直下式 LED 背光模組的架構

以目前市面上的直下式 23 吋面板為例，背光模組規格厚度 25mm-30mm，

實際成品均勻度要求為 65%-75%，若均勻度達到 85%以上已屬於高均勻度的 背光模組。

目前市面上 LED 背光模組還未普遍出現，目前只有 Lumileds 公司設計 的 LED 背光模組，故先對該背光模組進行模擬分析。此背光模組架構使用 一種邊射型 LED 為光源(side emitter LED)，此 LED 光線在本身獨特的封 裝結構下，均勻的往燈箱空腔散射，藉由燈箱空腔的空間混光，在燈箱四 壁或是底面上未做任何的結構。

燈箱壁由四個反射面構成，底面加上一個擴散面(Diffuse film)，兩 列 LED 線列排列在其中，分布在三等份均分燈箱寬度的位置，如圖(3.1)所 示。尺寸為 503 × 282 ㎜，厚度為 50 ㎜，長寬比為 16：9 的 22 吋燈箱。

LED 用兩個線陣列以綠-紅-藍-綠的順序排列(用以使色彩均勻為白光設 計)，如圖(3.2)所示，一列為 48 個 LED 安裝在金屬核心印刷電路板(Metal Core Printed Circuit Board , MCPCB)上，共 96 個 LED。

燈箱頂端加上以下光學平板增加均勻度：亮度增強片 BEF(brightness enhance film)及雙重亮度增強片 DBEF(double brightness enhance film)

片，擴散板(Diffusor)。最後在加上稜鏡片(Grating film)導正散射光源、

提高燈箱正向出光的強度。

圖(3.1)Lumileds 22”直下式背光模組架構

圖(3.2) LED ARAY 排列方式與結構

表(3.1)為 LED 的發光中心波長與發光通量。

顏色 波長(NM) FLUX(lumens)

Red 625 40

Blue 470 9

Green 530 27

表(3.1) LED 發光特性

我們由該公司擁有的美國專利 (US Patent : 6607286 , 6679621)推算 邊射型 LED 結構，以利於接下來的模擬分析。

邊射型的封裝是一個圓柱對稱的結構，如圖(3.3)所示之側視剖面。頂 端如同一個漏斗凹陷的冠狀結構，光線經過全反射效應下，大部分的光往 旁邊導出而不往上直接射出，底部則是個半圓球狀，讓出射光線在側面自 由出射，

圖(3.3) 邊射型 LED 結構圖

發光強度的空間分布曲線示於圖(3.4)。

圖(3.4) 邊射型 LED 發光角度分布圖

為充分利用空腔混光並避免光線直接向 LED 正上方射出影響均勻度，

在 LED 上方加一圓片(divertor)，此圓片具有 5%的透射率與 95%的反射率，

使混光更加均勻。如圖(3.5)所示。

圖(3.5) 圓形 DIVERTOR 與光線能量分布圖

在冠狀結構以下部分為發光區域，在水平線±20 度的範圍內集中 80％

的光能量，說明此邊射型 LED 的發光形式大部分都是從邊緣向四周發光，

這可使光在空腔內能做到均勻擴散到整個屏幕上。

Lumileds 依此架構實際作出 prototype 的實驗結果，亮度均勻度如圖(3.6)。

圖(3.6) Lumileds 直下背光模組亮度均勻分布圖

均勻度達到 71%(不考慮燈箱周圍照度低落的區域)，亮度達到 7000nits。

其中紅光 LED 發光通量：1039lm、綠光 2436lm、藍光 109lm 的，在 350mA 的驅動電流下，達到 33.2lm/W 的效率，實驗結果光源的色溫達到 9000K。

色彩均勻度表現示於圖(3.7)。

圖(3.7) Lumileds 直下式背光模組色彩均勻度

此色彩均勻度的分析方法如下：以燈箱中心點的 CIE 色座標為基準，與燈 箱中各位置色彩的色座標作座標差的分析(|Δu’v’|)，發現座標差最大 值在 0.008 以下，相當的均勻。而色彩涵蓋範圍達到 NTSC 標準顯示器色彩 顯示範圍的 104 %，遠比冷陰極管的效果好，如圖(3.8)所示，接下來針對 此架構作重現與模擬。

圖(3.8) Lumileds 直下式背光模組與 CCFL 的 NTSC 評估

3.1.2照度均勻度與背光模組效率評估方法