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1、n 幾種不同製作方法的導光板對比n 導光板射出技術簡單討論n 射出成型應用於導光板之制程研究n LCD用高亮度導光板與散亂型聚合體導光板n 背光板擴散網點設計n 背光板設計原理n 手機背光板的組裝幾種不同製作方法的導光板對比 2006-7-21 問題1：印刷式導光板和雕刻式導光板哪個亮度高？我都記不清有多少人向我提過這個問題了。其實，兩者的亮度是一樣的，印刷式導光板導光網點的材料的配方不但對光有折射作用，還有高反射作用。由於導光油墨具有對光的折射和高反射的雙重作用，現在又從印刷工藝上進一步改良後，網點對光的折射效果已經和雕刻板沒有什麼差別了，而雕刻板的線槽或凹孔點陣只有單一的折射作用。廣州的蔡
2、先生從我這裏學技術後，過了一個多月後給我打來電話說，他做了一塊A3尺寸厚度4mm的導光板跟一塊同樣大小同樣厚度的雕刻板對比，在相同功率的光源下，發現亮度比雕刻板還亮。問題2：印刷式導光板和非印刷式導光板誰壽命長？關於印刷式導光板和非印刷式導光板的壽命問題，目前在商業宣傳上都沒有一個統一的遵循科學根據說法，各說各的壽命長，公說公有理，婆說婆有理，其實，這不過是各商家商業競爭的宣傳手法罷了。不管用何種方法生產的導光板的壽命主要取決於壓克力板材的質量，容易黃化的壓克力板做成的導光板壽命短，不容易黃化的壓克力板做成的導光板壽命長，與其生產方式沒有關係。有人說印刷導光板的導光油墨在使用過程中會老化造成導
3、光效果失效，對於這個問題，大家想想，我們在日常生活中每天都離不開印刷的東西，電器面板的文字、手機按鍵的數位.等等，如果你不去碰它、摸它、刮它，五年、十年.都不會變，不會掉，印刷導光板的網點油墨也是同樣的道理，並且導光油墨裏所含的成分物質是一種性質很穩定無機物，不會與空氣中的任何物質產生化學反應，也就是說，就算壓克力板黃化了變質了，印刷導光板網點油墨的特性是依然保持不變的，所以說，印刷式導光板和非印刷式導光板的壽命是一樣長的。導光板射出技術簡單討論 2006-7-27 -NOTEBOOK的導光板射出成型，是控制變形的最好方法。NB上的導光板現在主要是楔形板，入光處厚，出光處薄，常見的翹曲有正翹、
4、逆翹、S形翹。其實翹曲最根本的原因是密度不均，有了這個思想，調整翹曲就不再是難事了。下面簡簡單說一兩個：對於正翹和逆翹常用通過調節模溫的方法來調解，也就是調整公母模的溫度來調正，調節公母模的溫度時要注意一點，通常不見議調解咬花面處的模具溫度，究其原因是咬花面溫度影響光學特性很大，如果通過調節鏡面溫度仍翹曲，也可以調節咬花面模具溫度，但要注意光學特性。除了模溫外，也可以通過成形條件來修改，可以試保壓、身速、壓縮。對於S形翹來說，主要是過充填或縮水造成的，要考慮射出各段距離、射速、保壓時間、以仍壓縮條件等。 射出成型應用於導光板之制程研究 2004-9-23 -吳政憲*、蘇義豊、吳世民、林忠志大葉
5、大學機械與自動化工程研究所塑膠工業技術發展中心 一、中文摘要 現代塑膠成品加工所需求的是多樣變化、精密度高、成型週期短等特性，為了達到這些特性，對於各制程參數控制實具有決定性的關鍵。因此本研究主要目的是運用CAE 類比與田口實驗的方法，以射出成型方式針對導光板制程參數作研究。 在傳統射出成型之模具設計上，多以憑藉著經驗豐富的技師來設計，但因加工技術與成品少量多樣的需求，若只由經驗傳承與試誤法作模具修補，所需之時間與成本實為現階段之發展所不能負荷，因此在研究上，我們運用模擬輔助作模流分析，以獲得較佳之模具設計，降低設計成本。且經由研究中，我們獲得各參數對成品質量之影響，同時也能經由分析達到最佳之
