第二章背光板模組

(1)

第一章緒論

1.1 引言

近年來由於液晶顯示器(Liquid-Crystal Display，LCD)普遍流行，

廣泛應用在電腦螢幕、個人數位助理(PDA)、數位相機、與手機等大中小尺寸顯示面板。是佔有平面顯示器中最大產值的技術，為目前的市場主流技術。

由於 LCD 本身是非發光性的顯示裝置，必須藉助背光源才能達到顯示效果，因此背光源性能的好壞將直接影響 LCD 的顯示品質。

背光模組(Backlight Module)主要由光源(包括冷陰極螢光管 CCFL、發光二極體 LED、電極發光片 EL 等)、燈管反射罩、反射板(Reflection Film)、導光板(Light Guide Plate，LGP) [1-3]、擴散板(Diffusion Film)、

稜鏡片(prism sheet) [4]、與外框等組裝而成。圖(一)顯示使用冷陰極

保護片

稜鏡片稜鏡片

擴散板冷陰極燈管

燈管反射罩反射板導光板

圖(一) 大尺寸背光模組示意圖

(2)

螢光管的大尺寸背光模組。

在論文參考文獻[5]裡高均勻度大尺寸導光板，以冷陰極螢光管為背光模組的光源，利用導光板上疏密不一、大小固定的小凸點，引導光的散射，以提高面板的輝度，與增加出光面板亮度的均勻性。冷陰極螢光管是線光源，比較容易設計讓背光模組發光均勻。對於小尺寸背光模組，限於空間與避免用高壓電，多使用發光二極體為光源。

但發光二極體為點光源，設計讓背光模組發光均勻不易。

1.2 研究目的

目前手機面板內背光模組的設計是以 LED 為光源。當光由端面打入導光板後，由導光板出光面射出，經過一片低透光度的擴散片、

兩片稜鏡片，以及一片高透光度的擴散片後才打到 LCD，與這四片與圖一顯示的情形一樣。這四片的功能有二，一是使背光板不均勻的出光均勻，另外是使光線盡量接近垂直入射 LCD。即便如此，目前市面上的小尺寸背光模組的發光均勻度，尚有明顯需要改善的餘地。

如果背光板的出光均勻度能再大幅改善，可以近一步增加背光模組的發光均勻度。本論文開發設計軟體：發光二極體背光板設計套裝軟體 (LED-backlighted light guide plate design package, LEDBLGP)，用於設

(3)

計高均勻度導光板。是利用導光板上大小固定，疏密不一的小凸點，

引導光的散射，提高面板的均勻度，並以 LED 為光源設計背光模組，

使其達到高均勻度高亮度。

1.2 論文架構

本文共分為六個章節，除第一章序論外，其餘五章節概序如下：

第二章闡述本論文設計的背光板模組的基本架構。在第三章裡，我們用測量發光二極體的發光特性。第四章則簡述背光板數值模擬理論背景，第五章及第六章則分別為設計結果與討論。

(4)

第二章背光板模組

2.1 市面上背光模組設計

目前市面上小尺寸背光模組的結構如圖(二)所示，是由 LED、導光板、兩片稜鏡片、兩片擴散板及外框所組成。我們首先觀察一個典

圖(二) 小尺寸背光模組示意圖

型樣品之結構，其導光板的結構如圖(三)所示。其長為 36 mm，寬為 30 mm。導光板發光面有 V 型槽，是順著 LED 發光的方向。導光板背

圖(三) 樣本導光板結構示意圖

(5)

面則有圓凸點的散射入射面的厚為 1.2

圖(四) 導光板面定義圖

Face1(前面)結構

樣本 Face1 為光入射面，有垂直的 V 型槽結構，其結構示意圖如圖

點分佈。在導光板的 LED 光線

mm，入射面對面的厚為 0.6 mm，也就是說在導光板背面有一 1.15°的傾斜角。為方便描述，我們以我們以 LED 為基準，定義導光板各個面的名稱，如圖(四)所示。底下分別說明每個面的結構。

(五)所示。V 型槽可以增加入射光在水平方向的發散角，使導向左右兩側的光通量增加，

(6)

