加入擴散點方法

在導光板底部會加入大小不一之擴散點，並以不同密度分佈在底面。擴散點的 材料一般為具有高反射率之油墨材料，並以網點印刷之方式印製在底面，或是蝕刻、

電鑄等微機電製程在導光板上方或底部製作出許多圓形或方形的擴散點【17】，當光 線射到擴散點時，利用各種疏密、大小不一的擴散點，光由側面入光後直射或經底下 的反射板使反射光會往各個角度擴散，然後破壞全反射條件與光的干涉現象由導光板 正面射出來達成光的輝度均勻分佈。擴散點之所以能將光線導出乃是利用散射原理，

如圖 2.7 所表示，將其入射光線散射後，而穿透出導光板表面，當此光線射至擴散點 時，會將一條光線散射為多條光線，這些被散射之光線，當其入射角皆小於全反射臨 界角度時，光線即透出導光板；而散射光線之入射角度仍大於全反射臨界角之光線則 繼續反射，直至遇到下一個擴散點，重複其散射過程；由於靠近燈管附近之光強度較 強，所以在靠近光源之底面導光板之網點密度較低，且網點較小，而遠離光源之底面 導光板之密度較高，且網點較大，此種分佈之主要目的是希望，將光源強度較強部分 之部分散射較少之光線，而光源強度較弱之部分散射較多之光線，來達到亮度均勻之 要求。

圖 2.5 導光板利用狹窄化改變光之行進路線情形

圖 2.6(a) 導光板利用上微結構改變光之行進路線情形

≦42°

≧42°

圖 2.6(b) 導光板利用下微結構改變光之行進路線情形

圖2.7 擴散點光學原理

2.3 背光模組的結構分類

導光板(Light guide plate)、擴散片(Diffuser sheet)、擴散板(Diffuser plate)、菱鏡片(Prism film)及外框等組件組裝而成，其中光學膜片與導光板為最主要之技術和成本所在，而 各零組件功能說明如下：

燈源主要以冷陰極螢光燈管（Cold cathode fluorescent lamp，CCFL）及發光二極 體（Light emitting diode，LED）為主，均具備高亮度、省電量及壽命長等特色，冷陰 極管管徑細長，形狀可彎曲成L型、U型等；LED有RGB三種原色，或是藍光配合黃色

率越低時則光源就會從反射片穿透及吸收，因此就會有比較少的光源反射至工作面，

在側光式大型的背光模組，為降低燈管入光處的輝線效應，常在反射板對應燈管入光 處做消光設計，得到較佳的外觀效果及均一性;而目前產業界的反射片大約可分兩 種，一種是白反射片、另一種是銀反射片。這兩種的基材都是 PET(Polyethylen terephthalate)，差異則是塗佈不同的反射材料，因不同的反射材料使得反射片厚度和 反射率會有所差別，基本上銀反射片反射率比白反射片還要高，因為銀反射片塗佈上 一層反射率極高的銀材。

導光板(Light guide plate)應用於側光型背光模組，是影響光效率的重要元件，製 程主要分為裁切式和熱壓射出成型。裁切型的導光板是以壓延加工的平板片材，以組 合型銑刀切削成所需外形尺寸，再將反射面印刷含高發散光源物質(如SiO2及TiO2)的 印刷材料，適當的分佈在導光板底面，藉由印刷材料對光源吸收再擴散放出的特性，

破壞全反射效應造成的內部傳播，使光由正面射出並均勻分佈於發光區，但因出光的 散射角較大及印刷點亮度對比較高，必須使用擴散片及菱鏡片達到其光學要求，主要 是應用於較無需考慮重量及薄形化的桌上型顯示螢幕，如圖 2.8 所示。

射出成型是用塑膠模具方式，反射面的微結構以蝕刻、電鑄或微切削加工，來 形成微點或微溝的反射結構，再利用射出機將光學塑膠熱壓成型，而將反射面上的微 結構轉寫到導光板成品上，蝕刻、電鑄其方法為將設計好的微點圖樣利用類似半導体 之光罩曝光顯影方法轉印在光阻膜上，利用熱迴流製程使光阻表面形成圓滑之半球狀 或半圓柱結構，再以精密電鑄之複製技術將光阻的圖案複製於電鑄模仁上，此法所製 得之導光板可依導光板圖樣之設計對光源的射出作有效的調節，使發光區達到最佳均 勻度。此外，微點圖樣具光學鏡面及微小的特性，更可使光能的損失達到最小，有助 於輝度的提升，如圖 2.9 所示。

微切削加工導光板，在導光板底面以切削方式(Slot cut)製作出一條條長溝型的結 構，溝兩側的反射鏡面破壞原來全反射作用，使光源能由導光板正面射出，經由長溝 型間的寬度及深度的變化，調整出光面的光學分佈。切削方式的優點在於輝度的提高 及製造上的方便，輝度提高的原因為光源擴散角的減小，使得正面光源增強，可因此

減少擴散板及稜鏡片的使用量，另外在出光面亦可使用切削方式製作與稜鏡片結構類 似的鏡面設計，更能增加輝度提高的效果，如圖 2.10 所示。

但為了讓背光模組能夠降低材料及組立成本，一體化導光板的設計則是未來努 力的目標【18】，除了上述將擴散點、稜鏡片等的功能整合到導光板之中，使得導光 板的正面加工，使其具有稜鏡片的功能，節省昂貴的菱鏡片，或在製作導光板時同時 將擴散點一體成型，省去網版印刷的手續。另一種一體化的導光板設計是在導光板射 出成型時，在壓克力材料中加入少量不同折射率的顆粒狀材質，此種導光板是靠光與 顆粒間的散射作用，讓光自導光板表面射出，利用由疏到密的散射點設計，可讓導光 板表面均勻發光。

