背光模组及V-CUT结构设计

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。