圖(五) 樣本 face1 結構圖 Face5(上面)結構

樣本 Face5 為出光面，有 V 型槽，如圖(六)所示。V 型槽可以減少出光的角度，也就是使出射光線較偏向出光面的垂直方向。

圖(六) 樣本 Face5 結構示意圖

(7)

Face6(下面)結構

Face6 為佈放散射點的面。在樣本的設計中，是固定散射點位置，

以大小不同的散射點，來控制散射點的疏密。

圖(七) 樣本 Face6 散射點分佈示意圖，R 為半徑，L 為相鄰散射點的邊緣之距離。

(8)

2.2 背光模組設計結構

本論文設計的背光模組結構，主要由光源(LED)、導光板(LGP) 及外框(Frame)等構成，如圖(八)所示。其結構說明如後。

圖(八) LED 光源背光模組結構圖

導光板結構

導光板按照工藝製程不同可分爲非印刷式導光板及印刷式導光板[5-6]，本論文採用非印刷式導光板來設計。依圖四對導光板各個面的名稱定義，底下分別說明每個面的結構。

Face1(前面)結構

Face1 為光入射面，其結構如圖(九)所示。LED 即擺設在 Face1

(9)

的凹槽處，如圖(八) 所示。設計此結構主要是使得驅動 LED 的印刷電路板可以貼在 Face1 左右凸出面上，因此 LED 是位於凹槽處。由於我們的程式尚未加上 V 型槽結構，因此本論文不考慮在此面上有 V 型槽的結構。即使如此，由第 5 章的設計結果，發光均勻度已有大幅改善。

圖(九) Face1(前面)結構圖 Face2(後面)結構

Face2 我們考慮有 V 型槽結構，其結構如圖(十)所示。設計這個結構的主要目的是使入射此面的光線，可以增加往左右兩邊擴散的機會。

圖(十) face2 結構圖，圖中 Pitch 為 V 型槽結構的週期

(10)

Face3(右面)與 Face4(左面)結構

它們的結構為平板結構，在此不多做說明。

Face5(上面)結構

Face5 為出光面，其表面有 V 型槽結構，V 型槽方向將分別考慮為平行於 Y 方向與 Z 方向兩種情形，平行於 Y 方向的結構如圖(十一)所示，平行於 Z 方向的結構與圖(六)的樣品相同。比較此兩方向，

由程式模擬結果，我們發現平行於 Y 方向的結構可以使光往左右兩側發散，圖(十二)顯示一個光線模擬的結果。

圖(十一)Face5 結構圖

(11)

V 型槽平行Y方向 V 型槽平行Z方向

圖(十二) 不同方向 V 型槽之效果模擬結果

Face6(下面)結構

Face6 為佈放散射點的面，其結構如圖(十三)所示，散射點的示

意圖顯示在圖(十四)中。其與樣本結構不同處，在於散射點大小為固定。控制散射點的分佈，利用疏密不一、大小相等的散射點控制光的均勻度。

(12)

圖(十三) Face6 結構圖

圖(十四) Face6 側視圖

2.3 背光模組設計比較

1. 樣本導光板在散射點佈放面有微小傾斜角度，我們沒有考慮傾斜角度。

(13)

2. 樣本 Face1 表面有 V 型槽，Face2 表面沒有 V 型槽。本論文 Face1 表面沒有 V 型槽，Face2 表面有 V 型槽。

3. 樣本 Face6 表面的 V 型槽方向單一，本論文設計考慮兩種方向。

4. 樣本散射點尺寸大小不同，利用大小不同的散射點，達到控制發光的目的。我們固定散射點大小，利用改變散射點位置，控制發光。

(14)

第三章發光二極體光源測量與結果

3.1 實驗架構

為了解發光二極體在空間中光強度分佈的情形，所以我們利用 Goniometer測量LED的空間角光強度分佈，其裝置示意圖顯示於圖(十五)。LED位置需置於兩個旋轉平台(rotation table)之圓心之上，以確保θe與ψe角之正確性。改變θe與ψe角，可測量LED位置之光場空間角強度分佈。由於旋轉角度θe與ψe大時，光強度微弱，需要使用鎖相放大器增加光偵測器之靈敏度。圖中的chopper調變光強度，並提供鎖相放大器參考頻率。