6、質量控制，在相關的研究與業界對射出成型技術上具有相當程度之貢獻。 二、簡介 本研究主要是運用射出成型方式，對導光板之制程參數作研究。其研究方法是以田口實驗的方法，同時對C-Mold之模擬與實驗作比較，並求得最佳反應質量之制程參數。其研究主題包括二方面:(1)田口規劃部分將27 組之直交組合分別以仿真與實驗的方法進行比較，瞭解模擬與實驗結果之差異 ; 並在類比與實驗兩種方式下獲得最佳參數組合，並探討各成型參數對成品品質之影響。(2)模具設計與短射實驗部分以C-Mold 來輔助模具設計;並利用短射實驗比較模擬與實驗兩方法之注塑流動情形。研究結果顯示，影響成品質量最重要的因素是保壓壓力，其次是保壓時
7、間，在考慮適當水平配置及排除其因數間之交互作用直交配置下實驗，我們可獲得25m 以下之收縮量與翹曲量，對成品之質量而言，此研究確實具有貢獻。 三、研究方法1. 應用田口法的步驟(1)先選擇影響成品相關之制程參數，並決定適當之水平(2)選取 L27 之直交表(3)對直交表所列之各組以C-Mold 進行模擬(4)對直交表所列之各組以射出機進行實驗(5)進行27 組之模擬值與實驗值比較(6)進行因數效果計算繪製回應圖，選擇最佳之參數組合(7)進行ANOVA 分析，獲得各參數對成品質量反應之貢獻度，同時依響應之最佳組合推定其最佳理論值(8)依最佳理論值作確認實驗(9)對模擬與實驗所得到之最佳理論值與最
8、佳組合之實驗值分別進行比較。(10)分析結果四、實驗設備 本研究實驗設備主要包含射出機、模具、量測設備和壓力擷取系統四大部分，如圖一所示。以下分別作介紹:1.射出機:如圖一(a)所示為本實驗向塑膠技術發展中心所借用之TOSHIBA IS-220GN 射出成型機，此系統行程320mm260mm 螺杆直徑為50mm，制程式控制制有射出速度、保壓壓力、射出行程、壓縮單元、冷卻時間等。2.模具系統:如圖一(b)所示，本模具兼具射出與射壓功能1，且依實驗壓力量測之需求，設計成兩具鏡面加工之模仁，並於模仁中設置冷卻水道，且為求得完整之成品表面，故以整具模仁為頂料設計。3.量測系統:圖一(c)所示，為CNC
9、 銑床(精度0.1靘)、杠杆量表(精度0.2靘)與自製特殊夾具配合之量測系統，在量測的規劃上為了防止成品因夾持之作用而致影響量測，故特別設計此付夾具。另外在量測取點上，我們以平均幾何形狀之方式，座標值共取48 點，再將得到之資料經座標曲面軟體(矩陣形式之座標轉換)以最小平方面之原理，來獲得正向、負向與平方面間之差距，即我們所求之翹曲量。 五、實驗材料與量測條件1.實驗材料:本實驗所選用塑膠材料是日本進口聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA 俗稱壓克力) 材料，其特性為非結晶樹脂材料，具有無色透明的光學特性與良好之熱加工性。2.量測條件:(1)於射出件外表呈穩定狀態後，再持續進行射出50 件，這時才開始採
10、用量測用射出件，並考慮射出件之週期性，因此以奇數編號為量測成品之取樣。(2)成品射出後置放1 星期。(3)溫度保持在 20-25之間。 六、模具設計 本模具設計，考慮到導光板之導光側與厚度變化不均之限制條件，為了取得證明，於是在思考上，我們以等體積之原理來聯想其最佳之充填位置為設計要件如圖二(a)。 一般對於板件之澆口設計，都會採用薄板澆口2 3，主要是為了獲得較均勻之充填，以減少翹曲之產生。澆口寬度約為6.4 至25%之模穴側邊長度。而本模具之澆口尺寸設計是以寬13.1mm、16 mm、20 mm 三種尺寸，入口厚度2mm 及1.5mm 兩種尺寸來進行仿真，結果顯示2mm 入口厚度及寬度20
11、mm 對流動所造成之收縮翹曲為最小。 冷卻水道設計主要是模具成形空間表面的溫度分佈，因水管的大小、配置、水溫差異而改變，但若其模溫變化在6.6(52.6569.25)溫度差在某一成形條件上也許充分，但殘留之內部應力，對尺寸精度高的成形品，可能造成成形應變4。本研究分析結果如圖二(b)所示，經模擬得到A型設計收縮0.3613 mm、B 型設計收縮0.3609 mm、C型設計收縮0.3281 mm，顯然以C 型的水道排放方式所得之收縮量為最小，故選擇C 型之設計。 七、射出成型之短射實驗 短射實驗主要是確定實驗中之融膠充填量，減少因過渡充填所造成的能量浪費與徒增之成型時間。另外我們可從每段時間之充
