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研究生:周芳毅
研究生(外文):FANG YI CHOU
論文名稱:背光模組導光板入光側亮暗紋處理及研究
論文名稱(外文):The Study of Bright and Dark Fringes Near the Incidence Surface of a Light Guide Plate in a Backlight Unit
指導教授:康智傑 林正峰
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:電機工程系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:楔型板導光板背光模組亮暗紋
外文關鍵詞:wedge-type、light-guide plate、Back Light Unit、bright and dark
相關次數:
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本研究是針對楔形板縱溝型式V-CUT 導光板(Light Guide Plate ; LGP)使用於背光模組(Back Light Unit ; BLU)上,其光源使用冷陰極燈管(Cold Cathode Fluorescent Lamp; CCFL),易產生明暗條紋現象。
本文使用光學模擬軟體Advanced Systems Analysis Program(ASAP)的模擬步驟第一步將會設定數個參數分析模擬楔形板導光板造成明暗條紋現象。而設定的參數條件共有11種模擬,楔形板並分為大角度楔形板及小角度楔形板,探究主因為導光板上下面組合有間隙而造成。
第二個步驟針對明暗條紋的產生,並解決其異常現象。處理對策分為兩個方向:(1)機構上的對策,添加額外的元件,強制吸光或改變光線行徑方向,以達到所需的效果,其使用之方法為,在導光板下方或上方接近入光側之處設置吸光材質。(2)光學上的對策,在導光板入光處添加微結構為主要處理方式,目前的作法在入光側面上拋出橫紋細條,粗細及寬窄都不規則,如刀具鈍化或更換新刀具,實難以穩定的控管每一次加工的一致性。延伸出新的處理方式,就是於入光側設置橫V型及橫半圓形微結構,參數條件為不同的V型角度及半圓形橫溝進行光學影像之模擬,此方式為規則性加工,對於生產的穩定程度也會優於其他方式。
在模擬與分析下使用入光側的微結構以不連續溝槽為最佳狀況,不連續溝槽光線路徑將會分為兩種路徑,一種是微結構所折射的路徑另一種為導光板入光側為平面的路徑,不連續溝槽的入光路徑將會分散光線,使光線進入導光板折射後不會聚集在同一個位置上,得到的結果亮紋與暗紋都可以均勻化,另一種結果為導光板的反射面縱溝由淺至深,也可以達到同樣的效果,並且發現入光側微結構也可以同時影響背光模組的均一性以及出光效率,對於研發無光學膜的導光板,導光板入光側將會是不可或缺的研究。
In this work, the optical phenomenon of bright and dark fringes near the incidence surface of a wedge-type light-guide plate (LGP) in a backlight module is studied. It occurs when a cold cathode fluorescent lamp (CCFL) is used as a light source. Optical simulations using Advanced Systems Analysis Program (ASAP) are implemented to investigate and analyze the cause of bright and dark fringes. A set of solutions are proposed for fringes elimination.
In the first part of this study, a series of step-by-step optical simulations are performed to identify the causes of bright and dark fringes in backlight module by examining the influence of LGP, lamp reflector, and reflection film. As simulation results reveal that the occurrence of bright and dark fringes is due to the lamp assembly of a backlight module does not completely block out the light entering into the gap region between the up (bottom) surface and lamp reflector (reflection film).
The second portion of this study is focused on the solution of bright and dark fringes problem of a backlight module. There are two approaches for the resolution of the above mentioned problem, either by mechanism or by optics. The first approach is implemented by disposing an absorbing component on the region of the surface of the lamp reflector which is directly located beneath or above the LGP. The second approach can be realized by introducing microstructures on the incidence plane of a LGP that is the focus of this work. Both V-groove and U-groove microstructures are investigated; the effects of both degree of irregularity of groove alignment and surface roughness of are examined.
The simulation results from this study indicate that an irregular aligned U-groove or V-groove microstructure on the incidence plane of a LGP can make the bright and dark fringes indistinguishable. And a gradually deepened longitudinal V-groove on the bottom surface of a LGP can also attain fringe elimination. In addition, the work of microstructure on incidence plane of a LGP can also serve as a foundation for the development of “no optical films backlight”.
目 錄
中文摘要……………………………………………………………………………… .I
英文摘要……………………………………………………………………………….II
誌謝……………………………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………..…………….VII
表目錄………………………………………………………………………………...XII

