2-1 液晶顯示器簡介
液晶顯示器顧名思義就是利用液態晶體(LC, Liquid Crystal)的光學特 性，來控制光的通過量而達到顯示的效果。一般的作法是將液晶灌入兩片 抽完真空的玻璃之間，利用 Spacer 控制兩片玻璃之間的距離，並加上電壓，
控制液晶的旋轉量以改變光的偏振方向，如此就可得到有明暗變化的基本 顯示裝置。若再加上彩色濾光片(Color Filter)就可得到有色彩變化的顯 示裝置。[1]
液晶顯示器內部簡單的結構如圖 2-1所示，由上至下分別為上偏光片 (Polarizer)、彩色濾光片(Color Filter)、液晶、ITO 電極、薄膜電晶體 基板(TFT, Thin-Film Transistor)、下偏光片及光源(Light Source)。
[2]
各零件之簡介如下：
晶兩側時，液晶便會開始反轉。應用在液晶顯示器時，便可由外加電壓 來控制液晶反轉量，進而決定光通過的方向及總量。
d. ITO 電極：氧化銦錫擁有電傳導和光學透明二種特性，可用來連接液晶 及開關元件，以提供液晶旋轉時所需的電壓。
e. 薄膜電晶體基板：TFT 的製作方式是在基板上沉積各種不同的薄膜，如 半導體主動層、介電層和金屬電極層，而組成 TFT device。TFT 面板就 是由數百萬個 TFT device 以及 ITO 電極區域排列如一個 matrix 所構成。
背光模組(Backlight Module)為液晶顯示器(LCD Module)的關鍵零組件 之一。由於 LCD 為非自發光性元件，其主要功能是經由液晶的旋轉來控制
a. 直下式背光模組(Upward type)
直下式背光模組顧名思意是將光源(CCFL or LED)置於顯示面板下方，
透過擴散板將光線均勻化。此種背光模組的光線利用效率較高，一般使 用擴散板而不是導光板技術。此種背光模組光源至顯示面板之間需要較 長的距離，以利光線擴散，而得到較佳之均勻性。所以此種背光模組之 厚度較大，一般使用在大型顯示器如 TV 上。[4][5]
b. 側入式背光模組(Lateral type)
側入式背光模組與直下式背光模組最大的差異，就是將光源置於顯示面 板的四周，透過導光板將側光源轉換成均勻之面光源使用。此種背光模 組最大的優點就是厚度較直下式背光模組薄，但由於光線在導光板中會 經過多重反射傳遞而衰減，因此光利用效率較差。此外其均勻性也需要 較純熟的網點設計及射出成型技術來達成，所以其技術門檻較高。不過 由於 3C 產品薄型化的趨勢；以往應用於手機、PDA 的側入式背光技術，
也因技術的精進，而應用在電腦螢幕或 LCD TV 上。[4][5]
本研究即是探討側入式背光模組中，楔形導光板之設計，以達到較高之 光利用效率及均勻性。
2-3 背光模組元件介紹
如圖 2-4，一個背光模組的基本元件有上/下擴散片(Diffuser Sheet)、
上/下稜鏡片(Prism Sheet)、導光板(Light guide plate)、反射片 (Reflective Sheet)及光源(LED、CCFL)。
以下將分各節介紹這些元件的原理及使用方法。
2-3-1 擴散片(Diffuser Sheet)
擴散片的原理，是將擴散粒子(bead)Coating 在 PET 基材上(圖 2-5)[6]，
當光線由導光板出來，打到這些擴散粒子，便會產生反射、折射，進而減 少導光板射出光的方向性，使射出光均勻化，並可霧化導光板上的 Pattern 及缺陷。
2-3-2 稜鏡片(Prism Sheet) Internal Reflection)的方式，將光折回入光面，經由反射片後續之折 射動作調整至適合之出光角度，再予以利用。
由於稜鏡片一次只能集中水平或垂直角度的光，所以一般應用均需使用 二張呈 90°垂直的稜鏡片搭配使用。
2-3-3 導光板(Light Guide Plate)
導光板之主要功用是引導光的行進方向，將側光源轉換為面光源，再經 過擴散片、稜鏡片的作用，提供 LCD Panel 均勻且足夠的背光使用。
