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研究生:陳美佳
研究生(外文):Mei-Chia Chen
論文名稱:LCD背光模組之光學性質研究
論文名稱(外文):The Optical Properties of LCD Backlight Module
指導教授:楊文都
指導教授(外文):Wein-Duo Yang
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:化學工程與材料工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:113
中文關鍵詞:背光模組光學膜片反射膜二氧化鈦
外文關鍵詞:Backlight moduleoptical filmsreflective filmtitanium dioxide
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近年來液晶顯示器的蓬勃發展且製作技術也漸趨純熟,已廣泛應
用在各種電器上,而其相關的零組件又以背光模組所佔的成本比例最
高且技術門檻低,因此吸引眾多廠商投入製造及研發行列。背光模組
中依各種不同的用途,及組裝的方式和尺寸大小不同,所需的光學膜
厚度及功能也有所不同,光學膜片中反射膜的選擇也是如此。它與其
他光學膜片的不同最重要的一點,是它的放置位置位於燈管的正下
方,直接受到燈源的照射,其溫度與紫外光會影響反射膜的光學性質。
本研究選擇添加二氧化鈦為提升膠液之抗紫外線能力。以日本杜
邦帝人公司所生產的反射膜為基材製作樣品,以不同厚度的樣品在不
同溫度變化上熱處理500 小時,在耐候性試驗中、及在紫外光照射的
XRD 分析試驗中,討論其材料結晶性,並在紫外光照射試驗中的AFM
分析中,討論其材料表面粗糙度與化學組成之間的變化。
In recent years, the rapid development of LCD technology and production become
increasingly skillful, has been widely used in various electrical appliances on, and its
related components back light module and the highest percentage share of the cost of
technology low, has attracted numerous manufacturers manufacturing and R & D into
the ranks. Backlight module according to a variety of uses, and the assembly ways and
with different size, the required optical thickness and function of different optical film
in the reflective film of choice as well. It is different with other optical films the most
important point is its location in the lamp is placed below the light source directly
affected by irradiation, its temperature and UV light will affect the optical properties of
reflective film.
III
Purpose of this study add titanium dioxide to enhance the viscosity and ultraviolet
light capability. DuPont Teijin of Japan's reflective film production company for the
substrate, producing samples, samples of different thickness on the heat treatment at
different temperature for 500 hours, the weather resistance test, and XRD analysis of
the UV exposure test, discussed crystalline material, and ultraviolet light tests in the
AFM analysis, the discussion of the material between the surface roughness and
chemical composition changes.
目錄
摘 要.......................................... I
ABSTRACT ......................................... II
致謝............................................. IV
目錄.............................................. V
表目錄......................................... VIII
圖目錄........................................... IX
第一章 緒論....................................... 1
1.1 前言............................................................................................................1
1.2 背光模組織結構介紹...............................................................................2
1.3 研究動機與目的.....................................................................................15
第二章 基礎理論................................. 19
2.1 基礎光學原理.........................................................................................19
2.1.1 反射與漫反射現象..............................................................................20
2.1.2 折射現象..............................................................................................24
2.1.3 透射現象..............................................................................................25
2.2 常用照明單位.........................................................................................26
2.2.1 光通量(Lumious Flux).........................................................................27
2.2.2 發光強度(Luminous Intensity) ............................................................28
2.2.3 照度(Illuminance) ................................................................................30
2.2.4 輝度(Luminance,L) ..............................................................................31
2.2.5 色度(Chromaticity) ..............................................................................32
2.2.6 色差......................................................................................................36
VI
2.3 二氧化鈦的特性.....................................................................................37
2.3.1 二氧化鈦之物理、化學性質..............................................................38
2.3.2 二氧化鈦之光學性質..........................................................................40
2.3.3 二氧化鈦顏料的特性..........................................................................43
2.3.3.1 粒子徑、粒度分佈...................................................................43
2.3.3.2 表面處理...................................................................................43
2.3.4 光澤......................................................................................................45
2.3.5 遮蔽力與著色力..................................................................................45
2.3.6 色相與著色色調..................................................................................49
2.3.7 耐久性..................................................................................................49
2.3.7.1 光催化劑活性............................................................................49
2.3.7.2 耐候性的賦予............................................................................51
2.3.7.3 耐變色性...................................................................................52
第三章 實驗方法與步驟............................ 54
3.1 實驗設備介紹.........................................................................................54
3-2 實驗步驟.................................................................................................56