第一章 緒論……………………………………………………………………………1
第一節 前言…………………………………………………………………..1
第二節 文獻回顧………………………………………………………..........1
第三節 研究動機及目的……………………………………………………..2
第四節 論文架構……………………………………………………………..3
第二章 背光模組介紹…………………………………………………………………6
第一節 背光模組原理………………………………………………………..6
第二節 背光模組主要部材討論…………………………………………….10
2.1 冷陰極燈管……………………………………………………............10
2.1.1冷陰極燈管模擬………………………………………………….......10

2.2 反射片………………………………………………………………....16
2.3 導光板………………………………………………………………....18
2.3.1 導光板依製程分類……………………………………………...…18
2.3.2 導光板之調光方式………………………………………………...18
2.3.3 導光板常用材質…………………………………………………...18
2.4 擴散片………………………………………………………………....22
2.5 稜鏡片………………………………………………………………....24
第三章 基礎光學理論……………………………………………………………....26
第一節 光學原理…………………………………………………………..26
3.1.1 反射…………………………………………………..…………....26
3.1.2 折射…………………………………………………………..…....28
3.1.3 全反射…………………………………………………………......29
3.1.4 吸收……………………………………………………………......31
第四章 導光板亮暗條紋分析……………………………..………………………..32
第一節 亮暗紋原因分析………………………………………………....33
4.1.1 小角度導光板亮暗紋分析…………………………...………......33
4.1.2 大角度導光板亮暗紋分析…………………………………….......42
4.1.3導光板反射面添加V-CUT縱溝亮暗紋分析……………………..52
第二節 分析結論………………………………………………………......53

第五章 V-CUT導光板明暗條紋對策處理………………………………………...56
第一節 設置吸光材質元件處理…………………………………….……..56
第二節 入光側細橫紋粗糙處理……………………………………….…..58
第三節 入光側設置橫條型微結構………………………………………...61
5.3.1 模擬對策處理前之基礎模擬………………………………….…..62
5.3.2 模擬V型微結構所產生的變化………………………………......63
5.3.3 模擬半圓形微結構所產生之變化…………………………….…..76
5.3.4 模擬縱溝由淺至深所產生之變化………………………….….….85
第六章 結論…………………………………………………………………….…...87
參考文獻…………………………………………………………………………..….91











圖 目 錄
圖 1-01 入光側亮暗條紋……………………………………………..………..4
圖1-02 端面加工機…………………………………………………...……....4
圖1-03 端面加工機刀具…………………………………...………………....5
圖1-04 導光板入光側細紋………………………………...………………....5
圖2-01 背光模組組件圖……………………………………...………………6
圖2-02 直下型背光模組…………………………………..……………….....7
圖2-03 背光模組之發光方式…………………………...…………………....8
圖2-04 側光式背光模組光線路徑……………………………...…………....9
圖2-05 直下式背光模組光線路徑……………………..………………….....9
圖2-06 冷陰極燈管構造…………………………..……………………........11
圖2-07 燈管X-Y光形分佈圖……………………………..…………….......11
圖2-08 燈管Y-Z 光形分佈圖…………………………..……………….......12
圖2-09 反射片結構圖…………………………….………………………....17
圖2-10 金屬薄膜構造示意圖……………...………..……………………....17
圖2-11 底部印刷式示意圖………………………..………...………………18
圖2-12 Pattern+ prism 導光板示意圖…………………………………........19

