背光模组及V-CUT结构设计
背光模组结构及材料简介通用课件
导光板采用光学级PMMA或PC 材料，表面经过特殊处理，具有 高透光率和均匀的光线扩散能力
。
导光板的结构设计对背光模组的 出光质量和效率有很大影响。
反射板结构
反射板的主要作用是提高光线的利用率，将散射和折射的光线反射回导光板，从而 提高出光效果。
反射板一般采用白色PET或PC材料，表面涂有反射涂层，具有高反射率和良好的耐 候性。
详细描述
散射板的主要材料是PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）和PC（聚碳酸酯），这些材料具有良好的透光性 和散射性能。此外，这些材料还具有较高的抗冲击性能和加工性能，能够保证散射板的稳定性和耐用 性。
增亮膜材料
总结词
增亮膜能够提高背光模组的发光亮度和 视角范围，从而提高显示器的整体性能 。
VS
详细描述
增亮膜的主要材料是光学级聚酯薄膜，经 过特殊处理后具有较高的反射率和折射率 。此外，增亮膜材料还能够有效地减小光 线的衰减和散射，从而提高背光模组的亮 度和视角范围。
重量
背光模组的重量决定了显示器的便携性和稳定性。轻量的背光模组能够减轻携带负担，同时也有利于提高显示器 的抗震性能。
05
背光模组的制造工艺
导光板的制造工艺
导光板是背光模组的核心元件，其制造工艺通常采用精密注 塑成型技术，将光学级塑料射入模具中，通过加热和压力成 型，再经过冷却和脱模，得到具有微结构的导光板。
04
背光模组的性能特点
亮度与对比度
亮度
背光模组的亮度决定了显示器在 明亮环境下的可视性。高亮度能 够提供更好的视觉效果，但同时 也会增加能耗。
对比度
对比度决定了图像的清晰度和细 节表现，高对比度能够提供更丰 富的色彩和更深的黑色表现。
背光模组构造及原理
• 导光板制造过程
导光板其最重要也是最原始的材料为光学级PMMA (POLY METHYL METHACRYL ATE)(聚甲基丙烯酸甲） 也就是俗称的亚克力 或有机玻璃，其分类又有PMMA颗粒和 PMMA平板。
PMMA由石油中提炼单体(MMA)再将单体(MMA)经过化学 加工后做出光学级PMMA颗粒，再将光学级PMMA颗粒用压铸 法(Casting:PMMA粒子流入模腔,上面模面压合至所需的高度)或压出法(Injection:制 做方法如上,但压力较大)来制作光学级PMMA平板。
比重 吸水率%
折射率 透光率% 熱雙形溫度 （℃ ）
1.2 ＜0.3
1.49 92 80~90℃
导光板光学性质
压克力的折射率 ：nt＝1.49 压克力临界角 θt=42.15°
• 导光板的功能和要求
导光板故名思义其最主要的的功能在于要将 光线导向设计者所需要的方向，而所有的导光板 的设计都是要配合下游产品LCD和背光模块的需 要，最重要的是要达到辉度和均匀度。
擴散層
三、导光板的构造＆特性
• 何谓导光板
导光板一词来自于英文译音(Light Guide）其产生为应用于LCD所产生的,LCD为一非 自发光性的产品为了要展现LCD的亮度就必需要 有背光模块来显现，在背光模块的发展过成中重 要关键的零组件导光板也随着下游产品的需求进 而开始有不同的改变。
項 目 PMMA
背光模组构造及原理
背光源的种类与应用
• • • • • • • 直下式 v.s 侧光式 单侧入光 v.s 对侧入光 v.s 多侧入光 平板LGP v.s 楔形LGP (Light Guide Panel – 导光板) Monitor / TV ─ 高辉度、广视角、大型化。 Notebook PC ─ 高效率/省电化、轻薄化。 卫星导航/车载装置 ─ 高辉度、坚固性、耐候性。 掌上型装置 ─ 小尺寸、轻薄化、省电化。
TV背光模组结构
直下式背光模组拆分图
侧光式与直下式背光比较
背光结构 侧光式
优点
缺点
薄型化、功耗低、工艺简单、 方案成熟
亮度低、光利用率低、均匀性 调整复杂、不能进行光的局域
控制
直下式
亮度高、方案成本低、容易 进行光的局域控制
厚度大、均匀性差、加工要求 高
背光模组光学部件介绍
背光模组光学部件包括： • 光源(CCFL、LED） • 反射膜 • 导光板(侧光式) • 扩散板(直下式) • 扩散膜(上下扩散) • 增光膜 • DBEF
网点设计实例
Lightbar
· 其它光学调整。VCUT设计、入光处锯齿设计。
网点+VCUT结 构导光板
导光板光学模 拟
入光处锯齿设 计
VCUT反射面出 光分析
扩散板/扩散膜
➢ 作用：将从导光板正面出来的光雾化，提高均匀性，并使侧射光分 散到正面，提高正面亮度
➢ 扩散膜构成：PET基材+扩散层。常用的有两种扩散片，一片放在导 光板和增光片之间，均化导光板出射光，称下扩散片；一片放在增 光片之上，起到保护作用及防止水波纹出现，称为上扩散片。
• 根据光源分布的位置，背光模组可以分为测光式和直下式 （底背光式）两种。
侧光式背光模组结构
• 测光式背光模组，光源位于模组的一侧，光通过导光板的传导后再通 过光学膜材进入液晶玻璃上。
侧光式背光模组拆分图
直下式背光模组结构
• 直下式背光模组，光源位于模组底下，光通过扩散板的扩散 后再通过光学膜材进入液晶玻璃。
白反射材 LED基板
目前主流方案为使用二次光学透镜，成本高，光学效率低。 能否直接在LED上封装一次透镜？可以。
· TFT-LCD要求 ➢ 光谱匹配性。提高光利用
背光模组结构及材料简介
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2.5 扩散片
扩散片— 扩散片内有很多颗粒状的物体，可以将导光板收到的光进行扩散，使光 能够向棱镜片及panel正面方向传播，起到拓宽视角，隐蔽形成在导光板 上的Pattern的作用.