12、填計量所得之短射成品如圖三(c)，瞭解到融膠流動之波前情形，尤其經由模擬與實驗之波前圖比對後，更能讓我們瞭解兩種方式之差異。且由圖三(a)與圖三(b)所示，模擬之融膠流動與實驗所得之融膠流動相近，所需之充填時間亦相近。證明此短射實驗提供我們瞭解於導光板厚度變化不均之模穴空間流動情形，且可準確的獲得充填所需之計量值。八、結果與討論1. 27 組之模擬值與實驗值比較 經27 組模擬與實驗所得之回應值比較，由圖四得知，各組之反應以實驗所得之變動較大，表示收縮量之量測包含量測與環境影響之誤差，而于模擬時，則無法包括這些因素在內，但以兩者之趨勢比較，我們可獲得各參數變動對成品收縮量之影響，同樣具有參考之
13、依據。2. 模擬與實驗之制程參數最佳化比較 實驗設計時，如果遺漏了影響質量特性極為顯著的控制因數，均會產生再現性不佳的情形5，為了避免這種情形發生，必須進行確認實驗。 由圖五、圖六之回應圖可得到反應收縮量為最小的最佳組合是A1,B1,C3,D3,E3,F3。此結果可供我們進行反推算來得到推論值，並與最佳組合之實驗值作比較，得到如表一之數值。此結果顯示，推論與實驗之翹曲量相差13.53%而收縮量相差17.81%，此差距表示模擬與實驗最佳化得到之結果，且依現有製作同樣尺寸之導光板所要求精度為0.05mm 相較，本研究之精度0.0224mm 是可供採用的。3. 制程參數對產品質量之影響(1)模具溫度
14、 由響應圖可知，模具溫度以33對質量之反應較佳， 而模具溫度過低或過高均不理想，原因是融膠在模具溫度低時，凝固速度快凝固層厚融膠不易流動，而融膠在模具溫度45則收縮大，尺寸精度亦不佳。(2)融膠溫度 對射出而言，融膠溫度不宜太高，由回應圖中可獲得其斜率為向下，故以230為佳。且在同一充填時間下，高的融膠溫度比低的融膠溫度有較薄的凝固層，相對地的也會增加成品的收縮(3)充填速度 此參數之回應值，是以11.4cm/sec 之速度為最佳，原因是高的充填速率有助於增加充填階段的表面剪切率，換言之，充填速率的提升使得融膠與模壁間的摩擦熱升高有助於應力的鬆弛。(4)保壓壓力 經ANOVA 之分析，愈大的保
15、壓壓力有愈好的幾何成型性。由圖五可看出此曲線的斜率隨著保壓壓力增加而加，故保壓壓力對成品之質量而言，其成型性影響為最大。(5)保壓時間 適當的保壓時間有助於減少成品之收縮，但太長的保壓時間，則徒增成型周，以實驗與模擬之回應圖來看，保壓時間取10 秒為最佳。(6)冷卻時間 經分析得到冷卻時間取35 秒為最佳，太短則收縮量較大，對本成品而言，其貢獻度占2.6%，屬影響性較小之因數。4. 重要制程參數對收縮與翹曲的影響 針對前述田口電腦仿真與實驗所得的最佳制程參數，來進行更詳細的參數研究，以驗證先前所選定的制程參數是否最佳6。於每一次的實驗中，僅改變對收縮、翹曲影響具較大貢獻度之單一制程參數，收縮部
16、分只考慮保壓壓力、模具溫度、保壓時間，翹曲部分只考慮保壓壓力、塑膠溫度，其他制程參數則維持在最佳值，用以觀察僅變動單一制程參數對收縮、翹曲的影響。 由圖七可知保壓壓力在4.5MPa 至7.5MPa 之間，于7.5MPa 時收縮降至最小，此趨勢符合先前所做ANOVA 分析結果，故保壓壓力對成品成型性影響為最大，但需注意是否有過保壓現象產生。模具溫度與保壓時間分別設在2540與4 秒10 秒之間，雖然此二個參數對收縮影響遠不如保壓壓力來的明顯，但是在成形過程中仍須適當的模溫及保壓時間。模溫足夠，有助於融膠料的充填，避免產生短射；保壓時間足夠，有助於減少產品收縮。 由圖八可知融膠溫度設在210250
17、之間，于230時有最小翹曲，料溫太高或太低都會使翹曲增加，制程中較高的料溫有利於充填，雖有助於壓力均勻分佈，但不可超出廠商建議值，以防塑膠裂解。保壓壓力設在4.5MPa至7.5MPa 之間，由曲線趨勢得知保壓越大，翹曲越小，產品品質越佳。 由研究結果，我們可以清楚瞭解制程參數於射出成型對導光板質量之影響，其中以保壓壓力與保壓時間兩成型因素影響最大，證明高保壓壓力與保壓時間可降低成品之收縮量與翹曲量。另外，對於數值模擬及最佳化分析研究之結果，可供未來公司開發新技術時的參考。 九、參考文獻1、E.Lindner, and P.Unger, lnjection Molds 108 Proven De
