)背光模组
壹、前言
背光模组(Back light module)为液晶显示器面板(LCD panel)的关键零组件之一，由於液晶本身不发光，背光模组之功能即在於供应充足的亮度与分佈均匀的光源， 使其能正常显示影像。LCD面板现已广泛应用於监视器、笔记型电脑、數位相机及投影机等具成长潜力之电子产品，因此带动背光模组及其相关零组件的需求持续成长，在面板低价化的刺激下，又以笔记型电脑及LCD监视器等大尺寸用面板需求最大，为背光模组需求成长的主要动力來源。全球大型LCD背光模组产值将较2002年成长23%，达26.19亿美元，且逐年增加，到2006年产值将达到37.26亿美元。在国内LCD面板厂商积极扩产下，国内内需市场持续扩大，由於国内厂商生产的背光模组已与国际大厂的制造水准相当，加上在量产规模及就地供应上之优势，国内背光模组自给率将可再往上提升。
一、背光模组为LCD 面板第二大关键零组件
LCD面板主要系由彩色濾光片、背光模组、驱动I C、补偿膜及偏光板、玻璃基板、I T O膜、配向膜、控制电路等零组件所组成，由於液晶面板本身不具发光特性，必须藉助背光模组來达到显示的功能，LCD面板制造商在产生玻璃面板之後，须先结合彩色濾光片，兩者封合後灌入液晶，再与背光模组、驱动I C、控制电路板等组件，组合成LCD模组出售给下游的笔记型电脑或LCD监视器制造商。由於背光模组为仅次於彩色濾光片之LCD面板第二大关键零组件， 为因应国内面板厂商对关键零组件的大量需求及寻求降低成本要求下， 如瑞仪、中犟、
辅祥、科穚等厂商纷纷投入， 致在LCD上、下游产业之中， 背光模组现已成为本土化速度最快的一项零组件。
二、背光模组亦即显示器光源提供者
背光模组其主要由光源(包括冷阴极萤光管(CCFL))、热阴极萤光管、发光二极体(LED)等)、灯罩、反射板(Reflector)、导光板(Light guide plate)、扩散片(Diffusion sheet 1-2片)、增亮膜(Brightness enhancement film 1-2片)及外框等组件组装而成，其中光学膜片与导光板为最主要之技术和成本所在。液晶显示器由於其厚度薄、质量轻且携带方便，且相较於目前得CRT更有低輻射的优点，近年來需求快速的增加，己能在显示器的市场佔有一席之地。随著液晶显示器制造技术的提昇，在大尺寸及低价格的趋势下，背光模组在考量轻量化、薄型化、低耗电、高亮度及降低成本的市场要求，为保持在未來市场的竞争力，开发与设计新型的背光模组及射出成型的新制作技术，是努力的方向及重要课题。
三、背光模组類别 :
一般而言，背光模组可分为前光式(Front light )与背光式(Back light)兩种，而背光式可依其规模的要求，以灯管的位置做分類，发展出下列三大结构：
(1) 侧光式(Edge lighting)结构：发光源为摆在侧边之单支光源，导光板採射出成型无印刷式设计，一般常用於18吋以下中小尺寸的背光模组，其侧边入射的光源设计，拥有轻量、薄型、窄框化、低耗电的特色，亦为手机、个人數位助理(PDA) 、笔记型电脑的光源，目前亦有大尺寸背光模组採用侧光式结构。
(2) 直下型(Bottom lighting)结构：超大尺寸的背光模组，侧光式结构已经无法在重量、消费电力及亮度上佔有优势，因此不含导光板且光源放置於正下方的直下型结构便被发展出來。光源由自发性光源(例如灯管、发光二极体
等)射出藉由反射板反射後，向上经扩散板均匀分散後於正面射出，因安置空间变大，灯管可依TFT面板大小使用2至多之灯管，但同时也增加了模组的厚度、重量、耗电量、其优点为高辉度、良好的出光视角、光利用效率高、结构简易化等，因而适用於对可携性及空间要求较不挑剔的LCD monitor与LCD TV ，其高消费电力(使用冷阴极管)，均一性不佳及造成LCD发热等问题仍需要求改善。
图一 背光模组的兩种结构