圖2-13 內部擴散型導光板示意圖…………………………...…………......19
圖2-14 雙V-CUT導光板示意圖…………………………………………..20
圖2-15 擴散片結構圖……………….……………………………………..23
圖2-16 擴散片放大圖……………..………………………………………..23
圖2-17 光線透過擴散片之示意圖……………………….…………….…..24
圖2-18 稜鏡片光學行徑模式…………….…………………………...……25
圖2-19 為稜鏡片放大結構圖……………….……………………………...25
圖3-01 鏡面反射(Specular reflection) ……………….…………………....26
圖3-02 擴散反射(Spread reflection) ………….…………………………...27
圖3-03 漫射反射(Diffuse reflection) ……………….……………….…….27
圖3-04 反射定律………………………………………………………..…..28
圖3-05 折射(Refraction)and Snell's low………………………..……29
圖3-06 全反射示意圖(Illumination Fundamentals) ……………………....…30
圖3-07 導光板全反射示意圖……………………………………………...31
圖3-08 Lambert's law of absorption……………………….....………….……32
圖4-01 一般小角度結構示意圖…………………….……………..……….33
圖4-02 小角度模擬結果…………………………...……………………….34
圖4-03 底部有空隙之結構圖…………………………….……...…………35
圖4-04 底部有空隙光學模擬分佈圖………………………………....……35

圖4-05 入光側設為吸收結構圖…………………………..……………….36
圖4-06 入光側設為吸收光學模擬分佈圖…………………….……..……36
圖4-07 底部空隙設為吸收面…………………..………………………….37
圖4-08 底部空隙設為吸收面光學模擬分佈圖……………...……………37
圖4-09 入光處上下面皆有空隙結構圖……………………….………..…38
圖4-10 入光處上下面皆有空隙光學模擬分佈圖………………..….……38
圖4-11 入光側設為吸收面之示意圖…………………….………….….…39
圖4-12 入光側設為吸收面…………………………………….……..……39
圖4-13 導光板上下空隙設為吸收面結構圖 ……………….……………40
圖4-14 導光板上下面空隙設為吸收光學模擬分佈圖…………...………40
圖4-15 入光側及導光板下面空隙設為吸收面……………...……………41
圖4-16 入光側及導光板下面空隙設為吸收面光學模擬分佈圖……...…41
圖4-17 入光側及導光板上面空隙設為吸收面之結構圖……...………….42
圖4-18 入光側及導光板上面空隙設為吸收面光學模擬分佈圖…..…….42
圖4-19 大角度楔形板結構圖………………………………….…..………43
圖4-20 大角度楔形導光板光學模擬分佈圖……………………….……..43
圖4-21 大角度導光板底部空隙結構圖……….………………….……….44
圖4-22 大角度導光板底部空隙光學模擬分佈圖……………...…...…….44
圖4-23 大角度入光側設為吸收底部有空隙.…………….……………….45

圖4-24 大角度導光板入光側設吸收底部空隙光學分佈圖…….……..…45
圖4-25 大角度導光板,下面空隙設為吸收……………….……..……….46
圖4-26 大角度導光板底部空隙設為吸收光學分佈圖.…………..………46
圖4-27 大角度導光板入光處上下面皆有空隙之結構………………...…47
圖4-28 大角度導光板入光處上下面皆有空隙光學模擬分佈圖…...……47
圖4-29 大角度導光板,入光側設吸收,上下面皆有空隙…………..….48
圖4-30 大角度導光板,入光側設吸收,上下面皆有空隙模擬圖……….48
圖4-31 大角度導光板, 上下面皆設為吸收…………….............……….49
圖4-32 大角度導光板,上下面皆設為吸收光學模擬分佈圖...........……..49
圖4-33 大角度導光板入光側與下面空隙設為吸收…………….……….50
圖4-34 大角度導光板入光側與下面空隙設為吸收光學模擬分佈圖…...50
圖4-35 大角度導光板入光側與上面空隙設為吸收……………….…….51
圖4-36 大角度導光板入光側與上面空隙設為吸收光學模擬分佈圖…..51
圖4-37 未添加V-CUT導光板模擬.………………………………………52
圖4-38 加入V-CUT導光板模擬………………………………………….53
圖4-39 導光板上下有空隙光線路徑圖……….…...…..…………………54
圖4-40 亮暗條纹光線分析示意圖….…………………….………………55
圖5-01 吸光材質的設置示意圖……………….…………….…………….56
圖5-02 反射片印刷………… ………………………….………………….57

