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研究生:廖宜德
研究生(外文):Yi-TeLiao
論文名稱:探討LED背光模組增益性之最佳化設計
論文名稱(外文):The Optimization Design of Light Emitting Diode (LED) Backlight Module Enhancement
指導教授:蕭飛賓
指導教授(外文):Fei-Bin Hsiao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工學院工程管理碩士在職專班
學門:工程學門
學類:其他工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:發光二極體背光模組導光板
外文關鍵詞:Light-Emitting-Diode (LED)Backlight moduleLight Guide Plate (LGP)
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由於背光模組產業結構性的改變,背光模組開始使用發光二極體(Light Emitting Diode, LED)做為背光源,模組光學材料的應用上以平板型式的導光板(Light Guide Plate, LGP)為主,在白光LED發光效率提升的趨勢下,為了提升背光模組的高亮度、低成本、低耗電與輕薄化等,需將背光源的發光效能發揮至最佳化;因LED每瓦流明大幅提升,可減少LED的顆數進而降低背光模組的成本;但是,背光模組光學效益的提升不能只靠LED光源,需搭配新式光學材料與其他技術輔助。
有鑑於此,本文提出高亮度白光LED搭配新式微結構導光板應用於單短邊入光的背光模組,其LED使用顆數比傳統長邊入光模組減少62.5%,省電效率提升30%,均勻度增加3%。採用新型微結構導光板材料並搭配改善色偏問題的油墨及網點設計,利用該材料耐刮特性,藉以增加製程穩定性,達到畫面均勻性背光源目標,比傳統LED長邊入光模組設計具有更優異的光學表現與品味。另外,在模組散熱管理上,考量成本與效能,有效減少熱源集中並同時提升產品的可靠度,進而達成增益研究的開發目的。
Light-Emitting-Diode (LED) has gradually been applied to the backlight module as the main light source owning to LED’s power efficiency and the structural change of the backlight module, in which the main optical material of the backlight module is the Light Guide Plate (LGP). Based on the tendency towards the LED emitted efficiency improvement, the emitted efficiency of the backlight lighting source should be optimized for achieving the higher brightness, lower cost, lower power consumption and thinner backlight module. Due to the great improvement of LED brightness, it will economically decrease the number of LED quantity used for the backlight module to save the cost. However, to enhance the backlight module’s optical efficiency can not only rely on LED lighting source but also depends on some new better optical materials and techniques in design as well.
Hence, in comparison with the traditional “long-side” lighting of the backlight module, this thesis has proposed a new optimized design to include the “short-side” lighting scheme and the micro-structure light guide plate with the ink and pattern design for the backlight module. Results have verified that the new design with the high brightness of LED and the new micro-structure LGP will decrease the usage of LED by around 62.5% in quantity with the increase of the power saving efficiency of 30% and the uniformity of 3% accordingly. After adopting the new micro-structure LGP with the ink and pattern design for improving the color shift, it has increased the process stability successfully and achieved the target of the backlight uniformity. Furthermore, in terms of the thermal module management to reduce the heat and improve the reliability simultaneously, the result also shows to have achieved this target goal in this research development of the LED backlight module enhancement.
摘要 I
ABSTRACT II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VIII
圖目錄 X
第一章緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究範圍與限制 3
1.4 研究流程 4
1.5 論文架構 5
第二章文獻回顧與探討 6
2.1 文獻回顧 6
2.2 背光模組的發展 7
2.3 背光模組的架構 9
2.4 發光二極體 12
2.4.1 LED的概述 13
2.4.2 LED的發光原理 14
2.4.3 LED的亮度 16
2.4.4 LED的壽命 16
2.5 LED背光模組 17
2.6 能源之星(Energy Star) 21
2.6.1 能源之星計畫 21
2.6.2 能源之星認證標準 22
第三章LED背光模組之增益探討 25
3.1 導光板材料應用 25
3.1.1 PMMA 27
3.1.2 PC 27
3.1.3 MS 28
3.1.4 COP 28
3.1.5 導光板成形製作方式 29
3.2 油墨應用 30
3.2.1 印刷式導光板 31
3.2.2 油墨光學比較 32
3.3 入光形式與網點設計 36
3.3.1 入光形式 36
3.3.2 網點設計 38
3.4 新式導光板材料驗證 41
3.4.1 微結構導光板光學比較 43
3.5 背光模組散熱實驗 46
3.5.1 Heat Sink散熱驗證 47
3.5.2 Back Cover散熱驗證 51
3.5.3 Light Bar固定方式散熱驗證 52
3.6 最佳化設計之增益探討 54
第四章增益型LED背光模組開發與討論 55
4.1 背光模組模型建立 55
4.2 最佳化設計應用 56
4.3 單短邊入光方式 58
4.4 背光模組光學驗證 60
4.4.1色偏問題 64
4.4.2 色偏問題改善 65
4.5 背光模組溫度量測 68
第五章結論與未來展望 72
參考文獻 74
[1] 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93年。
[2] 吳昆展,「背光模組參數分析與光學模擬」,國立台灣科技大學機械工程系碩士論文,民國96年。
[3] 黃信誠,「側照式LED 背光模組之研究」,國立清華大學光電所碩士論文,民國98年。
[4] Mizuta, H., Ide, T., Numata, H., Taira, Y., Suzuki, M., Noguchi, M. and Katsu, Y., “Dot pattern generation technique using molecular dynamics, Journal of the Optical Society of America A, Vol. 20, Issue 2, pp. 248-255 (2003).
[5] 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,民國92年。
[6] 韓斌,「液晶顯示器中的發光二極體」,科學發展月刊,民國98年。
[7] http://www.electronictechnology.com/new/index.php, 無線電技術
[8] http://www.nichia.co.jp/specification/en/product/led/Application Note_thermal.pdf, (“Thermal design of the LEDs), Nichia Co., 2011
[9] http://solutions.3m.com.tw, 3M Co.
[10] http://www.epa.gov.tw/ch/aioshow.aspx, 行政院環保署
[11] http://www.energystar.gov/index.cfm?c=tv_vcr.pr_crit_tv_vcr (“TVs key energy star product criteria), 美國能源之星網站
[12] http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/index.html (“LED specifications for nichia chip type white LED model:NSSW123BT), Nichia Co., 2007
[13] “Specification sheet for LGD, Chi Mei Co., 2011
[14] http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/index.html (“LED specifications for nichia chip type white LED model:NF2W557RT-TA), Nichia Co., 2010
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