背光材料

1教材目录----------------------------------------------------------------------------------------1A.背光板之构造及基本观念--------------------------------------------------------------2一、背光板之功能------------------------------------------------------------------2二、背光模块的种类---------------------------------------------------------------2三、背光模块的关键材料---------------------------------------------------------31.冷阴极灯管-----------------------------------------------------------------------32.导光板-----------------------------------------------------------------------------63.光学膜片(含上、下扩散片、BEF，合称为SHEET)--------------------7四、背光原的种类与运用--------------------------------------------------------11B.背光模块之制程--------------------------------------------------------------------------12一、产品认识及命名规则---------------------------------------------------------12二、全制程流程说明--------------------------------------------------------------13Ⅰ、裁切------------------------------------------------------------------------------13Ⅱ、成型------------------------------------------------------------------------------15Ⅲ、印刷------------------------------------------------------------------------------17Ⅳ、组立------------------------------------------------------------------------------19三、制程重点及规定说明-------------------------------------------------------------202A、背光板之构造及基本观念篇一、背光板在LCD上之功能：由于液晶是属于不具发光特性的化学材料，故需外加光源才能使TFT面板得以呈现影像，反射式的TFT面板在光线充足的情况下，可利用自然光线而使影像显现，但在昏暗的状态或对于穿透式TFT面板而言，背光模块便成为不可或缺的零组件，背光模块可以提供充足且均匀的亮度，而让TFT面板的显示而达到最佳的效果。背光模块之结构中主要有光源、导光板、棱镜片、扩散板与反射板等等。光源可为发光二极管(LED)或荧光阴极灯管(CFL)，也有使用有机电激发光显示器(OEL)之情形。背光模块的运作原理不难理解。光线自灯管射出后，经由导光板底部的网点反射，可使光线有效扩散并自导光板正面射出，配合扩散板及棱镜片的增强效果，可产生最佳的光源分布，提高显像品质。而制作方式系将各项材料予以组合，制程主要困难点在于背光模块之设计与导光板的制作。导光板在整体背光模块之成本中占第二位，见图一，但是目前光学膜国内仍倚赖进口，导光板为国内能自行生产的零组件中成本比例最高者，其次，导光板之为整体背光模块之中心，制造之好坏将直接影响背光模块之性能。光學膜37%導光板17%擴散板5%反射板5%Lamp9%其他材料16%組裝費&其他11%资料来源：工研院经资中心，2000/11大尺寸面板用途（Large-sizedPanel）的背光模块，主要应用在桌上型LCD监视器（Monitor）与笔记型计算机（NB）面板的发光源。一个完整的背光模块包括：铝框／底部金属板－反射膜（贴在模块底部及侧边）－灯管组（灯管＆灯罩）－导光板（LightGuide3PanelorLGP）－扩散膜（Diffuser）－棱镜片（或称光学膜、增光片）等零件，共占大尺寸面板材料成本约18%，其中占成本比重最高者为3M专利品的棱镜片（参考表二），其具有增加亮度（光线集中度高）的效果；然而影响整体亮度表现的关键，还包括品质良好的灯管与布光均匀的导光板。这三项零组件合占背光模块整体材料成本一半以上，在棱镜片、灯管均由少数厂商寡占的前提下，背光模块厂商必须拥有导光板制造能力，才能称得上具有附加价值的背光模块业者表二／背光模块主要零组件的成本比重：15DTPCvs.14NBPanelfor15DTPCfor14PBPC棱镜片／增光片42%36%导光板16%8%灯管12%5%扩散板2%3%二、背光模块的种类：若以灯管的位置做为分类，背光模块可自分为侧光式与直下式两大类：1.侧光式背光模块：为达到轻、薄与低耗电量的要求，笔记型计算机之TFT面板以采用侧光式背光模块为主，侧光式背光模块的光源，一般仅为单支灯管，灯管的外径通常采用φ1.8mm，而灯管放置的位置顾名思义为背光模块的侧面，由于光源仅从单边进入，故整体背光模块的亮度均匀性较直下式背光模块更难以控制，且亮度亦较低，通常在笔记型计算机及中、小尺寸之(15”以下)之背光模块上使用单支灯管，17”监视器、侧光式背光模块通常使用2支灯管，图一所示为侧光式背光模块之构造。