背光模組

由於 LCD 不是自發光性的顯示裝置，必須藉住外部光源達到顯示效果，一般的 LCD 幾乎採用背光模組，而背光模組主要提供液晶面板均勻、高亮度的光線來源，基本原 理係將常用的點或線型光源，透過簡潔有效光轉化成高亮度，且均一輝度的面光源產 品，近年隨著液晶顯示器製造技術的提昇，在大尺寸及低價格的趨勢下，背光模組在 考量輕量化、薄型化、低耗電、高亮度及降低成本的市場要求，為保持在未來市場的 競爭力，開發與設計新型的背光模組及射出成型的新製作技術，是努力的方向及重要 課題。

一般而言，背光模組可分為前光式與背光式兩種，而背光式可依其規模的要求，以光

源的位置做分類，發展出下列三大結構：

一、 側光式結構

發光源為擺在側邊之單支光源，導光板採射出成型無印刷式設計，一般常用 於 18 吋以下中小尺寸的背光模組，其側邊入射的光源設計，擁有輕量、薄型、

窄框化、低耗電的特色，亦為手機、個人數位助理 (PDA)、筆記型電腦的光源，

現在顯示器及 TV 也因為薄型化的需求也開始使用側光式的結構，如圖 2-20 所 示。

反射片

Reflector sheet

棱鏡片

Diffuser sheet 擴散片 Prism sheet

LGP 導光板 CCFL

冷陰極管 Reflector

反射板 液晶面板 LCD Panel

圖2-20 側光式結構示意圖(大億科技)

二、 直下型結構

超大尺寸的背光模組，側光式結構已經無法在重量、消費電力及亮度上佔有 優勢，因此不含導光板，且光源放置於正下方的直下型結構便被發展出來，適用 於對可攜性及空間要求較不挑剔的 LCD monitor 與 LCD TV，如圖 2-21 所示。

Diffuser sheet

反射板

Diffuser 擴散板

Reflector

擴散片

冷陰極管 CCFL 棱鏡片

液晶面板 LCD Panel Prism sheet

圖2-21 直下式結構示意圖(大億科技)

三、 中空型結構

隨著影像要求的尺寸增加， LCD 也朝更大尺寸的方向發展，使用監視器及 璧掛式電視，不僅要求大畫面、高亮度及輕量化，在電器上亦要求高功率下的低 熱效應。目前較少設計此模式。

背光模組主要由發光源(Light Source)、導光板(Light Guide Plate)、反射板(Reflector)、

增亮膜(Brightness Enhancement Film)及擴散片(Diffusion Sheet) 所組成。如下介紹：

一、 發光源 (Light source)

須具備亮度高及壽命常等特色，目前有冷陰極螢光管(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)熱陰極螢光管、發光二極體(LED: Light Emitting Diode)及電激 發光片(EL)等，其中由於現在 LCD 都要求薄型化的趨勢，故目前以 LED 為主流。

且LED 具有屬半導體元件、壽命長、低耗電量、低發熱量、光顏色純、無燈絲、

高防震性、不易碎、無污染、不含汞、具小型化、薄型化及輕量化、發光效率高、

反應速度快、光譜窄，顏色鮮明，俱良好視覺效果等，傳統光源無法與之比較的 優點。加正向電壓時，發光二極體能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應 的一種。

二、 導光板 (Light Guide Plate)

應用於側光型式的背光模組，是影響光效率的重要元件，用射出成型的方法 將丙烯壓製程表面光滑的楔形板塊，然後用具高反射率且不吸光的材料，在導光 板的底面用網版印刷印上圓形或方形的擴散點。導光板主要功能在於導引光線方 向，以提高面板光輝度及控制亮度均勻。LED 位於導光板厚側的端面，LED 所 發的光，以端面照光的方式進入導光板，大部分的光利用全反射的特性，往薄的 一端傳導，當光線在底面碰到微結構正面射出，利用疏密、大小不同的微結構圖 案設計，可使導光板的發光面均勻發光，如圖 2-22 所示。由於為了超薄型化的 需求目前已有開發新 LGP 製程是使用滾壓方式成型。

在外型上又區分為：1.楔型板 2.平板。一般筆記型電腦、手機及 DSC 因考 慮空間關係均採用楔型板，而 LCD Monitor 與 LCD TV 則內部空間較大，一般 考量到亮度的利用率，一般都採用平板為主。

圖2-22 LGP內部光線的路徑示意圖

三、 反射板 (Reflector)

一般側光式背光模組的反射板，放置於導光板的底部，將自底面漏出的光，

反射回導光板中，防止光源外漏，以增加光的使用效率：而直下式背光模組，則 是置於燈箱底部表面或黏貼於其上，將經擴散板反射之光束由燈箱底部再次反射

回擴散板以被利用。

四、 擴散板 (Diffuser)

擴散板、擴散片之功能為提供液晶顯示器一個均勻的面光源，一般傳統的擴 散膜主要是在擴散膜的基材中，加入一顆顆的化學顆粒，作為散射粒子，而現有 之擴散板中的微粒子分散在樹脂層之間，所以光線在經過擴散層時會不斷的再兩 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。或是使用全像技術，經由曝光顯影等化學程 序，將毛玻璃的相位分部紀錄下來，粗糙化擴散膜的基材表面，以散射模糊導光 板上的墨點或線條。但在如此的光路架構下，由於材料本身及化學顆粒的性質，

將會造成無可避免的吸光而且其對光的散射式散亂的，對於其固定距離的觀測者 來說，將會有部分的光強被浪費，而造成光源無法有效的利用。再加上他的化學 製程較費時，所需的生產成本相對也較高。擴散片結構，如圖2-23 所示。

基材 (PET，PC)

樹脂 擴散粒子 樹脂 擴散粒子

圖2-23 擴散片結構示意圖(KEIWA)

五、 增亮膜 (BEF 棱鏡片)

光自擴散板射出後，其光的指向性較差，因此必須利用棱鏡片來修正光的方 向，其原理藉由光的折射與反射來達到凝聚光線、提高正面輝度的目的，以增加 光線自擴散板射出後的使用效益，使能整體的背光模組的揮度提高 40% - 70%

以上。主要以多元酯(Polyester)或聚碳酸酯(Polycarbonate)為材料，其表面結構一 般為為棱形柱體或半圓柱體。目前跨國公司 3M 為全球獨家供應商，擁有多項 相關專利，如圖2-24 所示。

重複反射，大約50%的入射

光會被反射回去而被再利用 低比例損失

折射一可利用折射光 增加40~70%

擴散板 Diffuse 重新進入 下一個稜

Diffusely recycled

圖2-24 棱鏡膜增亮示意圖 (3M)

目前使用 BEF 棱鏡片，通常每一各背光模組會使用兩片增亮膜，彼此方向 垂直，將光集中增加輝度，如圖2-25 所示。

圖2-25 使用2片棱鏡片互相垂直的光學特性圖 (3M)