背光模组介绍

背光模組介紹壹、背光板的應用貳、背光板的要求參、背光板的組成結構肆、背光板的發光方式簡介伍、主要部品介紹陸、設計上之考量壹、背光板的應用背光板是液晶顯示模組(L.C.D.(LiquidCrystalDisplay)Module)中的一個元件，(L.C.D.Module又簡稱(L.C.M.))，主要的作用在於提供液晶顯示器的光源。偏光膜黑邊彩色濾光膜Protectivefilm導電薄膜(共用)AlignmentfilmLiquidcrystal電容器Displayelectrode偏光膜CCFT反射片擴散片導光板Spacer稜鏡片DriveLSI印刷電路板控制ICConnection軟性排線異方性導電膜SealantT.F.T玻璃基板LCM簡介1.液晶的分類：因為液晶分子沒有自主發光，僅具有開關及旋光的機制，所以需要有光源才能看見液晶面板所顯示的內容。(1).反射(半透)式–在液晶面板下放置反射物，利用環境光的反射來顯示。(優點)：不需背光源，重量較輕，耗電量低，但是受外界影響的情況大，當外界明亮時，顯示清楚，反之外界陰暗時，顯示不清楚。(2).透過(全透)式–在液晶面板下加背光模組，利用背光來作為顯示光源。(優點)：不易受環境的影響，輝度高且穩定，但是因為加了背光源所以重量重、消耗電量高是它的缺點。為了因應目前市場的需求，仍然是以透過式的為主流，所以需要背光模組當光源。但是低消費電力是一直不變的目標，尤其是資訊末端產品更是如此；現在的個人用PDA、NoteBook、等都有開發使用反射式液晶面板。2.背光板的要求：高輝度高均勻性寬視角低耗電量(N/B)重量輕(N/B)結構穩定，安全性高價格低減拆換性佳(M/N)有效發光面積比大(N/B)3.背光模組的組成結構：背光源可分兩類：一、為有機EL板也就是OEL(只要加上電壓即可均勻發光，壽命較短約5000hrs~10000hrs，目前多用於音響設備或是小型的液晶顯示器)二、為利用冷陰極管或LED當光源並且加上其他機構組合而成的背光板或稱背光模組。以下我們要介紹的是背光模組：(有2種)3.1.直下式燈管放置在模組的下方讓光線直接往上打，燈管的數量較多，當然輝度較高，但是厚度較厚，溫度也會因為燈管數多而高。依結構及性能一般多運用在液晶電視上。反射板擴散板擴散片冷陰極管3.2側邊入光式燈管置於導光板側邊，依導光板的型式及光學上的需求，可選用直型、L型、ㄇ型的冷陰極管或LED燈。燈管數目有限制，所以輝度運用有限，但是厚度薄、溫度低，目前以此為主流。光行進方向Reflector(反射片)UpperDiffuser(上擴散片)PrismLens(平行燈管)PrismLens(垂直燈管)LowerDiffuser(下擴散片)LampReflector(燈管反射板)CCFT(冷陰極管)LightGuidePlate(導光板)4.背光模組的發光方式簡介(側邊入光式)：以光路分析：(利用史奈爾定律“SnellLaw”)(圖1)θn=1.49(壓克力)n=1(空氣)光線出射反射角入射角反射片壓克力表面壓克力入光處冷陰極管θ=臨界角光線的入射角大於臨界角時會發生全反射，所以光線只會在壓克力裏傳遞卻不會在表面出光。(但是斜板於入光處約1/3的地方可出射於壓克力表面加上Pattern：(圖2)θn=1.49(壓克力)n=1(空氣)反射片(印刷點)擴散材料光線出射壓克力表面壓克力入光處冷陰極管θ=臨界角印刷點裏有散射材料，可以造成光的散射，一部份的光線出射於壓克力表面，一部份延原來全反射角度前進，傳到下一個印刷點，使成為一個面光源。加上擴散片(Diffuser)之後：冷陰極管(圖3)θn=1.49(壓克力)n=1(空氣)反射片(印刷點)擴散材料擴散片光線出射壓克力表面壓克力入光處光線在折射出壓克力表面之後，視野角約集中於61~68度，加上擴散片之後再將視野角變小使視角約集中於30度左右。(圖4)θn=1.49(壓克力)n=1(空氣)反射片(印刷點)擴散材料擴散片光線出射壓克力表面稜鏡片冷陰極管稜鏡片以3M的BEFII90/50為例，因為其頂角為90度的等腰三角形，底部的角度對於30度角左右的角度有最佳的矯正效果，所以視野角會改變為幾乎垂直於表面。加上稜鏡片(Lens)之後：整體而言所有的部品材料組合起來的作用就是要將光線從導光板側邊導入後能垂直出射於背光表面，使背光成為一面光源。5.主要部品介紹:冷陰極管(ColdCathodeFluorescentLamp)導光板(LightGuidePlate)燈管反射板(LampReflector)反射片(ReflectorFilm)擴散片(DiffusionFilm)稜鏡片(PrismSheet)框架(MoldFrame)燈管反射版組(含冷陰極管)反射片擴散片上稜鏡片下稜鏡片上擴散片InverterMoldFrame導光板Monitor用背光模組MoldFrame導光板Inverter上稜鏡片燈管反射版組(含冷陰極管)下稜鏡片下擴散片反射片MetalFrame(1)冷陰極管(ColdCathodeFluorescentLamp)StructureofCCFL(CFL)燈管導線(LeadWire)螢光體(Fluorescent)密封處(GlassSeal)瓦斯氣體(GasDischarge)燈管電極(Electrode)玻璃管(GlassTube)製作方式：製作方式：玻璃管螢光體抽氣加熱去除不純物加熱完成導線導線Seal電極(以電氣融接)高周波電極活性化加熱融接(下封止)加入惰性氣體，擠出空氣。