在TFT-LCD顯示器面板的眾多關(guān)鍵零組件中，背光模塊由于生產(chǎn)技術(shù)的門檻不高，且進(jìn)入障礙與資本投資規(guī)模相較彩色濾光片、玻璃基板、偏光板及驅(qū)動(dòng)IC而言，明顯低了許多，另外，背光模塊的成本比重高居各零組件第二位，僅次于彩色濾光片。本文簡(jiǎn)述了液晶顯示器技術(shù)，并重點(diǎn)介紹了背光模塊的組成，各個(gè)元件的功能、原理及檢測(cè)技術(shù)。

大尺寸LCD顯示器是消費(fèi)電子、通訊等產(chǎn)品的重要周邊零組件。大尺寸TFT-LCD市場(chǎng)分為三方面：電視、顯示器、筆記本電腦。目前中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，產(chǎn)業(yè)政策進(jìn)一步傾斜，成本與市場(chǎng)導(dǎo)向加速了全球顯示器產(chǎn)業(yè)鏈布局的轉(zhuǎn)移，產(chǎn)業(yè)環(huán)境日益優(yōu)化。并且，得益于新一輪顯示器產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和產(chǎn)品升級(jí)，中國(guó)內(nèi)地液晶顯示器產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)將保持迅猛發(fā)展的態(tài)勢(shì)，引領(lǐng)“顯示”時(shí)代的到來(lái)。

在TFT-LCD顯示器面板的眾多關(guān)鍵零組件中，背光模塊由于生產(chǎn)技術(shù)的門檻不高，且進(jìn)入障礙與資本投資規(guī)模相較彩色濾光片、玻璃基板、偏光板及驅(qū)動(dòng)IC而言，明顯低了許多，另外，背光模塊的成本比重高居各零組件第二位，僅次于彩色濾光片。特別是，在2005年TFT 面板價(jià)格大幅下滑的刺激下，LCD監(jiān)視器市場(chǎng)發(fā)展迅猛，并帶動(dòng)了面板產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1、背光模塊簡(jiǎn)介

背光模塊(Backlight)亦稱為背光板，泛指可提供產(chǎn)品一個(gè)背面光源的組件，目前普遍運(yùn)用在各種信息、通訊、消費(fèi)產(chǎn)品上，如液晶顯示器、底片掃描器、幻燈片看片箱、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)據(jù)助理(PDA)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、醫(yī)療器材、監(jiān)視器和筆記本電腦等，其中主要用途是作為液晶顯示器的光源組件。

由于TFT面板本身不具發(fā)光特性，必須在TFT面板上外加一個(gè)發(fā)光源，方能達(dá)到顯示功能，背光模塊就是為液晶顯示器產(chǎn)品提供背面光源的光學(xué)組件，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，背光模塊即為液晶顯示器的一個(gè)關(guān)鍵光學(xué)組件，也是依附于下游液晶顯示器的非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。

背光模塊是液晶顯示器的光源提供者，其主要由光源、燈罩、反射板(Reflector)、導(dǎo)光板(Light Guide Plate)、擴(kuò)散片(Diffusion sheet光學(xué)用膜片1-2片)、增亮膜(Brightness Enhancement Film增光片1-2片)及外框等組件組裝而成。其中，光源包括冷陰極熒光管(CCFL)、熱陰極熒光管、發(fā)光二極管(LED)等；光學(xué)膜片與導(dǎo)光板為最主要的技術(shù)部件，所占成本比重也較高。

液晶顯示器由于厚度薄、質(zhì)量輕、攜帶方便，且相較于目前的CRT輻射更低的優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)需求快速的增加，已能在顯示器的市場(chǎng)占有一席之地。因此，隨著液晶顯示器制造技術(shù)的提升，在大尺寸及低價(jià)格的趨勢(shì)下，背光模塊將不斷向輕量化、薄型化、低耗電、高亮度及降低成本方向發(fā)展，以滿足未來(lái)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求。

一般而言，背光模塊可分為前光式(front light)與背光式(back light)兩種，而背光式可依其規(guī)模的要求，以燈管的位置發(fā)展出三大結(jié)構(gòu):

(1)側(cè)光式(edge lighting)結(jié)構(gòu)：發(fā)光源為擺在側(cè)邊之單支光源，導(dǎo)光板采射出成型無(wú)印刷式設(shè)計(jì)，一般常用于18吋以下中小尺寸的背光模塊，其側(cè)邊入射的光源設(shè)計(jì)，擁有輕量、薄型、窄框化、低耗電的特色，亦為手機(jī)、個(gè)人數(shù)碼助理（PDA）、筆記型電腦的光源，目前亦有大尺寸背光模塊采用側(cè)光式結(jié)構(gòu)。