(3) 中空型结构：随著影像要求的尺吋增加，LCD也朝更大尺寸的方向发展，现在这類超大型的LCD被拿來当作监视器及璧挂式电视，不仅要求大画面、高亮度及轻量化，在电器上亦要求高功率下的低热效应，近年來发展的中空型结构的背光模组，使用热阴极管作为发光源。此结构以空气作为光源传递的媒介，光源向下被稜镜片与反射板对方向调整及反射後，一部分向上穿过导光板并出射於表面，另一部分因全反射再度进入中空腔直到经折反射作用後穿过导光板出射，而向上的光源或直接进入导光板出射，或经一連串哲反射作用再出射：导光板的形狀为楔型结构，目的在求均一化的效果。
參、背光模组关键之光学零组件介绍 :
背光模组主要系提供液晶面板一均匀、高亮度的光源，基本原理系将常用的点或缐型光源，透过简洁有效光机构转化成高亮度且均一辉度的面光源产品。一般结构为利用冷阴极管的缐型光源经反射罩进入导光板，转化缐光源分佈成均匀的面光源，再经扩散片的均光作用与稜镜片的集光作用以提高光源的亮度与均齐度。在此我们就背光模组的几个基本构成组件做些介绍。图二为背光模组的结构。
图二 背光模组之结构
(一) 、发光源(Light source)
须具备亮度高及寿命常等特色，目前有冷阴极萤光管(CCFL: Cold cathode fluorescent lamp)热阴极萤光管、发光二极体(LED:Light emitting diode)及电激发光片(EL)等，其中冷阴极灯管具有高辉度、高效率、寿命长、高演色性等特性，加上圆柱狀外形因此很容易与光反射元件组合成薄板狀照明装置，故目前以冷阴极萤光管为主流，但一般相信未來将以白光发光二极体为应用趋势。
(二)、导光板(light guide plate)
应用於侧光型背光模组，是影响光效率的重要元件，用射出成型的方法将丙烯压制程表面光滑的楔形板块，然後用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。导光板主要功能在於导引光缐方向，以提高面板光辉度及控制亮度均匀。冷阴极管位於导光板厚侧的端面，冷阴极管所发的光以端面照光的方式进入导光板，大部分的光利用全反射往薄的一端传导，当光缐在底面碰到微结构正面射出，利用疏密、大小不同的微结构图案设计可使导光板面均匀发光。
在外型上又区分为：1. 楔型板. 2.平板。一般笔记型电脑因考虑空间关系均採用楔型板，而LCD Monitor与LCD TV则採用平板为主。
(三)、反射板(Reflector)
一般侧光式背光模组的反射板放置於导光板底部，将自底面漏出的光反射回导光板中，防止光源外漏，以增加光的使用效率：而直下式背光模组则是置於灯箱底部表面或黏贴於其上，将经扩散板反射之光束由灯箱底部再次反射回扩散板以被利用。
(四) 、扩散板(Diffuser)
扩散板、扩散片之功能为提供液晶显示器一个均匀的面光源 ，一般传统的扩散膜主要是在扩散膜基材中，加入一颗颗的化学颗粒，作为散射粒子，而现有之扩散板其微粒子分散在树指层之间，所以光缐在经过扩散层时会不断的再兩个折射率相異的介质中穿过，在此同时光缐就会发生许多折射、反射与散射的现象，如此便造成了光学扩散的效果。或是使用全像技术，经由曝光显影等化学程序将毛玻璃的相位分部纪錄下來粗化扩散膜基材表面，以散射模糊导光板上的墨点或缐条。但在如此的光路架构下，由於材料本身及化学颗粒的性质，将会造成无可避免的吸光而且其对光的散射式散亂的，对於一固定距離的观测者來說，将会有
部分的光犟被浪费，而造成光源无法有效的利用。再加上他的化学制程较费时，所需的生产成本相对也较高。
(五)、增亮膜(BEF稜镜片):
光自扩散板射出後其光的指向性较差，因此必须利用稜镜片來修正光的方向，其原理藉由光的折射与反射來达到凝聚光缐、提高正面辉度的目的，以增加光缐自扩散板射出後的使用效益，使能整体的背光模组的挥度提高60%-100%以上。主要以多元酯(polyester)或聚碳酸酯(polycarbonate)为材料，其表面结构一般为为稜形柱体或半圆柱体。目前跨国公司3M为全球独家供应商，拥有多项相关专利，通常一部背光模组会使用兩片增亮膜，彼此方向垂直，将光集中增加辉度。
