背光模组及不良解析方法

背光模組原理及不良解析手法1.液晶顯示器的構造(TFT-LCD):a.LCD玻璃基板主要用以控制圖樣或文字的顯示b.彩色濾光片(ColorFilter；CF)

主要提供紅籃綠三顏色的配色C.驅動IC

主要功能在於控制面板上的每個畫素電極導通與否，使得PC(或TV)影像訊號能正確顯示在LCD面板上的位置d.偏光板主要功能在於將非偏極光轉為偏極光，而液晶顯示器就是利用此偏極光加上液晶扭轉特性來達到控制光線的通過與否，形成明暗e.面光源因TFT－LCD本身並不發光，因此需要一外加面光源，提供均勻高亮度廣視角的顯示效果1-1.液晶顯示器的種類:a.扭轉向列型(TwistedNematic；TN)b.超扭轉向列型(SuperTwistedNematic；STN)c.彩色薄膜型(ThinFilmTransistors；TFT)1-2.面光源的種類:a.前光膜組位於LCD玻璃晶片與彩色濾光片前面，主要用於反射式與半反射式面板b.背光膜組

位於LCD玻璃晶片與彩色濾光片後面，主要用於穿透式面板2.何謂背光模組(BackLightModule)由於LCD面板本身不具發光特性，因此，必須在LCD面板上加上一個發光源，方能達到顯示效果，背光模組(Backlight)即是提供LCD顯示器產品中一個背面光源的光學組件，簡單來說，背光模組即為LCD顯示器的一個關鍵零組件，因此，其發展與下游LCD顯示器息息相關。2-1.台灣背光模組發展現況:一直以來，台灣的背光源組多數仰賴自日本進口。然而由於面板價格持續滑落，面板廠商另尋零組件廠商協助降低成本的壓力日大。因此，在配合國內面板廠商對關鍵零組件的大量需求及降低成本壓力下，截至2000年底，台灣先後已有20家以上廠商投入與背光源組相關的設計、生產及製造作業中。

廠商名稱技術來源廠商名稱技術來源輔祥實業自有技術和立聯合日本IMEMS中強光電自有技術大安國際日本大億科技Stanley奈普光電日本、工研院機械所慧炬光電日本Denyoo興隆發日本桐生、工研院機械所福華電子茶谷興業科僑電子日本Sharp瑞儀光電自有技術元津日本大津寰宇光電富士通化成茂生光電美國Luminate盛美光電日立ED

3.背光模組設計模式:a.側光式:通常僅採用單支燈管做為光源，利用呈楔形的導光板設計（直下式設計多用「平板」）來加強對光線行進方向的控制，難度相對較高；此種設計考量「輕」、「薄」、「省電」、「岝框化」等使用者需求，故現階段主要用於筆記型電腦用LCD面板(15吋以下背光模組)。b.直下式:將燈管置於模組正下方，使用兩支以上的冷陰極燈管來增加光源強度，但相對地也增加了模組的厚度及重量，同時多支燈管也增加耗電量，因而較適用於LCD監視器或LCD電視。為不含導光板的直下型結構，光源由反射板反射後，向上經擴散板均勻分散後於正面射出，但其高消費電力(使用冷陰極管)，均一性不佳及造成LCD發熱等問題仍需要求改善。c.中空型:適合超大尺寸LCD，這類超大型的LCD被拿來當作監視器及璧掛式電視，不僅要求大畫面、高亮度及輕量化，在電氣上亦要求高功率下的低熱效應，近年來發展的中空型結構的背光模組，使用熱陰極管作為發光源。4.背光模組原理:係將常用的點或線形光源，透過簡潔有效光機構轉化成高亮度且均一輝度的面光源產品。一般結構為利用冷陰極管的線形光源經反射罩進入導光板，轉化線光源分佈成均輝的面光源，再經擴散片的均光作用與菱鏡片的集光作用以提高光源的亮度與均齊度。

5.背光模組主要部材與功用:a.鋁框/底部金屬板b.反射膜(貼在模組底部及側邊)C.燈管組(燈管與燈罩)d.導光板(LightGuidePanelorLGP)e.擴散膜(Diffuser)f.稜鏡片(或稱光學膜、增光片)