(2)直下型(bottom lighting)結(jié)構(gòu)：超大尺寸的背光模塊，側(cè)光式結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法在重量、消費(fèi)電力及亮度上占有優(yōu)勢(shì)，因此不含導(dǎo)光板且光源放置于正下方的直下型結(jié)構(gòu)便被發(fā)展出來(lái)。光源由自發(fā)性光源（例如燈管、發(fā)光二極體等）射出與反射板反射后，向上經(jīng)擴(kuò)散板均勻分散后于正面射出，因安置空間變大，燈管可依TFT面板大小使用2至多之燈管，但同時(shí)也增加了模塊的厚度、重量、耗電量，其優(yōu)點(diǎn)為高輝度、良好的出光視角、光利用效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易化等，因而適用于對(duì)可攜性及空間要求較不挑剔的LCD Monitor與LCD TV，其高消費(fèi)電力(使用冷陰極管)，一體性不佳及造成LCD發(fā)熱等問(wèn)題仍需要求改善。

(3)中空型結(jié)構(gòu)：隨著影像要求的尺寸增加，LCD也朝更大尺寸的方向發(fā)展，現(xiàn)在這類超大型的LCD被拿來(lái)當(dāng)作監(jiān)視器及壁掛式電視，不僅要求大畫面、高亮度及輕量化，在電氣上亦要求高功率下的低熱效應(yīng)，近年來(lái)發(fā)展的中空型結(jié)構(gòu)的背光模塊，使用熱陰極管作為發(fā)光源。此結(jié)構(gòu)以空氣作為光源傳遞的媒介，光源向下被棱鏡片與反射板對(duì)方向調(diào)整及反射后，一部分向上穿過(guò)導(dǎo)光板并出射于表面，另一部分因全反射再度進(jìn)入中空腔直到經(jīng)折反射作用后穿過(guò)導(dǎo)光板出射，而向上的光源或直接進(jìn)入導(dǎo)光板出射，或經(jīng)一連串折反射作用再出射；導(dǎo)光板的形狀為楔型結(jié)構(gòu)，目的在求一體化的效果。

2、背光模塊的組成

背光模塊為穿透式液晶面板的主要組件，主要提供液晶面板一個(gè)均勻、高亮度的光源，基本原理系將常用的點(diǎn)或線型光源，透過(guò)簡(jiǎn)潔有效光機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化成高亮度且均一輝度的面光源產(chǎn)品。一般結(jié)構(gòu)為利用冷陰極管的線型光源經(jīng)反射罩進(jìn)入導(dǎo)光板，轉(zhuǎn)化線光源分布成均勻的面光源，再經(jīng)擴(kuò)散片的均光作用與棱鏡片的集光作用以提高光源的亮度與均勻度。以下介紹背光模塊的幾個(gè)基本組件。

(1)發(fā)光源(Light Source)

須具備亮度高及壽命長(zhǎng)等特色，目前有冷陰極熒光管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)、熱陰極熒光管、發(fā)光二極管及電激發(fā)光片(EL)等，其中冷陰極燈管具有高輝度、高效率、壽命長(zhǎng)等特性，加上圓柱狀外形因此很容易與光反射元件組合成薄板狀照明裝置，故目前以冷陰極熒光管為主流。業(yè)界普遍認(rèn)為，未來(lái)背光模塊的發(fā)光源將以白光發(fā)光二極管為方向，就其所放置的位置分為直下式背光模塊與側(cè)光式背光模塊兩種。

(2)導(dǎo)光板(Light Guide Plate)

應(yīng)用于側(cè)光型背光模塊，是整體導(dǎo)光的效率重心，用射出成型的方法將丙烯壓制成表面光滑的楔形板塊，然后用具高反射率且不吸光的材料，在導(dǎo)光板底面用網(wǎng)版印刷印上圓形或方形的擴(kuò)散點(diǎn)。導(dǎo)光板主要功能在于導(dǎo)引光線方向，以提高面板的輝度及控制亮度均勻。冷陰極管位于導(dǎo)光板厚側(cè)的端面，冷陰極管所發(fā)的光以端照光(edge light)的方式進(jìn)入導(dǎo)光板，大部份光利用全反射往薄的一端傳導(dǎo)，當(dāng)光線在底面碰到擴(kuò)散點(diǎn)時(shí)，反射光會(huì)往各個(gè)角度擴(kuò)散，破壞全反射條件與光的干涉現(xiàn)象而自導(dǎo)光板正面射出，利用疏密、大小不同的擴(kuò)散點(diǎn)圖案設(shè)計(jì)可使導(dǎo)光板面均勻發(fā)光。