4(图一)2.直下式背光模块：直下式背光模块的灯管是置于背光模块的正下方，且数量通常为2支以上，由于使用的灯管数多于侧光式背光模块，连带使得直下式背光模块的耗电量大增，故大部供应对耗电量较不要求的大型液晶监视器或液晶电视之TFT面板上，以期获得较多的亮度，直下式背光模块的亮度分布较为均匀，不过相对地需占用较大的空间，如图二所示：(图二)直下式背光模块构造反射板导光板或扩散板光行进方向扩散膜棱镜片冷阴极管侧光式背光源的构造====将线光源变成面光源====5三、背光模块关键材料不论是侧光式或直下式的背光模块，即使是各产品间之结构设计或规格要求未必相同，但就各项关键材料所占的成本比例而言，灯管、导光板及光学膜片(上、下扩、BEF)三者合计即占背光模块整体制造成本约70%，故针对此三项关键零组件分别介绍如下：1.冷阴极管(COLDCATHODEFLUORESLENTLAMP)简称CCFT。背光模块中所使用之光源常见的有冷阴极灯管(CCFT)与变光两极体(LED)两种，由于LED属于点光源，虽具备体积小与低耗电特性，同时却有亮度偏低与白光色纯度不佳的缺点，因此大尺寸背光模块皆以低压汞荧光灯设计的「冷阴极灯管（ColdCathodeFluorescentLamporCCFL）做为光源，目前全球冷阴极灯管的制造厂商多集中于日本，包括有STANLEY，隶属于TOSHIBA集团的HARISON、PANASONIC的子公司WEST与SANKEN，其中因STANLET自有背光模块产品，故外卖冷阴极管数量极为有限，而SANKEN的产品虽性能优异，但价格相对较高，故前生产背光模块厂商的冷阴极管来源大部份为HARISON与WEST，台湾也有如威力盟等厂商投入冷阴极管的制造，不过现阶段台湾背光模块厂商皆未大量使用，其原因除价差与国外有限外，而灯管之品质又对于背光模块的性能有绝对的影响性，故背光模块厂商不愿承担更换灯管来源所潜藏的风险。冷阴极灯管之发光原理与日光灯管相似，皆系利用电极所产生的电场使惰性气体(NE+AR)加速而形成激发态，受激发的惰性气体将再与汞原子碰撞，导致汞原子游离而放出波长为253.7mm的紫外光，当此一紫外光被涂布于灯管管壁的荧光体吸收时，荧光体便可释放出可见光线，冷阴极管的主要规格包含灯管内、外径、长度、填充气的压力、色调与功率等等，在各种参数的搭配下，冷阴极灯管的种类可多达上千种，.转换生产十分耗时，故若各家背光板厂均只走同一TYPE／规格之灯管时，灯管厂商供应不及的状况极易发生，下图三为冷阴极管之构造。61-1：CCFT的辉度与灯管中径、管电流及环境温度有密切关系，如图四。(图三)冷阴极灯管的构造•玻璃管：-软质玻璃-硬质玻璃•惰性气体：-Ne+Ar混和气CCFL:ColdCathodeFluorescentLamp(图四)CCFL的辉度71-2：CCFT的寿命如下图五1-3：影响CCFT的因素如下：1.玻璃管径2.灯管长度3.灯管形状(直管、L管、ㄇ管、Ｕ管、Ｗ管)4.电极形状及种类5.水银量(水食蒸气压=6*10-3Torr时253.7nm幅射效率最大)6.惰性气体充填压力7.气体混合比例(Ne+Ar)8.周围环境温度(影响管壁及电极温度)(图五)CCFL的寿命89.色度10.营光剂涂布2.导光板导光板（LGP）作用在于使冷阴极管所发出的光线能均匀分布于整体的背光模块并引导光的散射方向，用来提高面板的辉度，并确保面板亮度的均匀性，因此导光板的设计与制造攸关背光模块光学设计与辉度、均细度的控制，为背光模块最主要的技术与成本所在（自制导光板可增加毛利率4-5%），其使用的材料为光学级的压克力(POLYMETHYLMETHALRYLATE)简称PMMA，若依形状分，导光板有楔形及平板两种，其中楔形板多用于笔记型计算机之TFT面板中，平板形则多用于监视器为主，导光板系以网点分布的方式破坏光的干涉，为破坏光线于导光板全反射的现象，以提升亮度(辉度)分布的均匀性，将光源均匀分布在背光模块上。大尺寸面板以CCFL(线光源)为光源，中小尺寸则以LED为主，导光板用射出成形的方式生产，因此愈大尺寸的导光板的射出条件愈难控制。，导光板的表面均有光学设计山之凸点或凹点分布，通常系采用○1印刷式○2非印刷式两种方式进行制作，兹分别说明如下：(a)印刷式印刷式乃是在压克力平板上使用具「高反射率」且「不吸光」的光源物质(SiO2&TiO2)印刷材料，适当地分布于导光板底面，并在导光板底面利用「网板印刷（ScreenPrinting）」印上圆形／方形之扩散点，藉由印刷材料对光源吸收再扩散的性质，破坏全反射效应造成的内部传播，使光由正面射出并均匀分布于发光区，因为出光的散射角较大及印刷点亮度对比较高，必须使用较厚的扩散板覆盖。在制程上，印刷式导光板的良率虽然较非印刷式高，但是多了印刷、烘烤的制程，因此日本已开发出非印刷式导光板技术，并开始制作生产，预料两年后非印刷式导光板将取代印刷式制程。通常平板式之导光板以采用印刷式为主，当然平板式的导光板也可自行射出成型，但需额外添购射出成形机，且15”以上的平板每台射出成型产出约1400片/日，再扣除不良率，实际产出通常不及1000片，故为大量生产，通常以购入9压克力平板，而后处理过裁切、研磨、洗净、印刷来完成，目前有能力供应压克力平板的仅有日本的MITSUBISHI、ASAHI及SUMITOMO三家厂商，至于裁切、研磨、洗净、网版制作、印刷以及印刷所使用之油墨调配，将在后续之制程中有予叙述。(b)非印刷式无印刷式则是利用精密模具，在导光板射出成型（蚀刻Etching、电铸Stamper、SlotCut／V-Cut）之际，在材料中加入不同折射率的少量颗粒材质，直接形成具扩散作用的凸点或凹点（前者考量亮度；后者考量均匀性），可谓一体成型。非印刷式有蚀刻(Etching)、模具射出(