背光模組及V-CUT結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、篇名LED背光模組及V-Cut技術(shù)未來導(dǎo)向作者張先榮。私立開南商工。電機(jī)三年忠班張浩哲。私立開南商工。電機(jī)三年忠班楊凱閔。私立開南商工。電機(jī)三年忠班壹前言:近年來,顯示器的技術(shù)研發(fā),已成為眾所關(guān)注的市場主流,客戶對於LCD面板的要求愈來愈高,為了提供光源,背光模組的廠商不得不更積極地投入技術(shù)上的研發(fā)。所謂背光模組(Backlight Module係提供LCD面板之光源。因液晶本身不發(fā)光,為了讓使用者能清楚看到LCD上所顯示的內(nèi)容,須在LCD背面加上一個可投射出光源的背光模組,使光線透過LCD後,將資訊傳遞到使用者的眼中,因此背光模組為LCD面板的關(guān)鍵零組件之一。事實(shí)上,背光模組的應(yīng)用至廣,舉凡

2、行動電話、PDA、數(shù)位相機(jī)、視訊電話、工業(yè)或醫(yī)療乃至飛行儀表、掌上型電視、VCD Player、汽車導(dǎo)航、筆記型電腦、LCD Monitor、TFT-LCD TV,背光模組的技術(shù)都不可或缺,於生活科技至關(guān)重要。因此,本文擬就V-Cut技術(shù)的發(fā)展概況略作考察,並進(jìn)一步對LED背光模組目前在技術(shù)上的得失加以分析,藉此探索面板技術(shù)在未來發(fā)展的導(dǎo)向。貳正文背光模組主要由光源、導(dǎo)光板、光學(xué)用膜片、塑膠框等組成。其中,導(dǎo)光板(Light guide plate的主要功能在於使冷陰極燈管發(fā)出的光線,能均勻分佈於整體的背光模組,使用的材料為光學(xué)級的壓克力(PMMA。為了提升光學(xué)效率,微溝切削(V-Cut的技術(shù)

3、應(yīng)運(yùn)而生。此種逆稜鏡式導(dǎo)光板的生產(chǎn),可大幅降低生產(chǎn)成本、增加輝度,已成為高亮度低成本的代名詞,正是全球背光模組廠在現(xiàn)階段的研發(fā)重點(diǎn)。目前V-Cut的技術(shù)已經(jīng)成熟,在TFT-LCD面板及液晶產(chǎn)品降價壓力下,上游零組件廠的研發(fā)部門,也持續(xù)朝簡化結(jié)構(gòu)及精省成本等方向在努力。(註一而LED 背光模組的開發(fā),更是面板技術(shù)研發(fā)的長期目標(biāo),值得關(guān)注。一、高亮度導(dǎo)光板技術(shù)的成熟在現(xiàn)階段筆記型電腦用面板背光模組上,V-Cut是相當(dāng)熱門的技術(shù)。其結(jié)構(gòu)主要是將稜鏡微加工,直接製作於導(dǎo)光板上,並以一片鋸齒狀朝下的稜鏡片,取代原來兩片朝上的稜鏡片,在局部降低成本的同時,有效的將輝度提升30%左右。V-cut LGP加上

4、向下Prism結(jié)構(gòu),較原來兩片朝上的稜鏡片結(jié)構(gòu),光的利用率高出30%左右,但相對View Angle就被犧牲了,不過,這點(diǎn)對筆記型電腦使用上不但沒有影響,反而具有保護(hù)隱私之優(yōu)點(diǎn)。因此筆記型電腦將加以大幅採用。二、V-Cut技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)01.明暗帶條紋的消除:從技術(shù)上來說,因?qū)Ч獍骞鈱W(xué)特性使然,V-Cut結(jié)構(gòu)容易造成導(dǎo)光板產(chǎn)生明暗帶條紋,而如何將該條紋消除,是目前需要克服的技術(shù)障礙。因此,如何將導(dǎo)光板精密稜鏡加工面,和另一側(cè)霧化面作最佳化搭配,正是光學(xué)和精密加工技術(shù)的開發(fā)重點(diǎn)所在。02.V-Cut導(dǎo)光板的結(jié)構(gòu)值得注意的是,能夠大幅提高輝度的V-Cut,也有其技術(shù)發(fā)展的瓶頸,導(dǎo)光板增光片(BEF

