背光板扩散网点设计技术

背光板扩散网点设计技术
除了monitor的液晶显示器背光照明单元使用直下式灯管配置之外，几乎所有液晶显示器背光照明单元都是采取端缘入光(edge ight)设计。

图1(a)是典型的光照明单元结构，其中又以导光板(LG: Light guide)扮演决定性的角色，如图1(b)所示从冷阴极灯管(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)射出的光线反复在导光板上方与下方全反射与散乱，当上方全反射条件受到破坏时，光线就从导光板内部射出。

为了引发散乱或是扩散反射，因此利用网版印刷设备在导光板下方涂布由二氧化钛(TiO2)、硫化钡与UV胶所构成的白色网点(dot pattern)，网点的密度与大小一般而言靠近灯管的网点密度越疏，直径越小，随着距离的增加网点密度逐渐变密，网点的大小越来越大，藉此设计使光线能均匀分布在导光板表面。

背光照明单元是笔记本电脑中最耗电的device，因此提高背光照明单元的光线利用效率成为重要的课题。

虽然端缘入光方式具有极佳的光线收敛特性，不过基本上背光照明单元属于透明组件，也就是说白色微小构造体(以下统称为网点pattern或是光线散乱体)与液晶cell 产生的干涉pattern，随着液晶显示器大型化越来越明显，几乎已到达无法忽视的程度。

虽然微小构造体可透过优化设计获得适宜的形状，不过整体而言如何有效排列微小构造体却是设计者最困扰的问题，因此接着要介绍有关不规则网点pattern的理论设计技术(以下通称为网点生成法)。

图1 典型的端缘入光背光板结构
网点生成法的现况
避免液晶cell的data line、gate line两个规则性pattern与导光板的网点产生干涉，理论上最有效的方法是使网点pattern作不规则排列，不过实际上不规则排列如果造成网点相互重迭时，该部位就会变成辉点或是暗点，此外网点pattern的充填率分布若是有非均匀性时，就会发生目视上的辉度不均现象，换句话说理想的网点pattern必需具备下列三项条件:
①网点pattern呈极不规则排列时，亦不会造成液晶cell与液晶cell之间不会产生moiré
条纹。

②网点pattern不规则排列时，肉眼亦无法辨识辉度不均。

③具备高度度对应性可满足任意连续性的充填率分布。

事实上以上三条件与影像浓淡二值化面临的条件极为类似。

有关影像浓淡二值化理论，曾经有出现许多可以满足上述条件的不规则网点pattern生成法提案，其中以蓝色noise mask 方法与其改良方案最具代表性，不过这些网点pattern生成法提案多少都有假设性的疑虑，因此到目前为止实际导光板scale尚无法获得另人满意的网点pattern质量。

在LCD领域中所谓的网点pattern生成手法大都是依循拟似随机数理论设计，它的具体设计步骤是将网点设置于规则性格子内，再依此根据拟似随机数理论赋与摄动，如果网点发生重迭时再用拟似随机数理论补正摄动，一般称此方法为拟似随机数摄动法，然而在高充填率领域拟似随机数摄动法却无法有效回避网点重迭与拟似随机数特有的粗略特性，尤其是任意连续充填率的场合，就无法轻易产生规则性格子，所以拟似随机数摄动法并不适用于高辉度背光板扩散网点的设计。

超均匀分布列理论
如上所述拟似随机数无法有效回避网点重迭与拟似随机数特有的粗糙特性，因此有关导光板的网点pattern设计必需利用所谓的超均匀分布列理论(LDS: Low Discrepancy Sequences)的数列方式克服上述困扰。

所谓的超均匀分布列是指有关该分布所属的最初N点中Discrepancy DN的量可以满足下式条件:
结语
以上介绍不规则网点pattern的形成方法是建立在古典力学多体相关模型基础上，这种方法除了可获得极高的不规则性网点排列与辉度均匀性之外，还可以应用于防止LCD产生波纹与提高辉度。

值得一提的是目前尚无法从网点pattern精确计算导光板的辉度分布，主要原因是LCD端缘部位复杂的反射与吸收，极易造成画面辉度不均现象，因此不易在不违背结构性的条件下将辉度不均现象单纯化，即使将LCD端缘部位的几何性与光学性模型化，由于导光板的网点pattern数量高达数百万个，因此不可能进行光学轨迹计算。

虽然LCD的光学仿真分析技术仍有许多问题有待解决，不过最近几年有关虽然导光板的设计基础，例如
LCD的辉度不均自动定量量测技术，经过多年努力终于进入实用化阶段，相信未来有关导光板的网点pattern计算技术势必会突破瓶颈，朝向自动化计算方向发展。

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