18、signs1993,pp6-132、陳介聰,精密射出成形模具設計與製作技術,日刊工業社編3、張永彥,實用塑膠模學具,全華科技圖書股份有限公司4、張文華,塑膠模具設計製圖實務,全華科技圖書股份有限公司5、Madhav S. PhadkeAT&Bell Lab.Holmdel,N.J.,穩健設計之質量工程。6、黃東鴻,2002,Study on Warpage & Residual Stress of Thin-walled Injection MoldingLCD用高亮度導光板與散亂型聚合體導光板 2004-8-20 -文章作者:臺灣工研院光電所 高弘毅 文章來源:EEDesign前言 液晶顯示
19、器(LCD:iquid Crystal Display)的背光照明單元(Back Light Unit；以下簡稱為BLU)是由冷陰極燈管(CCFL:Cold Cathode Fluorescernt Lamp)、CCFL反射膜片(reflector sheet)、導光板(LGP:Light Guide Plate)、LGP反射膜片、擴散(diffuser) 膜片等組件所構成(圖1)。為了要提高LGP的光使用效率，通常會在LGP表面設計某些光學機制(device)，或者是在LGP內添加材料等兩種方法。背光照明單元使用的光源分別有EL(Electro Luminance)、LED(Light Em
20、itted Diode)、CCFL(Cold Cathode Fluorescernt Lamp)等三種；EL與LED方式主要應用於PDA(Personal Digital Assistant)、行動電話等小型液晶顯示器的背光照明單元；CCFL則是應用於NB-PC(Note Book Personal Computer)等大型可攜式產品。 如圖1所示冷陰極燈管外側的CCFL反射膜片呈拋物線狀(parabolic)將CCFL包圍，由光源產生的白光透過該反射膜片反射至由壓克力製成的導光板內。導光板主要功能是藉由光散亂原理將入射的平行光轉換成平面垂直光，之後再經過擴散膜片使導光板射出的光線擴散與偏向
21、，最後再經由兩片表面成連續鋸齒溝槽狀的集光棱鏡膜片，使光線在xy方向集光並調整光線發散角度。 圖1 背光單元的基本結構 導光板的種類 (a)散亂式印刷導光板 如圖2所示傳統的散亂式導光板底面印刷白色濃淡(gradation)網點使入射光散亂，散亂光的濃淡取決於網點的直徑與分佈密度。網點的材質是由UV膠、二氧化鈦、硫化鋇混合黏稠液所構成。如圖3所示網點直徑在燈源入射端為250m，遠離燈源端亦即導光板的端緣的網點直徑為1250m。利用網點散亂的光線由導光板表面射出，部份從導光板側面與底面逃漏的光線則再度回到導光板內，被導光板周圍的反射膜片反射至導光板。設於導光板正面的擴散膜片具有兩種功能，分別是將
22、入射光擴散至集光棱鏡膜片；另一功能是減弱導光板表面的網點形狀。擴散膜片上方之三角斷面狀第一片集光棱鏡膜片與冷陰極燈管成直角方向(y方向)設置，第二片集光棱鏡膜片再與第一片成直角鋪設，藉此特殊設計收斂xy方向的光線，同時再次淡化導光板表面的網點形狀與楔形導光板特有的橫縞(灰色橫紋)。 (b)散亂式射出成形導光板 具體方法是利用精密蝕刻技術將射出成形的模芯微細加工成上述網點形狀，再利用塑膠射出成形機制作導光板，圖4與圖5是利用射出成形法所製成的導光板散亂模式與散亂spot的直徑、濃淡分佈密度。 (c)反射式射出成形導光板 如圖6所示它是利用超精密加工技術在導光板底面製作微細光學鏡面，使導光板內的光