圖5-03 入光側造成暗線…………………………..……………………….57
圖5-04 印刷油墨剝離現象…………….…………….…………………….58
圖5-05 拋光刀具未鈍化時的粗糙度…………………..………………….59
圖5-06 拋光刀具已鈍化時的粗糙度………………..……………...……..59
圖5-07 拋光刀具未鈍化時的背光模組……………………….……..……60
圖5-08 拋光刀具鈍化時的背光模組…………..…………….……………60
圖5-09 縱溝式V-CUT導光板結構示意圖…………….………………….61
圖5-10 導光板入光側為光滑面示意圖……………..……………………..63
圖5-11 導光板入光側為粗糙面示意圖……………………….…………..63
圖5-12 導光板入光側V型微結構示意圖……...............………………….64
圖5-13 V溝10°連續溝光滑面模擬結果…………………………………..65
圖5-14 V溝60°連續光滑面模擬結果………….……………….…………66
圖5-15 V溝120°連續溝光滑面模擬結果……...........................................67
圖5-16 V溝10°連續溝粗糙面模擬結果.....................................................68
圖5-17 V溝60°連續溝粗糙面模擬結果......................................................69
圖5-18 V溝120°連續溝粗糙面模擬結果………........................................70
圖5-19 V溝10°不連續光滑面模擬結果......................................................71
圖5-20 V溝60°不連續光滑面模擬結果......................................................72


圖5-21 V溝120°不連續光滑面模擬結果....................................................73
圖5-22 V溝10°不連續粗糙面模擬結果......................................................74
圖5-23 V溝60°不連續粗糙面模擬結果......................................................75
圖5-24 V溝120°不連續粗糙面模擬結果....................................................76
圖5-25 導光板入光側半圓形微結構示意圖...............................................77
圖5-26 半圓形外凸光滑面連續溝槽模擬結果...........................................78
圖5-27 半圓形內凹光滑面連續溝槽模擬結果...........................................79
圖5-28 半圓形外凸粗糙面連續溝槽模擬結果...........................................80
圖5-29 半圓形內凹粗糙面連續溝槽模擬結果...........................................81
圖5-30 半圓形外凸光滑面不連續溝模擬結果...........................................82
圖5-31 半圓形內凹光滑面不連續溝模擬結果...........................................83
圖5-32 半圓形外凸粗糙面不連續溝模擬結果...........................................84
圖5-33 半圓形內凹粗糙面不連續溝模擬結果...........................................85
圖5-34 底部溝槽由淺至深模擬結果...........................................................86
圖6-01 V型微結構光線路徑示意圖............................................................88
圖6-02 半圓形微結構光線路徑示意圖.......................................................89



表 目 錄
表2-01 點燈時間與相對輝度表……………………………...……………12
表2-02 環境溫度與相對輝度關係表………………..………………….…13
表2-03 管電流與相對輝度關係表…………………...……………………13
表2-04 燈管壽命表(一) ………………………………...………………….14
表2-05 燈管壽命圖(二) ……………………………...…………………….14
表2-06 燈管長度與點燈起始電壓關係表…………..……………………15
表2-07 環境溫度與起始電壓關係表…………………………………...…15
表2-08 管電流與管電壓之關係表…………………………………...……16
表2-09 導光板調光方式…………………………………….…..…………21
表2-10 導光板材質物性表…………………………..…………………….22
表5-01 輝度比較表……………………………………………...…………61
表5-02 入光側添加微結構模擬流程圖………………...………………...62
表6-01 入光側微結構模擬後比較表…………………..…………………90
參考文獻
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