3.2.1 樣品製作..............................................................................................56
3.3 光學量測與性質分析.............................................................................59
第四章 結果與討論................................ 62
4.1 溫度變化與樣品厚度相關性之分析.....................................................62
4.1.1 溫度對反射率之影響..........................................................................62
4.2.2 溫度對與光澤度之影響......................................................................65
4.1.3 溫度對與黃化指數(YIE 313)之影響...................................................67
4.2 耐候性試驗與樣品厚度的關係.............................................................69
4.2.1 耐候性試驗與反射率之分析..............................................................69
4.2.2 耐候性試驗與光澤度的分析..............................................................71
4.2.3 耐候性試驗與黃化指數的分析..........................................................73
4.2.4 耐候性試驗與L 值的分析..................................................................76
4.2.5 耐候性與a*值的分析..........................................................................79
4.2.6 耐候性試驗與b*值的分析...................................................................81
VII
4.4 UV 照射後之AFM 分析.........................................................................85
第五章 結論...................................... 92
參考文獻......................................... 95
VIII
表目錄
表1-1 邊光式與直下式背光模組之優缺點.................................................. 4
表1.2 LED 與CCFL 之比較...................................................................... 7
表1-3 印刷式與非印刷式導光板製程方式比較........................................... 9
表3-1 二氧化鈦之物理化學特性................................................................ 39
IX
圖目錄
圖1-1 LCD 裝置結構圖........................................ 3
圖1-2 直下式背光模組示意圖.................................. 5
圖1-3 邊光式背光模組示意圖.................................. 5
圖1-4 複合式光學膜片....................................... 12
圖 1-5 增亮膜增亮方式..................................... 14
圖1-6 具 X、Y 方向集光效果的增亮膜......................... 14
圖1-7 背光模組主要零件之成本比重........................... 16
圖1-8 反射膜材質結構圖..................................... 17
圖1-9 抗UV 反射膜材質結構圖............................... 17
圖2-1 光線反射折射定律示意圖............................... 21
圖2-2 鏡面反射示意圖....................................... 23
圖2-3 漫反射示意圖......................................... 23
圖2-4 光線全反射定律示意圖................................. 25
圖2-5 光通量示意圖......................................... 27
圖2-6 立體角的定義......................................... 29
圖2-7 光強度示意圖......................................... 29
圖2-8 照度的定義........................................... 30
圖2-9 輝度的定義........................................... 31
圖2-10 CIE 1931 Color Matching Function .................... 33
圖2-11 CIE 1931 色度座標值................................. 34
圖2-12 CIE 1976 色度座標圖................................. 35
圖2-13 Hunter Lab .......................................... 37
圖2-14 光散亂能和媒體的折射率,光的波長及顏料粒子徑的關係.. 42
圖2-15 塗膜中之二氧化鈦(金紅石型)的光散亂能、光吸收能與反射率
及光波長之關係......................................... 42
圖2-16 分散狀態與光澤的關係................................ 45
圖2-17 顔料濃度與粒子徑之關係(密集效果) .................... 49
圖3-1 樣品製作流程圖....................................... 56
圖3-2 光學量測與性質分析測試流程圖......................... 58
圖4-1 不同基材厚度UX-225,UX-188,UX-150 經塗佈二氧化鈦樹脂後分
X
別在35℃、45℃、55℃和70℃下熱處理500 小時後反射率的分析。
....................................................... 64
圖4-2 不同基材厚度UX-225,UX-188,UX-150 經塗佈二氧化鈦樹脂後分別
在35℃、45℃、55℃和70℃下熱處理500 小時後光澤度的分析。66
圖4-3 不同基材厚度UX-225,UX-188,UX-150 經塗佈二氧化鈦樹脂後分別
在35℃、45℃、55℃和70℃下熱處理500 小時後黃化指數的分析。
....................................................... 68
圖4-4 不同厚度的樣品160 μm、200 μm、240 μm 在不同處理條件下,
處理後之反射率分析,(a)高溫高濕高溫高濕(95% RH,溫度70℃處
理500hr)、(b)冷熱衝擊(溫度-35℃-80℃進行100 cycle)、(c) UV
光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)以及(d)標準片。70
圖4-5 不同厚度的樣品160 μm、200 μm、240 μm 在不同處理條件下,
處理後之光澤度分析,(a)高溫高濕高溫高濕(95% RH,溫度70℃處
理500 hr)、(b)冷熱衝擊(溫度-35℃-80℃進行100 cycle)、(c) UV
光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)以及(d)標準片。72
圖4-6 不同厚度的樣品160 μm、200 μm、240 μm 在不同處理條件下,
處理後之黃化指數分析,(a)高溫高濕高溫高濕(95% RH,溫度70℃
處理500 hr)、(b)冷熱衝擊(溫度-35℃-80℃進行100 cycle)、(c)
UV 光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)以及(d)標準片。
....................................................... 75
圖4-7 不同厚度的樣品160 μm、200 μm、240 μm 在不同處理條件下,
處理後之L 值分析,(a)高溫高濕高溫高濕(95% RH,溫度70℃處理
500 hr)、(b)冷熱衝擊(溫度-35℃-80℃進行100 cycle)、(c) UV
光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)以及(d)標準片。78
圖4-8 不同厚度的樣品160 μm、200 μm、240 μm 在不同處理條件下,
處理後之a*值分析,(a)高溫高濕高溫高濕(95% RH,溫度70℃處理
500 hr)、(b)冷熱衝擊(溫度-35℃-80℃進行100 cycle)、(c) UV
光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)以及(d)標準片。80
圖4-9 不同厚度的樣品160 μm、200 μm、240 μm 在不同處理條件下,
處理後之b*值分析,(a)高溫高濕高溫高濕(95% RH,溫度70℃處理
500 hr)、(b)冷熱衝擊(溫度-35℃-80℃進行100 cycle)、(c) UV
光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)以及(d)標準片。82
XI
圖4-10 UV 光照射(溫度70℃,0.8 w/m2,313 nm,500 hr)處理後,樣品
160 μm、200 μm、240 μm XRD 分析圖.................... 84
圖4-11 樣品160 μm AFM 影像圖.............................. 86
圖4-12 樣品160 μm AFM 3D 影像............................. 86
圖4-13 樣品160 μm AFM 層次分析圖.......................... 87
圖4-15 樣品200 μm AFM 影像圖.............................. 88
圖4-16 樣品200 μm AFM 3D 影像圖........................... 88
圖4-17 樣品200 μm AFM 層次分析圖.......................... 89
圖4-18 樣品200 μm AFM 高度分析圖.......................... 89
圖4-19 樣品240 μm AFM 影像圖.............................. 90
圖4-20 樣品240 μm AFM 3D 影像圖........................... 90
圖4-21 樣品240 μm 層次分析圖.............................. 91
圖4-22 樣品240 μm 高度分析圖.............................. 91
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