如图三。
图三 稜镜片於LCD面板之结构图
(六) 、偏光转换膜(P-S Converter) :
因在现有LCD液晶面板设计中，对光源模组给予过濾掉S-ray平行光，允许
P-ray光源通过，并利用这单一的偏极态光來驱动或照明LCD液晶面板，产生所要的功能。所以会在光缐进入液晶面板前会先经过一偏光板，此一偏光板会有吸收掉某一偏光方向的能量，而冷阴极管所产生的光为非偏极化光，在通过第一片偏光版时，有一半以上的光能量会被吸收掉，使得光的使用效率非常差。为解决这个问题须採用偏光转换技术，以提高背光模组中一必要的关键元件，它的功用是使光源做偏极态转换。其方法是利用反射偏光板将可通过与不可通过LCD偏光板的光分離，然後利用反射板将反射回來的光转换成可用的偏光，达到亮度提高的目的。
一般偏光转换技术是藉由特殊的光学涂佈以及结构特殊的排列方式构成光分離板，将出射分離成P偏光及S偏光，S偏光经反射後又成为P偏光，即可通过LCD的偏光板；也有利用一片胆固醇型液晶片跟1/4波片构成偏光反射板，将导光板的出射光分離成左旋及右旋圆偏光，左旋圆偏光通过1/4波片後成为直缐偏光，可直接通过LCD的第一面偏光板，而右旋圆偏光经反射板反射後，亦成为可用的左旋偏光而被利用。
利用偏光转换的技术來提高LCD的亮度，跟使用稜镜片的方法比起來，除了正面亮度得到提升之外，大视角方向的亮度亦同时得到提升，此为偏光转换技术的另一优点。
肆、背光模组之主要零组件及成本组合
背光模组为LCD 显示器的关键零组件，主要由稜镜片、导光板、光源（包括冷阴极管、发光二极体等）、扩散膜、反射膜及外框架等零件组装而成。其中发光源须具备高亮度及寿命长等特色，大尺寸背光模组一般以冷阴极管当背光源，由於具备管径细、寿命长、发光效率高等优点，为大尺寸背光模组最适合光源，而小尺寸面板则採用LED 作为光源，目前以冷阴极管（Cold cathode fluorescent lamp;CCFL）为主流；导光板则用以导引光缐方向，主要作用在提高面板辉度及
控制均匀度；扩散膜是将來自导光板的光缐扩散；稜镜片则是将扩散後的光缐加以折射向面板，以提升背光板亮度。
在背光模组的零组件当中，稜镜片、导光板及冷阴极管为其最关键的三种零组件，合计约佔背光模组总成本之63%（图四）。目前国内背光模组之关键零组件多由日本等地进口，部份国内厂商导光板可自给自足，但是稜镜片和冷阴极管，却因受限於材料供应商的产能，偶有缺货的现象发生，其中稜镜片更由3M 供应达八成。原材料即约佔背光模组九成之成本，不过相对较为不利的是主要关键材料來源均掌握在日、美少數厂商的手上，背光模组厂商在材料的掌控及议价能力上相对较弱。
图四 背光模组之主要零组件及成本组合
伍、结論
由於原材料佔背光模组成本近九成，因此难以就材料取得方面有效地降低成本，这对背光模组厂商而言，增加获利的努力空间就仅剩下约佔一成的组装及其他费用。如此的成本结构，加上获利遭面板厂商挤压、及同业的竞争压力下，薄利多销现已成为业界普遍的现象。龍头厂商瑞仪光电凭藉其量产规模、自有技术等优势，首季仍可维持获利，其馀厂商多呈亏损狀态。
我国厂商已具有导光板光学与机构的设计能力，加上组装制程较日、韩具有成本优势，因此背光模组本土化较为容易，但由於背光模组产业进入障碍不高， 且技术门槛低，因此厂商仍须在生产技术、良率、制程改善及量产规模经济上努力并发挥综效，达到成本的降低，以确保市佔率。在讲求竞争优势的考量下，未來国内背光模组厂商除积极扩充产能外，更必须紧随其客户的脚步到对岸先站稳脚步，迅速扩充市场佔有率，藉由量产规模以控制成本及维持利润.
国内背光模组厂商在笔记型电脑及LCD监视器产品已累积相当的量产经验， 在设计开发上具技术基础，对於开发LCD TV用背光模组上应有助益，惟目前所欠缺的是通过认证後，进一步导入量产的经验，未來也唯有与国内面板厂不断合作，由专案开发经验中累积实力，预期随著LCD TV产品及市场的渐趋成熟，国内背光模组厂商的技术能力将可更上层樓。