導光板的原理，係利用斯涅爾定律(Snell's Law) 即：光入射到不同介 質的界面上會發生反射和折射。所以當光由空氣進入壓克力材質的導光板 時，會因為兩個介質的折射率不同而產生折射，但當光要由壓克力(光密介 質；較高折射率的介質）進入到空氣(光疏介質）時，若角度大於臨界角 (Critical Angle)，即會發生全反射現象[5][9]，亦即光可以在無損失的 情況下在導光板內部不斷的傳遞，如圖 2-10[8]。
b. 非印刷式：非印刷式導光板係利用射出成型的方式，將具有微結構之模 仁放在模具中，使射出的導光板直接帶有微結構。常用的微結構製造方 式有機械加工法(V-Cut)、蝕刻(Etching)、電鑄(Stamper)及雷射(Laser cut)，如圖 2-12。[10]
2-3-4 反射片(Reflective Sheet)
反射片放置在導光板底部反射面，用以反射光線，一般具有高反射係數，
2-3-5 光源(Light Source)
在中、小尺寸 LCD 模組中，考量其空間限制，一般以發光二極體(LED, Light-Emitting Diode)為主流光源，一般應用於 10.1”以下之產品，如手 機、PDA、衛星導航及小型筆電，因應 3C 產品薄型化及節能環保的趨勢，
制砷或磷的比例可調整光的波長從綠光(550nm)至紅光(620nm)，唯獨欠缺 藍光(450nm)。
直至 90 年代才由日商日亞化學(Nichia)成功開發出氮化鎵(GaN)結構 之藍光波長之光源。使得 LED 可以進軍全彩顯示及白光照明的市場。 綠色的能量較低，其光的演色性(Color Rendering)較低，如圖 2-13。
d. 另一種方式是改良日亞化學的白光技術，將藍光 LED 的 ZnSe 基板上 形成 CdZnSe 薄膜，通電後使薄膜產生藍光，同時部分藍光照射於基
板上產生黃光而混合成白光。此種方式不需螢光粉即可產生白光，
唯發光效率較低，壽命也較低, 技術上仍有待突破。
e. 第五種方式是利用 UV LED 所產生的紫外光激發傳統日光燈的螢光物 質而產生白光。此法的電光轉換效率較 YAG 螢光粉高，所產生的白 光也較接近自然光，在色度的調整亦較靈活(演色性高)。 但現階段 仍有許多技術的瓶頸待克服，也因此種方式的專利仍有發展空間，
成為眾家 LED 廠所積極開發的領域。[14]
圖 2-1 液晶顯示器內部結構[2]
圖 2-2 偏光片之偏極化作用[3]
圖 2-3 側入式背光模組與直下式背光模組
圖 2-4 背光模組之基本架構
側入式背光模組 直下式背光模組
側入式背光模組 直下式背光模組
Light source
Upper Diffuser
Upper Prism Bottom Prism Bottom Diffuser Reflective sheet LGP
Light source
Upper Diffuser
Upper Prism
Bottom Prism
Bottom Diffuser
Reflective sheet LGP
圖 2-5 擴散片之構造及擴散粒子[6]
圖 2-6 使用擴散片霧化導光板上之 Pattern[4]
Without Diffuser With Diffuser
Without Diffuser With Diffuser
圖 2-7 稜鏡片表面之稜鏡結構放大圖[7]
圖 2-8 稜鏡片之工作原理[7]
圖 2-9 稜鏡片可提升正面視角輝度[7]
圖 2-10 光束在壓克力中的全內反射現象[3]
圖 2-11 導光板之工作原理，破壞全反射現象
圖 2-12 顯微鏡下的各種微結構[10]
θ
rθ
iθ
rθ
i全反射
全反射 折射
全反射破壞
θ
rθ
iθ
rθ
iθ
rθ
i全反射
全反射 折射
全反射破壞
Etching V-cut
Stamper
Etching V-cut
Stamper
圖 2-13 藍光 LED 與黃色螢光粉所混出的白光頻譜[14] [15]