圖(十五) Goniometer

(15)

假設以LED為球心，其空間角θ與ψ與光源測量時的空間角(θe

與ψe)相對應的關係式如下：

θ

e

θ =

(1)

φ

e

φ = 360 ° −

(2)

其中θ與ψ的定義顯示於圖(十六)。圖中 Z 軸為 LED 發光方向，面視 LED，水平方向ψ=90°(或 270°)，水平方向ψ=0°(或 180°)。

圖(十六) 以 LED 為球心，θ與ψ的定義。

3.2 實驗結果與分析

圖(十七)顯示以數位相機拍攝 LED 的發光照片，由照片可見中心有一接近圓形的發光角分佈。而亮度較低的發光角，則是呈主軸在水平方向的橢圓分佈。

(16)

圖(十七) 數位相機拍攝 LED 光源空間分佈圖形

利用Goniometer，改變θe與ψe角，測量LED在空間中光分佈情形。由於LED外部結構及出光方向，限制了測量角度。所以測量過程，

只量測到四分之一的空間光強度分佈；即θ角轉動了 90ô而ψ轉動了 180ô，其結果如圖(十八)所示。從圖(十八)數據看來，θ=0°，測量值幾乎與ψ無關，這表示LED位於球心。將圖(十八)正規化後，改變顯示於圖(十九)。可看出其光強度減為一半時的角度，大約為 55ô，也就是全角為 110ô，這與LED之 110ô規格相符。在圖(十七)中顯示的低亮度橢圓則顯示於θ≧60°的膝部。不過由於我們的測量裝置不夠理想，有相當的誤差，比較圖(十七)與圖(十九)，圖(十九)對於低亮度橢圓的發光角特性可信度不足。這有待將來改善我們的測量裝置，以修正誤差。

(17)

圖(十八) LED 光源固定θ角度改變ψ角度空間分佈。

圖(十九) LED 光源固定ψ角度改變θ角度空間分佈。

(18)

3.3 光源模型

為減化模型，我們考慮一個一般化的橢圓光源強度分佈模型，入射光的強度隨角度的分佈為：

(3.1)

2

( , ) exp

W

I θ ϕ θ

θ

⎡ ⎛ ⎞ ⎤

⎢ ⎥

= −⎜ ⎟

⎢ ⎝ ⎠ ⎥

⎣ ⎦

(3.2) ¹² ( ) ( )(ln 2)

W H

θ φ =θ φ ⁻

² ² (3.3)

0 90

( ) [( ) ( ) ]

H

H H

cosφ sinφ ₂ θ φ θ θ

= + −

(3.2)式中所定義的θ_H(ψ)為任意ψ角的發光半角角度，(3.3)式中θ_H0 及θ_H90分別為水平發光角以及垂直發光角。

(19)

第四章背光板數值模擬理論背景

由於本論文所考慮的光學元件之尺寸大小都遠大於光波波長，可以忽略光的波動特性對光學元件所造成的影響。因此我們利用幾何光學描述光在元件中的行為，也就是使用一般所謂的光線追蹤法(Ray tracing)[7]。以下將說明數值模擬所根據的理論模型及假設。

4.1 光線

當光線在均勻介質中傳播，其行進路徑為直線，故定義光線在均勻介質中的直線方程式為:

t x x= ₀ +α_x

t y

y = ₀ +α_y (4) z=z₀ +α_zt

(4)式中，x₀、、為光的初始座標，y₀ z₀ α_x、 α_y、 α_z為單位向量，

為光線前進的距離，

t x、、為光行進中的座標。光的初始點可以

是光源點、折射點或反射點。當一束光線由介質 1 射到分界面上時，

在一般情形下它將分解為兩束光線：反射線和折射線，如圖(二十)所示。

y z

分界面法線與入射線、反射線和折射線所成的夾角為、θ_i θ_r和θ_t 分別稱為入射角、反射角和折射角。兩種介質的絕對折射率以和來表示，其中入射角等於反射角為反射定律；入射角和折射角的關係

i t

n n

(20)

則滿足史奈爾(Snell)折射定律：

) sin(

)

sin(

_i _t _t

i

n

n θ = θ

(5)

