lcd用高亮度导光板与散乱型聚合体导光板

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1、LCD用高亮度導光板與散亂型聚合體導光板2004-8-20--------------------------------------------------------------------------------文章作者:臺灣工研院光電所高弘毅文章來源:EEDesign前言液晶顯示器(LCD:iquidCrystalDisplay)的背光照明單元(BackLightUnit；以下簡稱為BLU)是由冷陰極燈管(CCFL:ColdCathodeFluorescerntLamp)、CCFL反射膜片(reflectorsheet)、導光板(LGP:

2、LightGuidePlate)、LGP反射膜片、擴散(diffuser)膜片等組件所構成(圖1)。為了要提高LGP的光使用效率，通常會在LGP表面設計某些光學機制(device)，或者是在LGP內添加材料等兩種方法。背光照明單元使用的光源分別有EL(ElectroLuminance)、LED(LightEmittedDiode)、CCFL(ColdCathodeFluorescerntLamp)等三種；EL與LED方式主要應用於PDA(PersonalDigitalAssistant)、行動電話等小型液晶顯示器的背光照明單元；CCFL則是應用於

3、NB-PC(NoteBookPersonalComputer)等大型可攜式產品。如圖1所示冷陰極燈管外側的CCFL反射膜片呈拋物線狀(parabolic)將CCFL包圍，由光源產生的白光透過該反射膜片反射至由壓克力製成的導光板內。導光板主要功能是藉由光散亂原理將入射的平行光轉換成平面垂直光，之後再經過擴散膜片使導光板射出的光線擴散與偏向，最後再經由兩片表面成連續鋸齒溝槽狀的集光棱鏡膜片，使光線在xy方向集光並調整光線發散角度。　圖1背光單元的基本結構　導光板的種類(a)散亂式印刷導光板如圖2所示傳統的散亂式導光板底面印刷白色濃淡(gradatio

4、n)網點使入射光散亂，散亂光的濃淡取決於網點的直徑與分佈密度。網點的材質是由UV膠、二氧化鈦、硫化鋇混合黏稠液所構成。如圖3所示網點直徑在燈源入射端為250μm，遠離燈源端亦即導光板的端緣的網點直徑為1250μm。利用網點散亂的光線由導光板表面射出，部份從導光板側面與底面逃漏的光線則再度回到導光板內，被導光板周圍的反射膜片反射至導光板。設於導光板正面的擴散膜片具有兩種功能，分別是將入射光擴散至集光棱鏡膜片；另一功能是減弱導光板表面的網點形狀。擴散膜片上方之三角斷面狀第一片集光棱鏡膜片與冷陰極燈管成直角方向(y方向)設置，第二片集光棱鏡膜片再與第一

5、片成直角鋪設，藉此特殊設計收斂xy方向的光線，同時再次淡化導光板表面的網點形狀與楔形導光板特有的橫縞(灰色橫紋)。(b)散亂式射出成形導光板具體方法是利用精密蝕刻技術將射出成形的模芯微細加工成上述網點形狀，再利用塑膠射出成形機制作導光板，圖4與圖5是利用射出成形法所製成的導光板散亂模式與散亂spot的直徑、濃淡分佈密度。(c)反射式射出成形導光板如圖6所示它是利用超精密加工技術在導光板底面製作微細光學鏡面，使導光板內的光線反射，這種方式會因製作方法使得散亂要因消失。具體製作步驟是將射出成形的模芯微細加工成圓狀微形反射鏡面(MicroReflect

6、or；以下簡稱為MRdevice)，之後再利用塑膠射出成形機制作導光板，MR系設於導光板底面與導光板形成一體(圖7)。如圖8所示具陣列狀MRdevice的導光板可將入射光全反射，主要原因是MRdevice的表面很平滑，因此入射光不會有反射散亂與能量損耗等問題，也不會發生波長分散現象，除此之外還可藉由導光板入射光與MRdevice的形狀變化控制出射光的方向。圖9是入射至導光板內的光線與MRdevice的反射機制概念圖；圖9是利用雷射顯微鏡所拍攝的MRdevice照片，MRdevice的直徑為100μm，高度為10μm，spot的大小祇有傳統散亂式印

7、刷導光板的1/4～1/8。換言之由於陣列狀MRdevice導光板的spot直徑變小後，相對的可淡化spot形狀的擴散膜片厚度亦隨之變薄，光線穿透率則大幅提高。一般而言12.1吋大小的陣列狀MR型導光板底面的MR數量大約有100萬個。為了檢討MRdevice的加工精度，因此將導光板的縱橫向各分割成六等份，並在各線交點上直徑10mm圓內作三點隨機取樣(random)，量測各點的MRdevice直徑與高度的平均值。總數27個MRdevice的平均直徑為α，平均高度為β時，直徑的誤差分佈如圖11所示約為±2μm以下，高度的誤差分佈為±1μm以下。依此量測

8、結果可確定制程的穩定性，同時還可推論部份變化的互動要因。(d)折射式射出成形導光板折射式導光板是改良自反射式導光板，主要差異是MRdev