝擊試驗。整體說來,V-Cut技術不但有效的提升輝度,提高光的利用率,而且局部降低成本,明顯降低重量與厚度,使導光板的製作日益輕薄(註二,正合乎LCD顯示器的需求,尤其宜於筆記型電腦使用,優點遠大於缺點。不過,明暗帶條紋的消

6、除,提高光學均勻度及機械強度,仍是目前有待繼續努力的方向。三、LED背光模組的優勢如前所述,LED背光模組的開發,是面板技術研發的新目標。LED背光模組取代CCFL成為背光源的趨勢,已日漸明顯。去年2005年10月時,SONY推出了一台螢幕尺寸11.1吋、使用白光LED的V AIO筆記型電腦,就引起了LCD和背光模組廠的高度重視,也同時引發了相關廠商的熱烈討論。對於背光模組廠來說,LED背光模組在結構上,主要的差異點在於LGP的改變。使用CCFL時,由於受限於燈管管徑1.8釐米,LGP入光側必須維持2.0釐米左右,而成為一個楔形的板;這使得筆記型電腦面板沒有辦法做得很薄。然而使用LED作背光源

7、時,原來LGP之厚度限制已不存在,可以讓整個LGP厚度均勻且變薄,再加上玻璃的厚度約可從0.5釐米,降為0.3釐米,因此可以滿足筆記型電腦對於輕薄短小的追求。四、LED背光模組未來的挑戰然而,LED背光模組的技術,仍有許多有待克服的困難,包括價格、色彩飽和度、背光模組透光能力等:01.價格在價格上,LED的確沒有優勢,待改善的空間還很大。以11.1吋面板來說,需要用到40顆以上之LED,如果每顆LED價格以1012元來計算,這方面的成本就要4500元;相較於現在CCFL一支約為4550元,而且筆記型電腦只需用到一支的情況,兩者價格就相差了八、九倍之多。02.色彩飽和度另外,在色彩飽和度上更沒有

8、優勢。白光LED色彩飽和度較差,比起CCFL來說就略遜色了些。RGB LED的色彩飽和度就高了,但是目前不是太大顆,就是輝度上還不足,沒有辦法做成筆記型電腦背光源,只能用在液晶電視。白光LED現階段技術障礙是在導光板的設計;若是RGB混光,因LED輝度會隨著基板溫度改變很大,尤其是紅色LED影響更巨,散熱問題則是技術發展上最需要克服的瓶頸。03.背光模組透光能力以目前LED亮度技術來看,在這一方面,提高亮度並不是太大的困難,但是因為伴隨而來的高耗電量以及散熱的問題,卻困擾著所有的工程師,因為亮度的提昇總是會有到達瓶頸的時候,如果因為在這一方面努力卻造成使用壽命的減短,似乎有點得不償失。所以就整

9、體而言,還是必須從改善背光模組的透光率開始進行,才是解決的根本之道。由於背光光源必須使用Reflector、Diffuser等等的光學薄膜,來達到光源平均投射的目的,但是往往光耗損的現象就會因此而產生。根據研究,從傳統背光光源所發射出來的光是100%的話,經過Reflector、Diffuser等等的光學薄膜之後,只會有約60%的光通過背光模組進入到偏光膜,最後經過LC、Surface出來只剩下4%的光。也就是說,如果背光光源是1萬nits,那麼,最後投射出來的光只會有400nits,假設LCD面板規格需要500nits,那麼背光光源的亮度就必須能夠提供1.21.3萬nits的亮度。參結論:從2004年SONY發表LED背光模組後,液晶顯示器用背光模組應可說是正式進入LED的時代,雖然LED本身還有許多技術問題有待克服,不過,未來傳統冷陰極燈管的部分市場將逐漸被LED光源取代,相信未來液晶顯示器的影像畫質與顏色會更加艷麗與細膩。LED背光模組的色再現特性,使用R/G/B LED背光模組的