分为下扩散片和上扩散片： 下扩为主要遮蔽导光板缺 陷 一般雾度较高 ；上扩为 提高光源 （再次扩散提高 光源利用率）。 目前我们 接触的有激智T100S和 B1004S
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基板层—白色PET 黏贴层 反射片层-- Poly olefin 保丽龙
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目前业界最多使用的反射片材料为TORAY 的反射片，它的专利点在 “发泡 性的PET” ，当光线入射之后，发泡的PET发挥它微小气泡效果将光线再次散射， 使得光线利用率再提高
(非发泡性PET，內含TiO2)
TORAY 发泡PET
軟板反射率 = 96.3%
硬板反射率 = 94%
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模组组成材料简介
2.3 导光板
LGP(导光板) — 接收lamp发出的光，将线光源通过底部印刷点/注塑点漫反射转化为面光源。
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2.3.1 导光板的分类
☆ 按形状分 ● 楔形导光板 ● 平板状导光板
☆ 按成型方式分 ● 压延成形 ● 注塑成形 材质 ● PMMA ● ZEONOR ● PC
1.背光模组的定义和结构
直 下 式 背 光 模 组
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1.背光模组的定义和结构
1.3 背光模组的结构
背光模组的结构组成：灯管（LED）、导光板（ Light Guide Pipe ）、 反射片（ Reflector ）、扩散片（ Diffuser Sheet ）、 棱镜片（ Prism Sheet ）、塑料边框（Mode frame）、 金属背板（back cover）、其它部件（cable线、connector）
背光模组设计
Light Simulation: 模拟测定BLU的光线，Uniformity，亮度
等
way:
1个BLU上使用1个LCD （main）
way:
1个BLU上使用2个LCD （Main & Sub）
◆ BLUDesign ◆ 1.GetPNL
drawing
BLU Outline
◆ BLUDesign ◆ 2.Hookdesign
Slim型时下述的General Tolerance Table, 给定普通尺寸的公差等级, Grade C应用
于
原则, 可根据顾客要求提高公差等级, 对主要的尺寸公差另行确定
。
计尺寸及标准公差超出标准时,先检查部品生产企业是否具有工程能力,一定通过DR
协商.
尺寸的公差标注方法按照图面制定标准.
