臺灣博碩士論文加值系統

摘 要
設計液晶顯示器LED背光模組時，由於LED所放射的光有一定的擴散角度，使得背光模組容易出現出光不均勻的現象。本論文首先提出區塊細劃法改善傳統矩陣式設計的方式，依LED光能量的分佈特性來分成數個區塊，視區塊光強度的強弱佈上合適的網點，以此調整靠近光源處的光亮度及補償邊緣區亮度不足的現象。論文中以2.2吋及3吋導光板為例，設計出光均勻度極佳的導光板。
接著我們提出點光源轉成線光源的設計方式，藉由LED背光模組的導光板前端向外延伸5mm，利用該區鑿兩排平凸結構的孔作為擴光區，論文中分別以3、6、12吋導光板為例，利用其擴光作用成功地將LED的點光源轉成極近似冷陰極管(CCFL)的線光源效果，再以傳統矩陣式網點設計的方式設計出光均勻度極佳的導光板。模擬結果證明本文的設計方法不但簡潔且易於製造，導光板亦有極佳的線性出光特性。如此不僅降低LED點光源設計的困難度，且直接以導光板前端作為擴光區可省去外加光學組件的組裝困難度及降低生產成本。

Abstract

While designing the LED backlight module of liquid crystal displays, as the LED has certain diffusion angles for the light radiated from it, thus making the emission of light from the backlight module uneven. The thesis first puts forward the method of block division dots in order to improve the traditional matrix-type design. The method divides the light guide plate into several blocks in accordance with the distribution characteristics of the light energy of the LED and in terms of the intensity of luminance, so as to adjust the luminance close to the light source and to complement insufficient luminance in the marginal areas. The thesis expounds the design of light guide plates with the best evenness of luminance, using 2.2-inch and 3-inch ones as examples.
Then, the study suggests a method of design that transfers point light sources into linear light sources. With an outward extension of 5 mm of the backlight module at the front of the light guide plate, the design engraves two rows of flat-convex structures in the 5-mm protrusion of the light guide plate as a light expansion area. Using light guide plates of 3, 6, and 12 inches as examples, the study successfully achieves the effect of transferring the point light sources of the LED into what comes closest to the effect of the cold cathode fluorescent tube. Next, the design comes out with a light guide plate that has the best evenness of light emission by means of the conventional matrix of diffuser dots. The results of the simulation prove that this method of design is not only direct and simple but easy in manufacturing, and that the light guide plate has also the best characteristics of linear radiance. The method not only reduces the difficulties in the design of the point light sources of the LED, but eliminates the difficulties in the installation of extensional optic parts by using the protruded area of the front of the light guide plate as a place of light expansion, thus reducing manufacturing costs.

目錄
中文摘要………………………………………………………………………………… i
英文摘要………………………………………………………………………………… ii
誌謝……………………………………………………………………………………… iii
目錄……………………………………………………………………………………… iv
表目錄…………………………………………………………………………………… vii
圖目錄…………………………………………………………………………………… viii
符號說明………………………………………………………………………………… xii
第一章 緒論 …………………………………………………………………………… 1
1.1 前言………………………………………………………………………… 1
1.2液晶顯示器背光模組介紹………………………………………………… 2
1.2.1以CCFL為光源之背光模組………………………………………… 3
1.2.2以 LED為光源之背光模組………………………………………… 4
1.2.3背光模組光學組件介紹……………………………………………… 5
1.3 微結構介紹………………………………………………………………… 7
1.4 文獻回顧…………………………………………………………………… 9
1.4.1 論文期刊文獻分析 ………………………………………………… 10
1.4.2 專利文獻分析 ……………………………………………………… 12
1.5 研究目的與方法…………………………………………………………… 16
1.6 論文架構…………………………………………………………………… 17
第二章 區塊細劃法則設計2.2吋LED背光模組導光板……………………………… 19
2.1 前言………………………………………………………………………… 19
2.2 傳統矩陣式網點設計……………………………………………………… 21
2.3 區塊細劃法網點設計……………………………………………………… 24
2.3.1設計理論……………………………………………………………… 25
2.3.2導光板區塊細劃原則………………………………………………… 26
2.4 模擬結果…………………………………………………………………… 27
2.4.1 RGB三種波長的模擬結果 ………………………………………… 27
2.4.2均勻度分析…………………………………………………………… 29
2.5 第二章結論………………………………………………………………… 31
第三章 區塊細劃法則設計3吋四頂角LED光源導光板…………………………… 32
3.1 前言………………………………………………………………………… 32
3.2 設計理論…………………………………………………………………… 33
3.3 LED擺放角度設計 ……………………………………………………… 34
3.4 區塊細劃網點設計………………………………………………………… 37
3.5 模擬結果…………………………………………………………………… 39
3.5.1 RGB三種波長的模擬結果………………………………………… 39
3.5.2 均勻度分析………………………………………………………… 41
3.6第三章結論………………………………………………………………… 42
第四章 3吋LCD背光模組之LED光源轉成線光源設計…………………………… 43
4.1 前言………………………………………………………………………… 43
4.2 結構設計…………………………………………………………………… 44
4.3 理論推導…………………………………………………………………… 46
4.4 LED間距設計 …………………………………………………………… 49
4.5 模擬分析…………………………………………………………………… 53
4.5.1均勻網點之導光板出光特性比較…………………………………… 53
4.5.2 LED線光源之導光板最佳網點設計………………………………… 54
4.5.3均勻度分析…………………………………………………………… 57
4.6第四章結論………………………………………………………………… 58