按照外型上的不同，導(dǎo)光板可分為楔形板和平板。一般筆記本電腦因考慮空間關(guān)系均采用楔形板，而LCD Monitor與LCD TV則采用平板為主。

(3)反射板(Reflector)

一般側(cè)光式背光模塊的反射板放置于擴(kuò)散板底部，將自底面漏出的光反射回導(dǎo)光板中，防止光源外漏，以增加光的使用效率；而直下式背光模塊則是置于燈箱底部表面或粘貼于其上，將經(jīng)擴(kuò)散板反射的光束由燈箱底部再次反射回?cái)U(kuò)散板以被利用。

(4)擴(kuò)散板(Diffuser)

擴(kuò)散板和擴(kuò)散片的功能是提供液晶顯示器一個(gè)均勻的面光源，一般傳統(tǒng)的擴(kuò)散膜主要是在擴(kuò)散膜的基材中，加入一顆顆的化學(xué)顆粒，作為散射粒子，而現(xiàn)有的擴(kuò)散板構(gòu)造微粒子分散在樹(shù)脂層之間，所以光線在經(jīng)過(guò)擴(kuò)散層時(shí)會(huì)不斷地在兩個(gè)折射率相異的介質(zhì)中穿過(guò)，在此同時(shí)光線就會(huì)發(fā)生許多折射、反射與散射現(xiàn)象，如此便造成了光學(xué)擴(kuò)散的效果�；蚴鞘褂萌窦夹g(shù)，經(jīng)由曝光顯影等化學(xué)程序?qū)⒚ＡУ南辔环植加涗浵聛?lái)粗化擴(kuò)散膜基材表面，以散射模糊導(dǎo)光板上的墨點(diǎn)或線條。但在如此的光路架構(gòu)下，由于材料本身及化學(xué)顆粒的性質(zhì)，將會(huì)造成無(wú)可避免的吸光，而且其對(duì)光的散射是散亂的，對(duì)于一個(gè)固定距離的觀測(cè)者來(lái)說(shuō)，將會(huì)有部分的光強(qiáng)被浪費(fèi)，而造成光源無(wú)法有效的利用。再加上它的化學(xué)制程較費(fèi)時(shí)，所需的生產(chǎn)成本相對(duì)的也較高。

(5)增亮膜(BEF棱鏡片)

束從擴(kuò)散板射出后的指向性非常差，因此必須利用棱鏡片來(lái)修正光的方向，其原理是通過(guò)光的折射與反射來(lái)達(dá)到凝聚光線、提高正面輝度的目的，以增加光線自擴(kuò)散板射出后的使用效益，使背光模塊的整體輝度提高60-100%以上。增亮膜主要以多元脂(polyester)或聚碳酸脂(polycarbonate)為材料，其表面結(jié)構(gòu)一般為棱形柱體(prism sheet亦稱為棱形片)或半圓柱體(lenticular sheet)。目前跨國(guó)公司3M為全球獨(dú)家供應(yīng)商，擁有多項(xiàng)相關(guān)專利，通常一部背光模塊會(huì)使用兩片增亮膜，彼此方向垂直，將光集中增加輝度。

(6)偏光轉(zhuǎn)換膜(P-S Converter)

在現(xiàn)有LCD液晶面板設(shè)計(jì)中，光源模塊過(guò)濾掉了S-light平行光，允許P-light直行光源通過(guò)，并利用這個(gè)單一的偏極光驅(qū)動(dòng)或照明LCD液晶面板產(chǎn)生所需要的功能。所以會(huì)在光線進(jìn)入液晶面板前會(huì)先經(jīng)過(guò)一個(gè)偏光板，該偏光板會(huì)吸收掉某一偏光方向的能量，而冷陰極管所產(chǎn)生的光為非偏極化光，在通過(guò)第一片偏光板時(shí)，有一半以上的光能量會(huì)被吸收掉，使得光的使用效率非常差。為了解決這個(gè)問(wèn)題須采用偏光轉(zhuǎn)換技術(shù)，以提高背光的使用率，降低LCD的耗電量。偏光轉(zhuǎn)換膜為背光模塊中一個(gè)非常關(guān)鍵的元件，它的功用是使光源進(jìn)行偏極態(tài)轉(zhuǎn)換。其方法是利用反射偏光板，將可以通過(guò)與不可以通過(guò)LCD偏光板的光束分離，然后利用反射板將反射回來(lái)的光轉(zhuǎn)換成可用的偏光，達(dá)到提高亮度的目的。