加熱融接(上封止)裂斷2.導光板(LightGuidePlate)特性要求：高折射率高全光線透過率耐熱變形溫度高表面硬度高吸水率低熱膨脹率低壓克力材料比較：廠牌製作方式材料透光率分子量三菱壓延MMAPMMA94%15000住友壓延MMAPMMA92%10000成形射出成形PMMA84%~94%視成形條件*成形的壓克力分子量最低。一樣的尺寸、油墨、網版所做的導光板，壓克力的輝度最低。*折射率=1.49*硬度=3H*全光線透過率=92%(壓延板)*吸水率=0.3%=88%(射出板)*熱膨脹率=5~9*10^-5*熱變形溫度=90度印刷式導光板：使用合成樹脂加上擴散材料(SiO2orTiO2)再加上稀釋劑所混合調配的油墨印刷在壓克力上，經過烘乾之後讓油墨牢固於壓克力面上。缺點：(a).必須經過烘乾的程序，如果溫度不夠則油墨無法完全乾燥，而如果溫度過高則導光板容易翹曲，兩者都是NG。(b).油墨容易受到環境濕度的影響而產生不良。(c).印刷的條件受油墨、環境、網版、溫度..等影響，容易發生再現性不佳的問題。導光板的製作方式：非印刷式導光板：(a).蝕刻(Etching)：導光板反射面作深蝕刻取代印刷點導光板出光面作淺蝕刻取代擴散片的效果(b).V型切割(V-cut)：導光板反射面作V型切割取代印刷點導光板出光面作V型切割具有稜鏡片的效果(c).噴砂(Spray)：導光板出光面作Spray具有擴散片的效果(d).Stamper：導光板反射面作Stamper取代印刷點(e).在成形中混入異折射率材料一同射出：衍射(Diffraction)Acrylic/Si(3)燈管反射板(LampReflector)：StructureofLampReflector軟板反射率=96.3%絕緣層(PET)反射層(Ag)遮光層(PET)硬板反射率=94%接著劑層絕緣層(PET)反射層(Ag)基板層(SUS、黃銅、AL)接著劑層(4)反射片(ReflectorFilm)目前業界最多使用的反射片材料為TORAY出產的反射片(專利品)，另有其他商社販賣的RW188其實是同樣的東西，但是製作都是東麗(TORAY)，KIMOTO的RW188只是購入改名稱再販賣，它的專利點在於“發泡性的PET”，當光線入射之後，發泡性的PET發揮它的微小氣泡效果將光線再一次的散射，使得光線的利用率再提高，若使用2張反射片則效果可再提高5%(SHARP使用)，而一般的平面反射片雖然含有TiO2散射材料但是效果卻不及E60-L(RW188)。為改善漏光性及E.M.I.的問題可以作背面遮光印刷或者使用有Coating鋁的材料，但反射效果較差。(非發泡性PET，內含TiO2)(5)擴散片(DiffusionFilm)：擴散片的材質有PC、PET、PolyOlefin..等，而且每一種型號的擴散片都有其設定的用途，在業界最多使用的有3家“惠合”、”Jsujiden”、”KIMOTO”..等。但是它們的組成大致分壓花型串珠型(Beads)兩類：串珠型(Beads)壓花型(a).串珠型的表面有許多小珠子，經過Coating上特殊材料後使其固化在膜片的表面來達到霧化的效果，最多人使用，但是容易出現刮傷、及不耐溶劑、容易潮濕變形的缺點。(b).壓花型的表面像是蝕刻過的痕跡，它是在原料抽出的過程中由於鋼筒上的紋路，所以一併成形。缺點是凹洞的深度太深，異物掉落時不易清除。擴散片與雲量(Haze)的關係為：*上擴散片的Haze高則輝度低，視角廣，缺點不易見。*上擴散片的Haze低則輝度高，視角窄，缺點容易見。*下擴散片的Haze低則與輝度無絕對關係，各種下擴散片造成的輝度高低須考量厚度、全光線透過率、雲量…等，但是使用在於N/B與M/N的膜片在各家膜片廠商都有建議案及比較表，實際的話要背光板廠依各設計機種的不同去取捨。(6).稜鏡片(PrismSheet)：PrismSheet的材質為PC一體成型和PETFilm+Acrylic複合而成。目前的Prism是由3M所開發的BEF系列，有RBEF、BEFII、BEFIII、DBEF、DBEF-D…等都是對於輝度提高最佳的膜片，但是相對的它在背光模組中所佔的成本比例最高；現在有三菱研發了新形態的Prism，完全不同於3M的BEF系列，使用的方式也與現行品不同，不過由於是新的概念發展的Prism，所以使用上仍然有很多的限制。(a).3M的PrismSheet厚度約為150~250μm，頂角角度為90~100度，頂角間距24~100μm。(b).DBEF及DBEF-D的作用是管理光線的偏光來達到輝度提昇的效果。其他的BEF系列則是以視角換取輝度所以視角較差。(c).三菱所開發的S系列Prism則與BEF系列的使用方式不同，因為它的使用方式是稜鏡紋路向導光板，只需一張即可，但是導光板的限制較多。(7).框架(Moldframe)：框架在於背光模組的角色在於整個模組的支撐及保護作用，一般使用的材料多為奇異(GE)所生產的品番，有PC+纖、PC高反射….等視背光模組的需求而取決。