5-1.燈管組:

1.在於提供足過的亮度，必須具備高亮度及壽命長等特色。

2.光源之種類:

a.冷陰極螢光燈(ColdCathodeFluorescentLamp;CCFL)b.熱陰極螢光燈

c.LEDd.電激發光片(EL)

其中大尺寸TFTLCD仍以CCFL為主流，而LED由於RGB三色透光率較均勻，不像傳統發光源凹凸明顯，因此未來高功率LED也許會是發展重點，不過現採用LED在大尺寸上仍有技術上的困難，目前實驗室產品大尺寸採用LED為發光源則須使用60顆左右，成本高出許多，後續將研發降低使用顆粒數量方具競爭力。5-1-1.冷陰極管發光原理:

1.電極2.電子3.水銀原子4.紫外線5.螢光粉6.可視光從電極跑出的電子撞擊到水銀，激發水銀使其釋放出紫外線，這個紫外線照射到塗在玻璃館內側的熒光體成為可見光。導光板是利用從經過特殊加工的壓克力板（有人也將這塊板子稱為導光板）的邊緣（edge）導入光，光則一邊完全反射整個壓克力板，一邊前進，遇到由壓克力板加工過的反射dot，就轉變方向，形成比全反射角還小的成分的光，出現在壓克力板的表面的原理

導光板的原理:5-2.導光板(LGP):a.screen印刷法5-2-1.導光板的種類(反射dot的製作方式):b.injection法(無印刷式)a.screen印刷法:為壓克力平板基板射出後，將含有高發散光源物質之印刷材料印製在導光板基板之底部，然後進行熟化固定，此為國內目前應用成熟之製程。反射dot是用鈦白（Ti02）或沈降性硫酸鋇(BaS04）等不會有光學性吸收，反射率高的顏料以及丙烯類膠合物（binder）融合之後的反射ink，利用screen印刷法做塗布。優點:小量生產穩定性高技術成熟缺點:不適合大量生產不適用小型尺寸成本高製程較繁雜光源損失較大b.injection法(無印刷式)將設計好的導光圖樣製作在模具上，採直接射出成型或壓印製作，不必再經過網印與熟化固定步驟，簡化製程優點:製程簡化可大量生產成本低高亮度適用小型尺寸缺點:模具開發較貴初期失敗率較高設備成本較高5-2-2.反射dot之位置:反射dot不是塗布在壓克力板前面，是依據如下圖漸層模式來塗布。也就是說，接近光源冷陰極管的部分會變小，離光源越遠，就會變得越大。控制讓整體的面，可以平均發光。詳細來看，一燈用的模式，並不是距離冷陰極管最遠部分的反射dot會變的最大，而是距離端面2~30%的地方會變的最大。S-504(LCD監視器)P-508(NB)5-3.導光板之形狀:a.平板:多應用於監視器(S-504)b.楔型板:多用於筆記型電腦(P-508)5-4.稜鏡片（PrismSheet）

:主要作用在於增加背光源所產生的亮度，其原理與導光板的聚光效果雷同，主要以多元脂（Polyester）或聚碳酸脂（Polycarbonate）為原料，利用射出成型或貼上壓克力樹脂的方式、製作鋸齒狀的板面，藉由上下兩片、垂直交錯地壓合於兩片擴散膜中間，可讓原已擴散開來的光線再度集中、減少光耗損率，故可增加亮度。6.背光模組成本結構:觀察背光模組成本結構中以材料成本佔比最高，監視器用之材料成本佔比65-75%、筆記型電腦用之材料成本佔比62-70%，約有六、七成比例是材料成本，而人工成本則約有一成比重，此意味著該產業的量產經驗、員工熟練度(降低損耗率)、關鍵零組件供應商穩定供貨與價格優惠將是降低成本的重要方法。