一般偏光轉(zhuǎn)換技術(shù)是通過(guò)特殊的光學(xué)涂布以及結(jié)構(gòu)特殊的排列方式構(gòu)成光分離板，將射出光分離成P偏光及S偏光，S偏光經(jīng)反射后又成為P偏光，這樣一來(lái)就可以通過(guò)LCD面板的偏光板；也有利用一片膽固醇型液晶片跟l/4波片構(gòu)成偏光反射板，將導(dǎo)光板的射出光分離成左旋及右旋圓偏光，左旋圓偏光通過(guò)l/4波片后成為直線偏光，可直接通過(guò)LCD的第一面偏光板，而右旋圓偏光經(jīng)反射板反射后，亦成為可用的左旋偏光而被利用。

利用偏光轉(zhuǎn)換的技術(shù)來(lái)提高LCD的亮度，跟使用棱鏡片的方法比較起來(lái)，除了正面亮度得到提升之外，大視角方向的亮度亦同時(shí)得到提升，這就是偏光轉(zhuǎn)換技術(shù)的另一優(yōu)點(diǎn)。

3、背光模塊的光學(xué)性能檢測(cè)

一般光學(xué)模塊的光學(xué)性能包括：亮度(輝度)、均勻度、視角、色度、色溫等。

(1)亮度(輝度)
輝度是一般顯示器背光模塊的光學(xué)檢測(cè)中最重要的一個(gè)參數(shù)指標(biāo)，常使用的測(cè)量?jī)x器設(shè)備是使用BM7(亮度色度計(jì))，一般常使用的檢測(cè)方式有分為5點(diǎn)、9點(diǎn)、13點(diǎn)檢測(cè)等。

(2)均勻度(Uniformity)
均勻度的定義是從光輸出測(cè)量所得到的N個(gè)測(cè)量值中，取出最大與最小的照度值，將這兩個(gè)數(shù)值與這N個(gè)點(diǎn)平均值的偏差以百分比表示，即為該投影設(shè)備的均勻度。

(3)色溫
色溫是指光源發(fā)射光的顏色可以用黑體的溫度來(lái)表述，黑體的溫度稱為該光源的色溫，即光波在不同的能量下，人類眼睛所感受的顏色變化。在色溫的計(jì)算上，是以Kelvin為單位，黑體幅射的0Kelvin=攝氏-273°C作為計(jì)算的起點(diǎn)。將黑體加熱，隨著能量的提高，便會(huì)進(jìn)入可見(jiàn)光的領(lǐng)域，例如，在2800K時(shí)，發(fā)出的色光和燈泡相同，我們便說(shuō)燈泡的色溫是2800K�？梢�(jiàn)光領(lǐng)域的色溫變化，由低色溫至高色溫是由橙紅-->白-->藍(lán)。
因相關(guān)色溫事實(shí)上是以黑體輻射接近光源光色時(shí)，對(duì)該光源光色表現(xiàn)的評(píng)價(jià)值，并非一種精確的顏色對(duì)比，故具相同色溫值的兩光源，可能在光色外觀上仍有少許差異，因此僅憑色溫?zé)o法了解光源對(duì)物體的顯色能力，或在該光源下物體顏色的再現(xiàn)能力。

(4)色度(chromaticity)
在彩色視頻影像中除了亮度與灰階之外，尚有一個(gè)最重要的色彩信息，而在彩色的視頻影像色彩信息描述方面，有各式各樣的彩色坐標(biāo)系統(tǒng)可供使用。C.I.E.(法文Commission International del'Eclairage國(guó)際照明委員會(huì))為一個(gè)著名的國(guó)際性的組織，專門負(fù)責(zé)制訂光度及彩色標(biāo)準(zhǔn)。色度學(xué)是一門研究彩色計(jì)量的科學(xué)，其任務(wù)在于研究人眼彩色視覺(jué)的定性和定量規(guī)律及應(yīng)用。

值得注意的是，雖然不同波長(zhǎng)的色光會(huì)引起不同的彩色感覺(jué)，但相同的彩色感覺(jué)卻可來(lái)自不同的光譜成分。例如，適當(dāng)比例的紅光和綠光混合后，可產(chǎn)生與單色黃光相同的彩色視覺(jué)效果。事實(shí)上，自然界中所有彩色都可以由三種基本彩色(紅、綠、藍(lán)三色)混合而成，這就是三基色原理。