圖(二十) 折射與反射

(5)式中，為入射光所在介質的絕對折射率，為折射光所在介質的絕對折射率。光線之能量在此介面的反射率如下所示[8]：

ni n_t

( )

( ) ( )

( )

_⎥^⎥_⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

+ + −

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

+

= −

2 2

tan tan sin

sin 2 1

t i

t i t

i t

R i

θ θ

θ θ θ

θ θ

θ (6)

光線之能量在此介面的穿透率為

(7) R

T =1−

(21)

上述即為光線追蹤法之核心原理。當入射角大於臨介角時會發生全反射現象，此時沒有折射光。

(θ_c)

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

= ⎛

θ ⁻

i t

c n

1 n

sin (8)

4.2 參數定義

本論文用平均強度(I₀)，描述光強度的分佈，I₀的定義如下：

( )

² ² ² ²

( )

1 1 1 1

0

2 1 1 2 2 1 1 2

,

, ( ) (

y y z z

I y z dydz I y z

y y y y z z z z

−∆ −∆

+∆ +∆

= − −∆ −∆ × − −∆ −∆

∫ ∫

)

(9.1)

( )

² ²

( )

1 1

2 1 1 2

1

^y ^y

,

y y y

I z y y y y

−∆

=

+∆

− −∆ −∆ ∫ ^{I y z dy}

(9.2)

( )

² ²

( )

1 1

2 1 1 2

1

^z ^z

,

z z zy

I y I y z dz

z z z z

−∆

=

+

− −∆ −∆ ∫

(9.3)

y z 0

I 與分別為 y 方向與 z 方向的平均強度；所計算的區域為如圖(21) 中所給定，為中間方形為設計導光板的使用發光區域。這區域也是

I I

(22)

Face5 的 V 型槽，與 Face6 的散設點分佈之區域。

圖(二十一)平均強度計算區域定義圖。中間方形區域是設計導光板的使用發光區域。

(23)

為評估導光板 Face6 的使用發光區域之光強度分佈均勻度，本論文利用九十六點量測，如圖(22)所示。

圖(二十二) 九十六點量測示意圖。

圖(二十二)的圓圈為量測點，點之均勻度定義如下： m

} { {

^m_m

}

m

Max I I I

I I I U Min

,..., ,

2 1

2

=

1 (11)

其中為導光板正面平面顯示區域的第個量測點之光強

度。我們定義導光板之效率定義如下：

) ,..., 2 , 1 (i m I_i =

( ) ( )

i

(12)

2 2 2 2

1 1 1 1

2 2

, ,

z z y y

z y

I y z dydz I y z dydz

−∆ −∆

+∆ +∆

∫ ∫

ρ = ∫ ∫

(24)

也就是由導光板的使用發光區域發出之總光通量佔由導光板 Face6 出射之總光通量的比例。這定義沒有考慮由 LED 進入導光板的耦合效率。

(25)

第五章設計結果

本章節將舉兩個不同的光源發光角度為例，設計我們的導光板結構、散射點分佈以及顯示設計結果。我們將以所設計的導光板發光情形與樣本的背光模組做比較，其中我們設計的導光板發光圖不包含四片一組的擴散片與稜鏡片。

5.1 樣本背光模組發光量測

回顧樣本背光模組中的導光板設計，其 Face6 散射點佈放面，由大小不同的散射點控制。Face1 光源入射面有 V 型槽結構，其 V 型槽方向為平行 X 軸方向；Face5 導光板出光面亦有 V 型槽結構，其 V 型槽方向為平行 Z 軸方向及；Face6 散射點佈放平面有 1.15°傾斜角。

我們以數位相機拍攝其發光照片，結果顯示於圖(二十三)到圖(二十七)。圖(二十三)為只有導光板的照片，之後幾張照片是依序加上擴散片與稜鏡片後發光的效果，如圖形的說明。注意到在圖(二十三)到圖 (二十七)的照片中有約 3.0mm 接近 Face1 的部分被遮住。最後的圖(二十七)為完整背光模組的效果。若以接近 Lambertian 的平面光源入射兩片擴散板及兩片稜鏡片之組合，測得總穿透率只約 8%左右。若再

(26)

