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/。