23、線反射，這種方式會因製作方法使得散亂要因消失。具體製作步驟是將射出成形的模芯微細加工成圓狀微形反射鏡面(Micro Reflector；以下簡稱為MR device)，之後再利用塑膠射出成形機制作導光板，MR系設於導光板底面與導光板形成一體(圖7)。 如圖8所示具陣列狀MR device的導光板可將入射光全反射，主要原因是MR device的表面很平滑，因此入射光不會有反射散亂與能量損耗等問題，也不會發生波長分散現象，除此之外還可藉由導光板入射光與MR device的形狀變化控制出射光的方向。圖9是入射至導光板內的光線與MR device的反射機制概念圖；圖9是利用雷射顯微鏡所拍攝的MR de
24、vice照片，MR device的直徑為100m，高度為10m，spot的大小祇有傳統散亂式印刷導光板的1/41/8。 換言之由於陣列狀MR device導光板的spot直徑變小後，相對的可淡化spot形狀的擴散膜片厚度亦隨之變薄，光線穿透率則大幅提高。一般而言12.1吋大小的陣列狀MR型導光板底面的MR數量大約有100萬個。為了檢討MR device的加工精度，因此將導光板的縱橫向各分割成六等份，並在各線交點上直徑10mm圓內作三點隨機取樣(random)，量測各點的MR device直徑與高度的平均值。總數27個MR device的平均直徑為，平均高度為時，直徑的誤差分佈如圖11所示約為2
25、m以下，高度的誤差分佈為1m以下。依此量測結果可確定制程的穩定性，同時還可推論部份變化的互動要因。(d)折射式射出成形導光板 折射式導光板是改良自反射式導光板，主要差異是MR device陣列變成micro deflector陣列(以下簡稱為MD device)，也就是說導光板底面是由微小偏向device所構成，入射光被MD device的凸面折射。MD device的表面如圖12所示為鏡面曲線狀，因此不具光散亂的要素，折射光的仰角被導光板法線以大角度方向射出。MD device的直徑為30m，高度為5m。實際上MD device陣列是先經過光學設計，再製成塑膠射出成形模具的模芯(Optica
26、l Insertion；以下簡稱為OPI)，之後再利用塑膠射出成形機制作導光板。 折射式導光板可將入射光鎖閉於導光板內，並轉寫於內側可產生全反射之三角溝槽，進而達成提高光使用效率，與單棱鏡構造之光學最高境界(圖13)。 是圖14 MD式導光板與內部全反射棱鏡膜片(TIR:Total Internal Reflection)將導光板射出的光線方向變成導光板法線方向，亦即光線射出仰角變小的動作模型。 光學設計 導光板的幾何外形與輝度分佈是由各液晶顯示器廠商決定，為了設計導光板的光分佈通常是利用導光板內的光線追跡，與導光板的形狀推測光線射出的強度。導光板內的導光是全反射所造成的，因此由導光板射出的光
27、線並無法完全滿足該條件。例如以平板狀導光板為例，如果光線完全符合全反射的條件時，臨界角出射光就不存在，類似這種型式的導光板就必需在它的底部與正面設置MR device。 導入冷陰極燈管的管徑、長度與拋物線外形之燈管反射膜片等各項參數(parameter)，有了這些參數便可假設推測背光單元表面的光強度分佈。此外亦可利用LIGHT TOOL公司的背光單元用光學設計軟體，針對光強度分佈推測值決定MR或是MD的位置。MR與MD device的密度是二維濃淡圖案(pattern)，它是由如圖15所示複數個一維濃淡圖案所構成。圖中的參數W表示導光板的寬度與光搬運方向的長度。 圖6是使用U型冷陰極燈管之背光
28、照明單元的與光強度分佈分析結果。設計時已經把壓克力的折射率、塑膠射出成形的收縮率等諸元值列入考慮，因此利用光學設計軟體獲得的結果可直接轉用於生產單位，適用範圍最大可達18吋導光板。根據實際作業統計資料顯示，反射式導光板的MR device數量因導光板外形大小而不同，以10.4吋導光板而言，MR device數量約為100萬個，MR device的直徑為1002m，高度為101m。事實上12.1吋散亂式印刷導光板如果改成MR device導光板時輝度可提高310%。表1是13.3吋MR device導光板與散亂式印刷導光板的比較結果，表中的平均輝度以Lvave表示；輝度不均U則以(Lvmin/L