第五章 點光源轉線光源的設計應用於中尺寸液晶顯示器LED背光模組導光板設計研究………………………………………………………………………59
5.1前言………………………………………………………………………… 59
5.2結構設計…………………………………………………………………… 59
5.3導光板擴光區的模擬結果………………………………………………… 60
5.3.1 6吋雙邊光式導光板前端擴光區的模擬結果……………………… 60
5.3.2 12吋雙邊光式導光板前端擴光區的模擬結果 …………………… 62
5.4均勻網點之導光板出光特性比較………………………………………… 64
5.4.1 均勻網點之6吋雙邊光式導光板出光特性比較…………………… 64
5.4.2 均勻網點之12吋雙邊光式導光板出光特性比較………………… 66
5.5 導光板RGB三種波長的模擬結果 ……………………………………… 68
5.5.1 6吋雙邊光式導光板RGB三種波長的模擬結果………………… 68
5.5.2 12吋雙邊光式導光板RGB三種波長的模擬結果 ……………… 71
5.6均勻度分析………………………………………………………………… 74
5.6.1 6吋雙邊光式導光板均勻度分析 ………………………………… 74
5.6.2 12吋雙邊光式導光板均勻度分析………………………………… 76
5.7第五章結論………………………………………………………………… 77
第六章 結論 …………………………………………………………………………… 78
參考文獻………………………………………………………………………………… 79
附錄……………………………………………………………………………………… 83
簡歷……………………………………………………………………………………… 90

參考文獻

1.井手剛，水田秀行，平洋一，西海聰子，「離散圖形產生系統」，中華民國專利局，公告號：I224698，民國九十一年四月十六日。
2.方育斌，「LCD背光模組之光學最佳化設計」，國立成功大學工程科學系，碩士論文，民國九十三年。
3.王信陽，台灣TFT-LCD關鍵零組件發展與競爭力分析，光連第44期，
2003/03。
4.王偉昌，「LCD顯示器背光模組之設計與模擬」，大葉大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
5.吳孟諭，「以微圓錐狀結構提高導光板亮度製程研究」，國立中興大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
6.杜業炫，「背光模組用非印刷式導光板結構參數之研究」，元智大學電機工程系，碩士論文，民國九十三年。
7.何慶鍾，「LCD背光模組之V-CUT導光板模擬設計」，南台科技大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
8.易威廷，「新型微結構於導光板設計分析」，國立中興大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
9.姚柏宏，「高亮度背光模組技術趨勢」，工業材料雜誌，光電特刊，210期，pp.156-164，民國九十三年六月。
10.紀國鍾，鄭晃忠，液晶顯示器技術手冊，初板，新竹，台灣電子材料與元件協會，民國九十一年。
11.許一如，「17吋液晶顯示器側照式背光模組之光學設計」，國立清華大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
12.陳元杰，陳春夏，廖秋峰，「導光板結構」，中華民國專利局，公告號：594074，民國九十二年三月二十一日。
13.張政德，「背光模組導光板微結構設計對光學輝度分佈影響之研究」，崑山科技大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
14.張耀祖，「使用發光二極體為光源的背光板設計」，中華大學電機工程系，碩士論文，民國九十三年。
15.曾文保，「導光板之結構改良」，中華民國專利局，公告號：M272112，民國九十四年一月二十五日。
16.彭致華，「背光模組照度均勻化結構的設計」，國立交通大學電機工程系，碩士論文，民國九十三年。
17.楊邦倫，「發光二極體背光模組」，中華民國專利局，公告號：556028，民國九十二年一月三十日。
18.楊宗長，「液晶顯示器背光系統光學設計研究」，清雲科技大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
19.鄭翔遠，「背光模組及背光源之設計與模擬」，大葉大學電機工程系，碩士論文，民國九十三年。
20.蔡耀葳，「LCD背光模組中稜鏡片之結構設計」，國立中山大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
21.鮑友南，潘奕凱，姚柏宏，林健憲，「TV用液晶顯示器之背光模組技術」，機械工業雜誌，245 期，158〜169頁，民國九十二年八月。
22.戴銘成，「發光二極體背光模組照度與色彩均勻化結構設計」，國立交通大學電機工程系，碩士論文，民國九十四年。
23.顧振聲，「背光模組-導光板的光學設計與應用」，2005年背光板前瞻技術研討會，pp.1-43，台北，民國九十四年三月。
24.顧鴻壽，光電液晶平面顯示器技術基礎應用(第二版)，文京出版社，台北，民國九十三年。