監視器用筆記型電腦用材料成本65-75%62-70%人工成本10-13%13-20%不良品成本2-4%3-5%管銷成本5-10%7-10%6-1.背光模組材料成本結構:觀察背光模組材料成本結構中，佔比前三項材料分別是光學膜、導光板、燈管，此三項材料即佔五~六成，其中光學膜及燈管主要供應來源均集中在幾家大廠手中，屬於寡佔市場，以光學糢而言，目前全球供應主要有3M、Nitto、Mitsubishi，其中3M幾乎可以說是攘括大部份市場;至於燈管方面，目前全球製造廠商多集中在日本，包括有Stanley、Harison、West、Sanken，其中Harison及Sanken即佔筆記型電腦用CCFL燈管九成的市佔率，新增廠商並不多。扣除此二項材料之後，國內背光模組多選擇投入導光板技術之研發。6-2.背光模組未來發展:2001年全球LCD面板的生產基地，主要仍集中在亞洲的日本、南韓、台灣，依據SemicondutorFDPWorld的資料，台日韓三地的LCD面板廠商，未來幾年在LCD面板產出上仍將是持續成長的，如以400*500平方公尺的尺寸作為估計基礎，則產出的基板數，將從2000年的670萬片成長至2002年的845萬片，如此，勢必造成對上游關鍵零組件背光源組的同量需求，背光源組產業的成長趨勢，預計至少將持續至2003年，產值從2000年的568百萬美金成長至2003年的864百萬美金。資料來源：富士總研,工研院經資中心ITIS計畫整理(2001/11)全球背光源市場預測6-3.背光模組價格趨勢:在下游LCDmonitor的旺盛需求帶動之下，LCD面板景氣已有回春的現象，背光模組亦將維持不錯的成長，不過，由於國內各廠商的產能陸續開出，且LCD面板的價格大幅滑落下，且目前背光模組毛利仍不錯的情況下(毛利率約15-20%)，背光模組的價格預期仍有走跌的空間。

資料來源：MIC，2001/12

CRTPDPLCDTV耗電量大大(32吋260瓦、40吋350-400瓦)小(30吋45瓦、40吋90-180瓦)視角依存性無無有畫面對角尺寸10-4030-605-30應答時間約2us2-20us15-60ms薄型化困難容易容易重量大中小幾何變形有無無發光效率佳普通-使用壽命長短(2萬小時)長(6萬小時)解析度低中(40吋640*480)高(40吋最高可達1600*1200)缺點1.有幅射

2.

2.尺寸愈大、體積愈大

3.

3.40吋以上發展有困難4.尺寸愈大、易產生變形1.

1.耗電高

2.發光效率普通1.

1.視角限制

2.

2.應答速度慢

3.

3.30吋以上產品未商品化

4.顏色飽和度差目標市場40吋以下30-40吋、40吋以上20-30吋7.CRT、PDP、LCDTV主要特徵:7-1.投資五代以後生產線之投資效應比較:世代

基板尺寸

面積

倍數

投資額

倍數

4代線680*8800.60mm21.00

250億元1.00

4.5代線730*9200.67mm21.12

260億元1.04

5代線1100*12501.38mm22.30

350億元1.40

6代線1500*18002.70mm24.50

450億元1.80

7代線1870*22004.11mm26.85

600億元2.40

7-2.各國15吋面板成本預估:國家

韓國

台灣

日本

年份

2002

2003

2004

2005

2002

2003

2004

2005

2002

2003

2004

2005

4代線

195

168

152

127

199

173

157

131

226

194

177

149

5代線

190

152

135

123

192

157

137

125

217

176

153

140

價差

5

16

17

4

7

16

20

6

9

18

24

9

7-3.全球三大面板供應國產業優勢比較

:國家韓國日本台灣產業鍊大型集團垂直整合致力提昇設備及材料自給率大型集團垂直整合出口設備及材料中小企業彈性生產產業群聚形成中技術自有技術掌握專利技術領先承襲日本技術為主品牌自有品牌家電、資訊品牌優勢品牌通路實力較弱第五代以上生產線第五代線率先量產持續推動第六、七代線欠缺第五代生產線擬跨入第六代線跟緊日韓規格，五、六代線均不缺席量產能力產量最多、成本最低成本最高、不具優勢資訊產品量產經驗足全球運籌管理反應快其他條件政府支持國內市場大資本市場集資容易7-4.全球各主要TFT面板製造商出貨量:

2002/Q12002/Q22002/Q32002/Q42003/Q12003/Q2友達AUO

2,1602,1851,7202,1512,3302,765奇美CMO

1,0151,3131,189