圖 2.8 印刷式導光板

圖 2.10 微切削加工導光板

擴散片：光源經由反射片及導光板的微結構傳導及反射，光的出射角度並非集 中在導光板正面方向，因此在LCD的視角上無法達成亮度上的要求，必須修正光源的 方向及擴散角度，使得光源能盡量集中在要求的方向，所以擴散片的光學參數包含了 霧面程度及穿透率，霧化效果使得視覺效果更加柔和，並且比較不會看到導光板內的 微結構，且可以將導光板折射出的光線擴散擴散至適當視角，因此有效將射出的光線 再次改變角度，使輝度能提高；擴散片的作用除了修正光行進的角度外，對於破壞全 反射面的光學結構亦具有覆蓋的作用，保護結構較敏感的導光板及菱鏡片，如圖 2.11 是擴散片的結構組成。

擴散粒 PET 基材 抗密着層

圖 2.11 擴散片結構組成

菱鏡片：是作為出光角度修正及集光效果並提升正面輝度的重要元件，主要作 用是在增加背光輝度，其表面是一層 V 型的菱鏡面，可以把導光板折射出的光線再 將其光線改變角度，將有效的光線全部朝向顯示面，而有的光線因射向菱鏡面的角度 過大因而產生全反射角則光線因全反射的關係又再一次將光線射入導光板中再重新 循環一次因而重複利用，如圖 2.12 所示。因此透過菱鏡片出來的光線角度會比未加 菱鏡片出光角度來的小，因此會有視角上的問題，但增加菱鏡片時基本上會比未增加 菱鏡片時增加 4~5 倍的輝度。而目前背光模組都是經由二片角度成正交的正菱鏡片 (將光學膜片微菱溝朝上正面放置稱之，以區分將微菱溝朝下放置的逆菱鏡) 或一片 逆菱鏡片，將光折射成正向出光，成為 LCD 顯示器的的有效視角，達到高輝度的需 求。

圖 2.12 菱鏡片的作用原理

擴散板：擴散板的之功能為提供液晶顯示器一個均勻的面光源 ，和擴散片有相 同效果，主要應用於沒有導光板可作為光學膜片支撐的直下式背光模組；所以一般傳 統的擴散板主要是在擴散膜基材中，加入一顆顆的化學顆粒，作為散射粒子，而現有 之擴散板其微粒子分散在樹指層之間，所以光線在經過擴散層時會不斷的在兩個折射 率相異的介質中穿過，在此同時光線就會發生許多折射、反射與散射的現象，如此便 造成了光學擴散的效果。

所以背光模組由各類零件組成，依不同的產品需求而有不同的結構，一般而言，背 光模組依其功能的要求，發展出下列不同結構：

a. 側光式結構：此種結構分別應用於個人電腦螢幕或攜帶型的消費性電子產品，

如筆記型電腦、行動相框、個人數位助理(PDA)、手機、數位相機、車用顯示 裝置等，而二者不同處在於前者是上下側邊皆有光源，因為每一側光源採二支 燈管設計，以致導光板厚度較厚不易以熱壓射出成型，所以一般採取用平板裁 切外型後，以距離光源遠近為依據，調整印刷反射點的疏密或大小，使整體出 光面達到均勻性的要求，如圖 2.13。後者則只有是單側邊有光源，且大部份 只設計單支燈管，導光板採射出成型的楔型板或薄平板，其反射網點或微結 構，皆是以利用蝕刻、電鑄或其它精密加工技術直接在模具內加工，在射出成

型時便將這些微結構轉寫於導光板上，一般常用於17"以下的背光模組，其側 邊入射的光源設計，擁有重輕量、薄型化、低消費電力的特色，其結構如圖 2.14。

b. 直下型結構:顧名思義，直下式背光模組的燈管是置於擴散板下方，而燈管可 以使用直型、U 型，由於作為LCD-TV應用時，考量其大尺寸及觀看距離，必 須有較高的亮度，因此使用的燈管數量較多，當燈管數倍增後，即引發一連串 的問題需加以克服，其中包括有成本提高、耗電量增加到佔全TV 的90%、散 熱問題變得嚴重等。另外，歐盟對環保議題相當在意，雖然目前CCFL作為光 源，其含汞量仍在其環保容許範圍內，但是長遠來看仍是隱憂；且為了克服多 燈管所造成的熱量，便加大厚度來提供更佳之散熱設計。採用直下式背光模組

b. 直下型結構:顧名思義，直下式背光模組的燈管是置於擴散板下方，而燈管可 以使用直型、U 型，由於作為LCD-TV應用時，考量其大尺寸及觀看距離，必 須有較高的亮度，因此使用的燈管數量較多，當燈管數倍增後，即引發一連串 的問題需加以克服，其中包括有成本提高、耗電量增加到佔全TV 的90%、散 熱問題變得嚴重等。另外，歐盟對環保議題相當在意，雖然目前CCFL作為光 源，其含汞量仍在其環保容許範圍內，但是長遠來看仍是隱憂；且為了克服多 燈管所造成的熱量，便加大厚度來提供更佳之散熱設計。採用直下式背光模組