25.Chen-Yu Tai , Han Zou , Zhan Chen ,“Backlighting assembly utilizing microprisms and especially suitable for use with a liquid crystal display”, United States Patent, PN. 5,390,276, Feb 14, 1995.
26.David. R. Selviah, Kai Wang:, "Light guide with internal mirror array for LCD backlight", Institute of Physics Optical Group & National Physical Laboratory DMAC, Micro-optics and Metrology, 26th, Nov 2003.
27.Ide T, Mizuta H, Numata H, Taira Y, Suzuki M, Noguchi M, Katsu Y, “Dot pattern generation technique using molecular dynamics” ,JOURNAL OF THE OPTICAL SOCIETY OF AMERICA A, 20 (2),pp. 248-255, 2003.
28.Jin-Seung Choi, Hwan-Young Choi, Jee-Hong Min, Su-Mi Lee, Jin-Hwan Kim, Moon-Gyu Lee, “Backlight unit,” United States Patent, PN.20040130879, Jun. 3, 2003.
29.Joanna L. Jannson, Tomasz P. Jannson, Jeremy M. Lerner, “Backlighting Assembly for A Display,” United States Patent, PN. 6130730, Oct. 10, 2000.
30.Jonglee Park, Sungkyoo Lim, “Design of a Thin Multiple-Lamp Backlight System by Optical Simulation”, Soc. Inf. Display 32, Issue 1, pp. 690-693 ,June 2001.
31.Joonsoo Choi, Kwang-Soo Hahn, Heekyung Seo, and Seong-Cheol Kim, “Design, Analysis,and Optimization of LCD Backlight Unit Using Ray Tracing Simulation”, A. Laganà et al. (Eds.): ICCSA 2004, LNCS 3045, pp. 837–846, 2004.
32.Okumura T, Tagaya A, Koike Y, Horiguchi M, Suzuki H, “Highly-efficient backlight for liquid crystal display having no optical films”, APPLIED PHYSICS LETTERS, 83 (13), pp.2515-2517, SEP 29 2003.
33.Shingo Suzuki, Toru Kunimochi, “Spread illuminating apparatus with plurality of light
conductive bars,” United States Patent, PN.20030021099, Jul. 22, 2002.
34.Tagaya A, Nagai M, Koike Y, Yokoyama K, “Thin liquid-crystal display backlight system with highly scattering optical transmission polymers”,APPLIED OPTICS,40 (34), pp. 6274-6280 ,DEC 1 2001.
35.Tagaya A, Koike Y, “Highly scattering optical transmission polymers for bright display” ,MACROMOLECULAR SYMPOSIA, 154,pp. 73-82, APR 2000.
36.Tai-Cheng Yu, Charles Leu, Ga-Lane Chen, “Light guide plate,” United States Patent,
PN.20040095743, Aug. 11, 2003.
37.Tsuyoshi Ide, Hidetoshi Numata, Yoichi Taira, Hideyuki Mizuta, “A novel dot-pattern generation to improve luminance uniformity of LCD backlight”,Soc. Inf. Display 11, Issue 4, pp. 659-665 , Dec 2003 .
38.Wen-Feng Cheng, Tu Chen, “Backlight system and liquid crystal display using the same”, United States Patent, PN. 20040252483, Jun. 14, 2004.