双面Tape设计时
第一部: BLUDesign
Contents (Dimensions Decide/Design)
- BLU Structure - BLU Outline design - L/A Design - LED Chip Quantity Design - LED Position Design - LED and V/A Gap Calculate - L/G Size Design - L/G Thickness Design - L/G Serration Design - BLU Material – Resin kind and Character
< Tape Dimensions>
A
±0.05 ±0.15 ±0.2 ±0.3 ±0.5
B
±0.1 ±0.2 ±.3 ±0.4 ±0.6
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篇名
LED背光模組及V-Cut技術未來導向
作者
張先榮。
私立開南商工。
電機三年忠班
張浩哲。
私立開南商工。
電機三年忠班
楊凱閔。
私立開南商工。
電機三年忠班
壹●前言:
近年來，顯示器的技術研發，已成為眾所關注的市場主流，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上的研發。
所謂背光模組（Backlight Module）係提供LCD面板之光源。
因液晶本身不發光，為了讓使用者能清楚看到LCD上所顯示的內容，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面板的關鍵零組件之一。
事實上，背光模組的應用至廣，舉凡行動電話、PDA、數位相機、視訊電話、工業或醫療乃至飛行儀表、掌上型電視、VCD Player、汽車導航、筆記型電腦、LCD Monitor、TFT-LCD TV，背光模組的技術都不可或缺，於生活科技至關重要。
因此，本文擬就V-Cut技術的發展概況略作考察，並進一步對LED背光模組目前在技術上的得失加以分析，藉此探索面板技術在未來發展的導向。
貳●正文
背光模組主要由光源、導光板、光學用膜片、塑膠框等組成。
其中，導光板（Light guide plate）的主要功能在於使冷陰極燈管發出的光線，能均勻分佈於整體的背光模組，使用的材料為光學級的壓克力（PMMA）。
為了提升光學效率，微溝切削（V-Cut）的技術應運而生。
此種逆稜鏡式導光板的生產，可大幅降低生產成本、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階段的研發重點。
目前V-Cut的技術已經成熟，在TFT-LCD面板及液晶產品降價壓力下，上游零組件廠的研發部門，也持續朝簡化結構及精省成本等方向在努力。
（註一）而LED 背光模組的開發，更是面板技術研發的長期目標，值得關注。
一、高亮度導光板技術的成熟
在現階段筆記型電腦用面板背光模組上，V-Cut是相當熱門的技術。
其結構主要是將稜鏡微加工，直接製作於導光板上，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加上向下Prism結構，較原來兩片朝上的稜鏡片結構，光的利用率高出30%左右，但相對View Angle就被犧牲了，不過，這點對筆記型電腦使用上不但沒有影響，反而具有保護隱私之優點。
因此筆記型電腦將加以大幅採用。
二、V-Cut技術開發的重點
01.明暗帶條紋的消除:
從技術上來說，因導光板光學特性使然，V-Cut結構容易造成導光板產生明暗帶條紋，而如何將該條紋消除，是目前需要克服的技術障礙。
因此，如何將導光板精密稜鏡加工面，和另一側霧化面作最佳化搭配，正是光學和精密加工技術的開發重點所在。
02.V-Cut導光板的結構
值得注意的是，能夠大幅提高輝度的V-Cut，也有其技術發展的瓶頸，導光板增光片（BEF）主要供應商3M就對V-Cut導光板結構提出看法，認為該結構較易導致刮傷，而且有光學均勻度較差及機械強度較弱等問題。
但這兩個問題似乎不必過度憂心。
在均勻度方面，V-Cut導光板約為75％，較一般的85％為低，這是通常客戶力求面板中間部分呈現最佳表現，及輝度大幅提升下產生的必然現象。
至於機械強度較弱方面也有克服的方法，例如以貼合方式做固定，目前大多數的機型都能通過客戶端的震動和衝擊試驗。
整體說來，V-Cut技術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，優點遠大於缺點。
不過，明暗帶條紋的消除，提高光學均勻度及機械強度，仍是目前有待繼續努力的方向。
三、LED背光模組的優勢
如前所述，LED背光模組的開發，是面板技術研發的新目標。
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推出了一台螢幕尺寸11.1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，也同時引發了相關廠商的熱烈討論。
對於背光模組廠來說，LED背光模組在結構上，主要的差異點在於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
然而，LED背光模組的技術，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10~12元來計算，這方面的成本就要4~500元；相較於現在CCFL一支約為45~50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優勢。
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現階段技術障礙是在導光板的設計；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，散熱問題則是技術發展上最需要克服的瓶頸。
03.背光模組透光能力
以目前LED亮度技術來看，在這一方面，提高亮度並不是太大的困難，但是因為伴隨而來的高耗電量以及散熱的問題，卻困擾著所有的工程師，因為亮度的提昇總是會有到達瓶頸的時候，如果因為在這一方面努力卻造成使用壽命的減短，似乎有點得不償失。
所以就整體而言，還是必須從改善背光模組的透光率開始進行，才是解決的根本之道。
由於背光光源必須使用Reflector、Diffuser等等的光學薄膜，來達到光源平均投射的目的，但是往往光耗損的現象就會因此而產生。
根據研究，從傳統背光光源所發射出來的光是100％的話，經過Reflector、Diffuser等等的光學薄膜之後，只會有約60％的光通過背光模組進入到偏光膜，最後經過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LCD面板規格需要500nits，那麼背光光源的亮度就必須能夠提供1.2~1.3萬nits的亮度。
參●結論:
從2004年SONY發表LED背光模組後，液晶顯示器用背光模組應可說是正式進入LED的時代，雖然LED本身還有許多技術問題有待克服，不過，未來傳統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與顏色會更加艷麗與細膩。
LED背光模組的色再現特性，使用R/G/B LED背光模組的液晶顯示器適合應用在醫療、印刷、PC等領域，尤其是色溫範圍3000~9300K的家用液晶電視可以獲得寬廣的色再現範圍。
由於LED背光模組的消費電力與製作成本還有很大的改善空間，因此，今後除了LED背光模組的光學系統外，還需抑制LED本身的發熱問題。
凡此，均為面板技術發展中值得繼續努力的方向。
肆●引註資料
註一科技網/
註二瑞儀光電股份有限公司/。