加上液晶面板後，由圖(二十八)可看出，LCD 的亮度很低。

圖(二十三) 樣品導光板顯示結果

圖(二十四) 樣品導光板上加第一片透光度低的擴散板之顯示結果

(27)

圖(二十五) 樣品導光板加第一片透光度低的擴散板及一片稜鏡片之顯示結果

圖(二十六) 樣品導光板加第一片透光度低的擴散板、一片稜鏡片、

與第二片透光度高的擴散板之顯示結果

(28)

圖(二十七) 樣品導光板加兩片擴散板及兩片稜鏡片，也就是完整背光模組之顯示結果。

圖(二十八) 樣品背光模組加上液晶面板之顯示結果。

(29)

5.2 設

回顧本論文導光板設計結構。 Face6 為散射點佈放面，由大小相同的散射點控制，沒有傾斜角。Face1 為光源入射面，無 V 型槽結構；Face2 為離光源較遠面，有 V 型槽結構，其 V 型槽方向為平行 X 軸方向；Face5 為導光板出光面，有 V 型槽結構，其 V 型槽方向考慮平行 Y 軸方向及Ｚ軸方向兩種。背光模組導光板設計尺寸是 30 ㎜×

40 ㎜，使用發光區域為 29 ㎜×30 ㎜。由樣本照片顯示，在光源入射面 Face1 附近的光度較強，在我們的模擬設計中亦無法改善，故捨棄較多光源入射面附近的區域。導光板其它參數顯示於表(一)中。

數數值

計之導光板參數

其

參

1 2

y y

∆ = ∆ 0.5mm

z1

∆ 8mm

z2

∆ 2mm

散射點半徑 0.15mm

散射點高度 0.11mm

Face2 V 型槽週期 0.8mm

Face2 V 型槽高度 0.56mm

Face5V 型槽週期 0.1mm

Face5 V 型槽高度 0.071mm

表(一) 導光板參數

(30)

5.3 LED水平發光角

^o

們首先考慮LED水平發光角 50^o、垂直發光角 50^o的情形，所用

50

^o

垂直發光角 50

我

模擬光源在Face1 的光照圖如圖(二十九)所示。

圖(二十九) LED水平發光角 50^o 垂直發光角 50^o光源模擬結果

.3.1 Face5 之 V 型槽平行 Z 軸方向，導光板厚度 1.5 ㎜

)與 I(z) 及

5

模擬結果如圖(三十)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y

顯示於圖(三十一) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 22.5

％，發光效率為 41.3％。是為較差之設計。

(31)

圖(三十) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 1.5 ㎜，Face5 之V型槽方向平行於Z軸，模擬設計結果。

(32)

圖(三十一) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 1.5 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Z軸，模擬設計結果的I(y)與I(z)。

(33)

5.3.2 Face5 之 V 型槽平行 Y 方向，導光板厚度 1.5 ㎜

擬結果如圖(三十二)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(三十三) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 59.7

％，發光效率為 64.4％。

圖(三十二) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 1.5 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Ｙ軸，模擬設計結果。

模

(34)

圖(三十三) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 1.5 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Ｙ軸，模擬設計結果的I(y)與I(z)。

(35)

5.3.3 Face5 之 V 型槽平行 Z 軸方向，導光板厚度 3.0 ㎜

模擬結果如圖(三十四)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(三十五) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 44.1

％，發光效率為 63.1％。為較差之設計。

圖(三十四) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Z軸，模擬設計結果。

(36)

圖(三十五) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

(37)

5.3.4 Face5 之 V 型槽平行 Y 軸方向，導光板厚度 3.0 ㎜

模擬結果如圖(三十六)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(三十七) 所示。散射點分佈圖如圖(四十一)所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 63.1％，發光效率為 54.0％。

圖(三十六) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Ｙ軸，模擬設計結果。

(38)

圖(三十七) LED水平發光角 50^o垂直發光角 50^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Ｙ軸，模擬設計結果的I(y)與I(z)。

(39)

