背光模組

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。背光模組其主要由光源包括冷陰 極螢光管（CCFL） ^[8~11]、熱陰極螢光管、發光二極體（LED）、燈罩、反射板（Reflector）、

導光板（Light Guide Plate）、擴散片（Diffusion Sheet 1-2 片）、增亮膜（Brightness Enhancement Film 1-2 片）及外框等組件組裝而成，光學膜片與導光板為最主要之技術 和成本所在。

一般而言，如圖1-6所示，背光模組可分為前光式（Front Light ）與背光式（Back Light）兩種，而背光式可依其規模的要求，以燈管的位置做分類，發展出下列兩大結構：

1. 側光式（Edge Lighting）結構：為擺在側邊之單支發光源，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、低耗能的特色，亦為手機、個人數位助理、筆記型電腦的光源，目前亦 有大尺寸背光模組採用側光式結構，光源亦包含LED Backlight或CCFL Backlight。

2. 直下型（Direct Lighting）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

（a）Single Side Edge （b）Both Side Edge （c）Direct Type 圖 1-6 背光模組類型

供液晶面板均勻、高亮度的光源為背光模組主要功能，基本原理係將常用的點或線 型光源，透過有效光機構轉化成高亮度且均一輝度的面光源產品。通用結構為利用冷陰 極管的線型光源經反射罩進入導光板，轉化線光源分佈成均勻的面光源，再經擴散片的 散射作用與稜鏡片的集光作用以提高光源的亮度與均勻度。在此我們就背光模組的幾個 基本構成組件做些介紹。圖1-7所示：

圖 1-7 背光模組的結構

1. 發光源（Light Source）

其中冷陰極燈管具有高輝度、高效率、壽命長、高演色性等特性，加上圓柱狀外形 因此很容易與光反射元件組合成薄板狀照明裝置，故目前以冷陰極螢光管為市場主流。

目前光源有冷陰極螢光管（Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL）熱陰極螢光管、發 光二極體（Light Emitting Diode，LED）及有機電致發光片（EL）等具備亮度高及壽命 長等特色。

2. 導光板（Light Guide Plate）

Screen printing V-cut Injection molding Sand-burst

（2）網點製作分為：印刷式和非印刷式

a. 印刷式：以印刷方式將網點印在反射面，又分為 IR 和 UV 兩種。

b. 非印刷式：又分為噴墨法（Inkjet）、化學蝕刻（Etching）、 精密機械刻畫 法（V-cut）、光微影（Stamper），將網點在導光板成形時直接成形在反射 面。

3. 反射板（Reflector）

一般側光式背光模組的反射板放置於導光板底部，圖1-9所示為一反射板斷面結 構，將自底面漏出的光反射回導光板中，以增加光的使用效率，防止光源外漏，而直下 式背光模組則是黏貼於燈箱底部表面或置於其上，將經光源反射之光束由燈箱底部再次 反射回擴散板以被利用，

（a）反射光路徑 （b）SEM結構圖 圖 1-9 反射板結構

4. 擴散板（Diffuser）

擴散板為乃將混有不同折射率或微小尺寸的壓克力粒子掺混在光硬化樹脂內塗佈 在基板上並進行曝光等化學程序，在導光板上散射其模糊的線條或墨點。但在如此的 光路架構下，由於本身化學顆粒和材料的性質，無可避免造成吸光及其對光的散射式 散亂是。對於一固定距離的觀測者來說，造成光源無法有效的利用是因為將會有部分 的光強被吸收或散射浪費掉。再加上他的化學製程較費時，所需的生產成本相對也較 高，圖 1-10 所示。擴散板、擴散片之功能為提供液晶顯示器一個均勻的正面光源 ， 一般傳統的擴散膜主要是加入微化學顆粒在擴散膜基材中，作為散射粒子，而現有之

擴散板其微粒子分散在樹脂之間，所以光線在兩個折射率相異的介質中穿過是經過擴 散層時會不斷的，在此同時光線就會發生許多反射、折射與散射的現象 。

圖 1-10 擴散板結構

5. 增亮膜（BEF稜鏡片）

BEF主要以聚碳酸酯（Polycarbonate）或多元酯（Polyester）為材料，稜形柱體或半 圓柱體為其表面結構。目前擁有多項相關專利的3M為全球獨家供應商，不過專利已接 近過期。通常一部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，圖 1-11所示。光自擴散板射出後其光的指向性較差，所以必須利用稜鏡片來修正光的方 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亮度提高。

圖 1-11 增亮膜結構

6. 偏光膜（Polarizer Film） ^[12]:

圖1-12所示，將一般不具偏極性的自然光轉變成偏極光係為偏光板原理，當沒有偏 光板時，光線可在液晶槽自由進出，不受外加電場的影響，但外加偏光板在上下層各後，

就可用外加電場加以控制光線的透過，使得視覺上可以感受到明暗的變化，由此可知，

偏光板將非偏極光轉為偏極光，而液晶顯示器加上液晶扭轉特性來達到控制光線的通過 與否就是利用此偏極光的特性，形成明暗。偏光板基本結構是由厚度數十微米（μm）

薄膜材料貼合製造而成，其中最主要利用透光性良好的高分子薄膜(常用PVA，聚乙烯醇) 吸附上二色性物質(碘系、染料性等)當作偏光子，使染料或碘離子擴散滲入內層的PVA 中，微熱後用機械或人工拉伸，直到長度增加數倍，且在變長的同時也將變得又窄又薄，

原本PVA分子為無規則性分布的任意角度，拉伸後受力分子就逐漸偏轉於作用力方向 上，而附著在PVA上的染料或碘離子也就隨之有方向性，因此光束可吸收平行於其排列 方向的電場分量，只讓垂直方向的光束電場分量通過。

圖 1-12 偏光膜結構