利用色度計(jì)可以測(cè)量投影設(shè)備輸出影像色彩的色坐標(biāo)(chromaticity coordinate)值(u ,v)和照度，因此檢測(cè)彩色投影設(shè)備所使用的三原色光，就可以測(cè)量出投影影像各點(diǎn)上色彩的色坐標(biāo)值，了解該投影設(shè)備的色彩與NTSC規(guī)格的差別，并將其成色能力予以量化。對(duì)投影影像二維平面的掃描測(cè)量，則可進(jìn)一步地得到投影影像色彩偏離的情形，以對(duì)該投影設(shè)備的色彩特性作整體的評(píng)估。

4、背光模塊零件

背光模塊是一個(gè)光學(xué)微機(jī)電組件，其關(guān)鍵光學(xué)零件包括：燈箱結(jié)構(gòu)(Light Box)；擴(kuò)散板、擴(kuò)散片(Diffusing)；增光片(Collecting)。

(1)燈箱結(jié)構(gòu)

一般情況下，直下式背光模塊的燈箱為一平滑的表面，而在燈箱內(nèi)壁上貼一層（或是噴上一層）反射式的擴(kuò)散膜，使得光線入射至燈箱內(nèi)表面時(shí)可以產(chǎn)生不規(guī)則之散射或漫射，以便達(dá)到初步擴(kuò)散的效果，該方法對(duì)直下式背光模塊的擴(kuò)散效果是極其有限的。因此，業(yè)界開(kāi)始利用微結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，將微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在原本平滑的燈箱內(nèi)壁中，藉此加強(qiáng)燈箱內(nèi)壁之?dāng)U散效果，減少上面擴(kuò)散板以及擴(kuò)散膜的負(fù)擔(dān)，達(dá)到更均勻的效果，也可以利用一些突起物放在燈管與燈管之間，這樣一來(lái)不僅達(dá)到了擴(kuò)散效果，也實(shí)現(xiàn)了加強(qiáng)集中的效果。

(2)擴(kuò)散板、擴(kuò)散片

如果對(duì)市面上的20吋LCD-TV內(nèi)的擴(kuò)散板進(jìn)行測(cè)量，就可以發(fā)現(xiàn)其擴(kuò)散板（厚度為2mm）的光通過(guò)效率僅為35%左右！通常，擴(kuò)散板的光通過(guò)效率30-70%都有，但是擴(kuò)散率跟光通過(guò)效率是成反比的，擴(kuò)散率和光通過(guò)效率無(wú)法同時(shí)兼顧。因此，設(shè)法改善傳統(tǒng)擴(kuò)散板成本偏高與光利用效率過(guò)低的缺點(diǎn)便成了一個(gè)刻不容緩的問(wèn)題。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以利用透明的塑膠光學(xué)材料（例如PC、PMMA等）來(lái)制作LCD-TV用擴(kuò)散板，利用光學(xué)塑膠材料大大提高光通過(guò)效率，而且在材料的上下表面刻上所設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)，利用微結(jié)構(gòu)的幾何形狀，使的光線通過(guò)時(shí)產(chǎn)生所需要的折射、反射、全反射等效應(yīng)，從而使光線可以有效擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。這樣一來(lái)，就可以兼顧光通過(guò)效率與擴(kuò)散率，改善傳統(tǒng)擴(kuò)散板效率不高的缺點(diǎn)，而且，因?yàn)闆](méi)有添加其他的化學(xué)擴(kuò)散顆粒，就成本來(lái)說(shuō)也會(huì)大幅度的減少，降低量產(chǎn)成本。

(3)增光片

目前增光片絕大部分由3M壟斷，3M公司的BEF系列與DBEF系列，皆能達(dá)到增光的效果，上下兩片BEF片以垂直交錯(cuò)方式壓合于兩片擴(kuò)散膜中間，可讓原已擴(kuò)散開(kāi)來(lái)的光線再度集中，減少光耗損率，因此可增加亮度。雖然不同板面間距設(shè)計(jì)的棱鏡片會(huì)有不同的亮度增強(qiáng)效果，但估計(jì)至少可增加亮度超過(guò)60%（甚至1倍）。由于多數(shù)關(guān)鍵專利為3M所掌握，全球超過(guò)半數(shù)以上的棱鏡片都是由3M供應(yīng)，進(jìn)入障礙很高，專利突破不易，目前也有許多公司生產(chǎn)類似的產(chǎn)品，有些效果并不如3M的產(chǎn)品好，有些雖然有不錯(cuò)的效果，但是礙于3M主宰了大半市場(chǎng)，一般的LCD面板廠或是背光模塊廠并不敢輕易使用。

資料來(lái)源：
1、鮑友南、潘奕凱、姚柏宏等，TV用液晶顯示器之背光模組技術(shù)，機(jī)械工業(yè)雜志245期158
2、LCD TV背光板發(fā)展趨勢(shì)，王英夫博士，瑞儀光電(股)公司