5.4 LED水平發光角 60

^o

垂直發光角 30

^o

在LED水平發光角 50ô、垂直發光角 50ô時，由顯示區域看來，有兩條明顯的半月形亮紋，這是因為垂直角度太大所造成。因此考慮改變LED發光角，使其為水平發光角 60ô、垂直發光角 30ô。在LED水平發光角 60ô、垂直發光角 30ô，所用模擬光源在Face1 的光照圖如圖(三十八)所示。

圖(三十八) LED水平發光角 60^o及垂直發光角 30^o光源模擬結果。

模擬結果如圖(三十九)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(四十) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 35.1％，

發光效率為 46.9％。是為較差之設計。

(40)

圖(三十九) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 1.5 ㎜，

(41)

圖(四十) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 1.5 ㎜，Face5 之V型槽方向平行於Z軸，模擬設計結果的I(y)與I(z)。

(42)

模擬結果如圖(四十一)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(四十二) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 55.6

％，發光效率為 67.8％。

圖(四十一) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 1.5 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Y軸，模擬設計結果。

(43)

圖(四十二) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 1.5 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Y軸，模擬設計結果的I(y)與I(z)。

(44)

模擬結果如圖(四十三)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(四十四) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 51.5

％，發光效率為 64.9％。

圖(四十三) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

(45)

圖(四十四) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

(46)

模擬結果如圖(四十五)所示，y 方向及 z 方向平均亮度 I(y)與 I(z) 顯示於圖(四十六) 所示。使用的發光區域之九十六點均勻度為 65.2

％，發光效率為 72.2％。

圖(四十五) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Y軸，模擬設計結果。

(47)

圖(四十六) LED水平發光角 60^o垂直發光角 30^o，導光板厚度 3.0 ㎜，

Face5 之V型槽方向平行於Y軸，模擬設計結果的I(y)與I(z)。

(48)

5.5 結果與討論

以上 8 個設計的結果摘要於表(二)中。可以看到，在LED水平發光角 60^o及垂直發光角 30^o，導光板厚度 3 ㎜。設計出的結果較為理想，

經由參數定義計算結果，九十六點均勻度也有 65.2%，而且效率有 72.3%，為目前最好的設計。

1 2 3 4 5 6 7 8

水平

50° 50° 50° 50° 60° 60° 60° 60°

發光角垂

直

50° 50° 50° 50° 30° 30° 30° 30°

板厚 (mm)

1.5 1.5 3.0 3.0 1.5 1.5 3.0 3.0

Ｆace5 V 型槽方向

Z Y Z Y Z Y Z Y

Ｕ96 (%)

22.5 59.7 44.1 63.1 35.1 55.6 51.5 65.2

效率 (%)

41.3 64.4 63.1 54.0 46.9 67.8 64.9 72.2

表(二) 設計結果摘要

我們將LED水平發光角 50^o及垂直發光角 50^o這 4 個設計的結果與樣本導光板比較，分別並列圖(五十五)到圖(五十八)，以方便均勻

(49)

度比較。將LED水平發光角 60ô及垂直發光角 30ô這 4 個設計的結果與使用擴散片與稜鏡片以後的樣本，分別並列圖(五十一)到圖(二)，以方便均勻度比較。可以看到在LED水平發光角 50ô及垂直發光角 50ô的 4 個設計中，Face5 的V型槽在Y方向的結果比樣本導光板效果好。在 LED水平發光角 60ô及垂直發光角 30ô的 4 個設計中，Face5 的V型槽在Y方向的結果比使用擴散片與稜鏡片以後的樣本效果好。因此若開發適當的LED發光角，配合我們的導光板設計，有機會省下昂貴的稜鏡片成本。

(50)

(a)設計結果 (b)樣品背光模組

圖(四十七) 背光模組樣本與導光板厚度 1.5 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Z方向，LED水平發光角 50^o及垂直發光角 50^o的設計結果比較。

圖(四十八) 背光模組樣本與導光板厚度 1.5 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Y方向，LED水平發光角 50^o及垂直發光角 50^o的設計結果比較。

(51)

圖(四十九) 背光模組樣本與導光板厚度 3.0 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Z方向，LED水平發光角 50^o及垂直發光角 50^o的設計結果比較。

圖(五十) 背光模組樣本與導光板厚度 3.0 ㎜，Face5 之V 型槽平行於 Y方向，LED水平發光角 50^o及垂直發光角 50^o的設計結果比較。

(52)