5、主要供應(yīng)商3M就對V-Cut導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)提出看法,認(rèn)為該結(jié)構(gòu)較易導(dǎo)致刮傷,而且有光學(xué)均勻度較差及機(jī)械強(qiáng)度較弱等問題。但這兩個問題似乎不必過度憂心。在均勻度方面,V-Cut導(dǎo)光板約為75%,較一般的85%為低,這是通?？蛻袅η竺姘逯虚g部分呈現(xiàn)最佳表現(xiàn),及輝度大幅提升下產(chǎn)生的必然現(xiàn)象。至於機(jī)械強(qiáng)度較弱方面也有克服的方法,例如以貼合方式做固定,目前大多數(shù)的機(jī)型都能通過客戶端的震動和衝擊試驗(yàn)。整體說來,V-Cut技術(shù)不但有效的提升輝度,提高光的利用率,而且局部降低成本,明顯降低重量與厚度,使導(dǎo)光板的製作日益輕薄(註二,正合乎LCD顯示器的需求,尤其宜於筆記型電腦使用,優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)大於缺點(diǎn)。不過,明暗帶條紋的消

6、除,提高光學(xué)均勻度及機(jī)械強(qiáng)度,仍是目前有待繼續(xù)努力的方向。三、LED背光模組的優(yōu)勢如前所述,LED背光模組的開發(fā),是面板技術(shù)研發(fā)的新目標(biāo)。LED背光模組取代CCFL成為背光源的趨勢,已日漸明顯。去年2005年10月時,SONY推出了一臺螢?zāi)怀叽?1.1吋、使用白光LED的V AIO筆記型電腦,就引起了LCD和背光模組廠的高度重視,也同時引發(fā)了相關(guān)廠商的熱烈討論。對於背光模組廠來說,LED背光模組在結(jié)構(gòu)上,主要的差異點(diǎn)在於LGP的改變。使用CCFL時,由於受限於燈管管徑1.8釐米,LGP入光側(cè)必須維持2.0釐米左右,而成為一個楔形的板;這使得筆記型電腦面板沒有辦法做得很薄。然而使用LED作背光源

7、時,原來LGP之厚度限制已不存在,可以讓整個LGP厚度均勻且變薄,再加上玻璃的厚度約可從0.5釐米,降為0.3釐米,因此可以滿足筆記型電腦對於輕薄短小的追求。四、LED背光模組未來的挑戰(zhàn)然而,LED背光模組的技術(shù),仍有許多有待克服的困難,包括價格、色彩飽和度、背光模組透光能力等:01.價格在價格上,LED的確沒有優(yōu)勢,待改善的空間還很大。以11.1吋面板來說,需要用到40顆以上之LED,如果每顆LED價格以1012元來計算,這方面的成本就要4500元;相較於現(xiàn)在CCFL一支約為4550元,而且筆記型電腦只需用到一支的情況,兩者價格就相差了八、九倍之多。02.色彩飽和度另外,在色彩飽和度上更沒有

8、優(yōu)勢。白光LED色彩飽和度較差,比起CCFL來說就略遜色了些。RGB LED的色彩飽和度就高了,但是目前不是太大顆,就是輝度上還不足,沒有辦法做成筆記型電腦背光源,只能用在液晶電視。白光LED現(xiàn)階段技術(shù)障礙是在導(dǎo)光板的設(shè)計;若是RGB混光,因LED輝度會隨著基板溫度改變很大,尤其是紅色LED影響更巨,散熱問題則是技術(shù)發(fā)展上最需要克服的瓶頸。03.背光模組透光能力以目前LED亮度技術(shù)來看,在這一方面,提高亮度並不是太大的困難,但是因?yàn)榘殡S而來的高耗電量以及散熱的問題,卻困擾著所有的工程師,因?yàn)榱炼鹊奶釙N總是會有到達(dá)瓶頸的時候,如果因?yàn)樵谶@一方面努力卻造成使用壽命的減短,似乎有點(diǎn)得不償失。所以就整

9、體而言,還是必須從改善背光模組的透光率開始進(jìn)行,才是解決的根本之道。由於背光光源必須使用Reflector、Diffuser等等的光學(xué)薄膜,來達(dá)到光源平均投射的目的,但是往往光耗損的現(xiàn)象就會因此而產(chǎn)生。根據(jù)研究,從傳統(tǒng)背光光源所發(fā)射出來的光是100%的話,經(jīng)過Reflector、Diffuser等等的光學(xué)薄膜之後,只會有約60%的光通過背光模組進(jìn)入到偏光膜,最後經(jīng)過LC、Surface出來只剩下4%的光。也就是說,如果背光光源是1萬nits,那麼,最後投射出來的光只會有400nits,假設(shè)LCD面板規(guī)格需要500nits,那麼背光光源的亮度就必須能夠提供1.21.3萬nits的亮度。參結(jié)論:從2004年SONY發(fā)表LED背光模組後,液晶顯示器用背光模組應(yīng)可說是正式進(jìn)入LED的時代,雖然LED本身還有許多技術(shù)問題有待克服,不過,未來傳統(tǒng)冷陰極燈管的部分市場將逐漸被LED光源取代,相信未來液晶顯示器的影像畫質(zhì)與顏色會更加艷麗與細(xì)膩。LED背光模組的色再現(xiàn)特性,使用R/G/B LED背光模組的