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研究生:黃柏書
研究生(外文):Po-Shu Huang
論文名稱:直下式LED液晶觸控顯示器之研究
指導教授:陳奇夆
指導教授(外文):Chi-Feng Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程學系在職專班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:85
中文關鍵詞:發光二極體液態光學膠直下式背光模組均勻度
外文關鍵詞:Light Emitting DiodeLiquid Optically Clear AdhesiveDirect-type backlight moduleUniformity
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  觸控面板顯示器裝置例如平板電腦及智慧型手機、一體成型電腦等,對於高穿透色彩品質、高對比、省電、快速啟動等特性的需求之下,全貼合液態光學膠與發光二極體是現階段最被看好的關鍵材料。
發光二極體使用於背光模組光源上,目前市面上產品已常見應用於側光式背光模組,至於發光二極體應用在直下式光源設計上,因發光二極體的光具指向性及點光源之特性,引發輝度、色度不均及模組厚度不易薄型化等設計瓶頸問題,故尚未普及。然而液晶顯示器模組背光光源的光線由顯示面板進入與通過空氣間隙時產生散射與光線損失,因而降低螢幕的顯像品質。
本論文研究的重點在於利用光學模擬軟體,分析並設計出發光二極體透鏡結構,使光經由此透鏡結構,將光線均勻分佈於背光模組空腔之中,並搭配液態光學膠全貼合製程實驗,找到最佳貼合參數防止溢膠以及膠厚不均等問題,達到模組輝度均勻化與厚度減薄及同時兼顧到高顯像品質的目的。

Touch panel display device such as tablet and smart mobile phone and all in one(AIO) computer and so on, that under the needing of characteristics try to get high transmittance colors quality, high contrast, power saving and fast booting. Full lamination liquid optically clear adhesive(LOCA) and Light Emitting Diode(LED) are the most favored of the key materials.
LED light source used in the backlight module, currently available products have been commonly used in edge-type backlight module.As for the LED used in the design of direct-type light source, because of the LED light source are directivity and point light source characteristics, triggered the luminance, chromaticity and uneven, difficult to module thickness thin etc. design bottleneck , so it is not yet universal. However, LCD backlight module light from the light source into the display panel is generated through the air gap and the loss of light scattering, thereby reducing the imaging quality of the screen.
The focus of this thesis is to use the optical simulation software to analyze and design the LED lens structure, the structure of the light through this lens, the light is evenly distributed among the backlight cavity, and with LOCA bonding process experiment to find the best fit parameters to prevent excess glue and adhesive thickness inequality issues, achieve uniform brightness modules with thinning and while the purpose of achieving high quality imaging.

摘要 I
Abstrac II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的與動機 3
1.3 文獻回顧 5
1.4 論文架構 8
第二章 基礎光學理論與光學規格評鑑 9
2.1 人眼的視見範圍 9
2.2 紫外光源的定義及應用 10
2.3 光度學 12
2.3.1 光通量(Luminous Flux) 12
2.3.2 輝度(Luminance) 12
2.3.3 光強度(Luminous Intensity) 13
2.4 幾何光學基本原理 13
2.4.1 反射定律(Reflection Law) 14
2.4.2 折射定律(Refraction Law) 14
2.4.3 全反射定律(Total Internal Reflection) 15
2.5 光學規格評鑑 16
2.5.1 輝度定義 16
2.5.2 輝度均勻度定義 17
2.5.3 色度定義 17
第三章 觸控面板模組基本架構介紹 19
3.1 觸控面板現有貼合技術架構 19
3.2 觸控面板貼合光學材料說明 20
3.3 背光模組現有技術 22
3.3.1 側光式背光模組架構 23
3.3.2 直下式背光模組架構 23
3.4 背光模組部材功能說明 24
3.4.1 反射片(Reflector Sheet) 24
3.4.2 發光源(Light Source) 24
3.4.3 擴散板(Diffuser Plate 26
3.4.4 稜鏡片(Prism Sheet) 26
3.5 直下式背光模組設計 27
3.5.1 開發直下式背光模組動機 27
3.5.2 LED直下式背光模組設計說明 28
第四章 LOCA框膠塗布貼合實驗探討與分析 30
4.1 實驗目的及流程 30
4.2 貼合製程選用 32
4.3 產品框膠塗佈貼合設計與目標 34
4.4 量測工具與實驗參數 36
4.5 實驗結果與討論 38
第五章 新型發光二極體直下式背光模組設計 43
5.1 設計目標及流程 43
5.2 混光透鏡架構分類 45
5.2.1 新型式1 45
5.2.2 新型式2 47
5.2.3 新型式1與新型式2之模擬結果比較 49
5.3 光二極體排列架構分類 53
5.3.1 改良式架構 53
5.3.2 改良式與現有型式之背光模組畫質品質比較 54
第六章 結論 65
6.1 結論 65
參考文獻 66

1. Robert Scott West, Yagi Takaaki, “High Brightness Direct LED Backlight for LCD TV” 2003 SID
2. Robert Scott West, Huub Konijn, Simon Kuppens, Nicola Pfeffer,“LED backlight for large area LCD TV’s” 2003 SID
3. 林雅蘭 “LED 背光模組設計” 國立中央大學光電科學研究所, 碩士論文,民國97 年
4. Jee-Gong Chang, Charles Lun-De Liao, and Chi-Chuan Hwang,
“Enhancement of the optical performances for the LED backlightsystems with a novel lens cap,” Proc. SPIE Vol. 6289, 2006.
5. Meng Liang, Manning Fan, Debo Guo, Guangyi Liu, Guohong Wang,Fuhua Yang, Liangchen Wang, Yiping Zeng, and Jinmin Li,
“Research on color matching of LED backlight for large-color-gamut LCD application, ” Proc. SPIE Vol. 6841, 2008.
6. 耿繼業、柯建娃 “幾何光學” 全華科技圖書, 民國90 年
7. 吳正佳 “輝度與色彩均勻化之發光二極體直下式背光模組應用設計” 國立中央大學機械工程研究所, 碩士論文,民國95 年
8. 鮑友南、潘奕凱、姚柏宏、林建憲 “TV 用液晶顯示器之背光模組技術” 機械工業雜誌 245 期
9. 李季薇、韓斌、黃宏彥 “新世代大尺寸直下式LED 背光模組之設計與模擬”
10. 戴銘成 “發光二極體背光模組照度與色彩均勻化結構設計” 國立交通大學光電工程, 碩士論文, 民國94 年
11. 陳進和“觸控面板於大氣中硬對硬貼合之製程技術開發” 國立中山大學機械所碩士, 顯示器專題, 民國101 年
12. 鄭昭德 “光學級壓克力樹脂硬用-使用於觸控面板之光學膠的專利解析”工研院材化所研究員,工業材料雜誌, 民國102 年
13. 周洺偉 “陽離子型紫外光硬化樹脂之研究” 國立台北科技大學化學工程研究所, 碩士論文,民國96 年
14. 吳中豪 “應用於直下式背光模組之邊射型發光二極體設計與其模組研究” 國立中央大學光機電工程研究所,碩士論文,民國96 年
15. “LED Display Backlighting – Large Screen and TV Application using Golden DRAGON® ARGUS®,” Opt. Semiconductors, 2005.
16. 姚柏宏 “LED 光源模組發展現狀與機會” 工業材料雜誌,221 期,第87-92 頁, 民國94 年5 月
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