圖(五十一) 背光模組樣本與導光板厚度 1.5 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Z方向，LED水平發光角 60^o及垂直發光角 30^o的設計結果比較。

圖(五十二) 背光模組樣本與導光板厚度 1.5 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Y方向，LED水平發光角 60^o及垂直發光角 30^o的設計結果比較。

(53)

圖(五十三) 背光模組樣本與導光板厚度 3.0 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Z方向，LED水平發光角 60^o及垂直發光角 30^o的設計結果比較。

圖(五十四) 背光模組樣本與導光板厚度 3.0 ㎜，Face5 之V 型槽平行於Y方向，LED水平發光角 60^o及垂直發光角 30^o的設計結果比較。

(54)

第六章結論

目前市面上以LED為光源的背光模組，設計上主要以兩片擴散板與兩片稜鏡片，將出光面亮度均勻化。因此造成透光率差、製造成本高的缺點。本論文設計以LED為光源的背光模組，使用散射點大小固定，由散射點分佈密度，控制出光面之均勻度。考慮接近LED 光源的情形，我們使用近似圓對稱 50ô發光角。設計結果顯示，均勻度雖可以比市售導光板佳，但還是差強人意。本論文另考慮使用 60ô 水平發光角與 30ô垂直發光角的LED，設計結果有大幅改善。有機會以一片擴散片使發光均勻，增加背光模組透光率高，與節省昂貴的稜鏡片成本。

(55)

參考文獻

[1] K. Kashimu, N. Yoshida, O. Shoji, E. Yanagi, and T.

Fukunishi,“ Back lighting device for a panel,” US-PATENT 5093765, 1992.

[2] K. Kashimu, N. Yoshida, O. Shoji, E. Yanagi, and T.

Fukunishi,“ Backlighting device,” US-PATENT 5730518, 1998.

[3] 陳慶偉和劉正舜，” 背光模組技術介紹 ”，電子與材料，第一期，第 104-107 頁，1999。

[4] K. Yokoyama, T. Ishikawa, and K. Watai,” Surface illuminant device,” US-PATENT 5402324, 1995.

[5] 莊朝欽，＂高均勻度導光板的設計＂，碩士論文，中華大學， 2003。

[6] 蘇紹安，＂非印刷式背光模組光學模擬分析，碩士論文，中華大學，2001。

[7] D. C. O’Shea，” Elements of modern optical design,” John Wiley & Sons, New York, 1985.

[8] E. Hecht and A. Zajac,” Optics,” Addison-Wesley, New York, 1974.

第二章 背光板模組

第一章 緒論

1.1 引言

1.2 研究目的

1.2 論文架構

第二章 背光板模組

2.1 市面上背光模組設計

2.2 背光模組設計結構

2.3 背光模組設計比較

第三章 發光二極體光源測量與結果

3.1 實驗架構

θ

θ =

φ

φ = 360 ° −

3.2 實驗結果與分析

3.3 光源模型

第四章 背光板數值模擬理論背景

4.1 光線

) sin(

)

sin(

n

n θ = θ

( )

( ) ( )

( )

4.2 參數定義

( )

( )

,

, ( ) (

I y z dydz I y z

y y y y z z z z

= − −∆ −∆ × − −∆ −∆

∫ ∫

)

( )

( )

1

,

I z y y y y

=

− −∆ −∆ ∫ I y z dy

( )

( )

1

,

I y I y z dz

z z z z

=

− −∆ −∆ ∫

} { {

}

Max I I I

I I I U Min

,..., ,

,..., ,

=

( ) ( )

, ,

I y z dydz I y z dydz

∫ ∫

ρ = ∫ ∫

第五章 設計結果

5.1 樣本背光模組發光量測

5.2 設

計之導光板參數

5.3 LED水平發光角

50

垂直發光角 50

5.4 LED水平發光角 60

垂直發光角 30

5.5 結果與討論

第六章 結論

參考文獻

第二章背光板模組

第一章緒論

第二章背光板模組

第三章發光二極體光源測量與結果

第四章背光板數值模擬理論背景

− −∆ −∆ ∫ ^{I y z dy}

第五章設計結果

第六章結論