29、vmaxX100)表示。量測時是把背光照明單元縱橫分成6等份，量測背光照明單元周圍六分之一殘餘輝度數據合計9點的資料，由表1的量測結果得知MR device導光板的輝度比散亂式印刷型導光板高11%。 表2是12.1吋背光照明單元更換不同導光板、擴散膜片、棱鏡膜片的輝度差異比較。 假設: 1.散亂式印刷型導光板搭配PCM1擴散膜片與低收光性之H210棱鏡膜片(xy方向)的背光照明單元輝度為100%時， 2.上述相同的光學膜片搭配 3.MR式導光板的輝度增加率為107%(表中的B1)。 R.MR式導光板搭配高穿透性擴散膜片時，輝度增加率為110%(表中的B2)。 3.散亂式印刷型導光板搭配PCM1
30、擴散膜片與高收光性之BEF 棱鏡膜片(y方向) 時，輝度增加率為116%(表中的C)。 4.散亂式印刷型導光板改為MR式導光板時，輝度增加率為125%(表中的D1)。 5.擴散膜片改為高性能之D117T時，輝度增加率為127%(表中的D2)。 由表2可知MR式導光板導光板各種高性能光學膜片時，可大幅提高背光照明單元的輝度。 表3是使用MR與MD式導光板之13.3吋背光照明單元的輝度量測結果，由表3可知MR式導光板導光板的輝度比印刷式導光板高10%，這意味著MD式導光板輝度是印刷式導光板的1.4倍。 有關背光照明單元的視角特性，它是利用座標法量測各角度的特性分佈。圖17的角度是指方位角度，有效範
31、圍是003600 ：角度是指仰角，有效範圍是00900 。 圖18是側邊入光(edge type)楔形(wedge)MR導光板所構成的背光照明單元視角特性，量測位置是13.3吋背光照明單元的中心。圖18(a)是從導光板的射出光，在900 仰角附近的光學特性；圖18(b)是導光板上粘貼擴散膜片時的偏向射出光，在450附近的光分佈最大值特性；圖18(c)是擴散膜片表面再粘貼一片集光棱鏡膜片時的橢圓形視角特性；圖18(d)是粘貼第二片集光棱鏡膜片時，所獲得的玉米顆粒狀的視角特性。在該特性中存有side lob，也就是說光能量未從導光板表面法線方向射出。所謂的side lob能量通常被視為背光照明單元
32、的光損耗。此外由圖18可再次驗證集光棱鏡膜片具有支配玉米顆粒狀的視角特性的效應。圖19是MD式導光板視角特性與TIR集光棱鏡膜片的視角特性。相對於MR式導光板，MD式導光板具有集光效應亦由圖19獲得證實，而且圖中完全沒有side lob的光損耗跡象，依此獲得以下結論:設計高效率光照明單元時，必需考慮MD device的大小與TIR集光棱鏡膜片的棱鏡夾角。 圖18 側邊入光式楔型MR導光板之背光照明單元的角度特性 光散亂聚合物導光板 所謂的光散亂聚合物(polymer)導光板是在聚合物矩陣(matrix)內形成微細(micro)不均一結構，使聚合物導光板具備光導波與擴散射出光線之機能，進而獲得高
33、輝度照明用光散亂效應。換言之光散亂聚合物導光板是控制可吸收光線之微細不均一結構的相對折射率與不均一結構的大小，獲得多重光散亂效果，使光線在沒有損耗的環境下均勻且朝特定方向擴散射出。圖20(b)是光散亂聚合物導光板所構成的背光照明單元，一般而言它的輝度比傳統背光照明單元高二倍左右。 在密度均勻的媒體中若存有折射率相異的兩種材料時就會引發光散亂現象，如果能夠控制材質相異之不均一結構時，就可控制散亂光的特性。光散亂聚合物就是根據光散亂理論與多重散亂分析法，精密控制這種不均一結構，進而達成液晶顯示器的背光照明單元實用化的目標。 (a).光散亂理論 利用下式(1)(5)Mie散亂理論可求出真圓球狀粒子的
34、散亂光強度分佈I(,)。 圖21是由單一粒子求得的散亂光強度分佈圖，之後再利用Monte Carlo法進行光散亂聚合體導光板的多重散亂分析。 (b).多重散亂分析 三次元多重散亂仿真分析用程式是根據可導引光散亂聚合物導光板之光子(photon)行進方向以及測光路徑長度，和決定反射、折射之Monte Carlo法制作撰選。接著要介紹計算步驟，所謂的光子是為分析光場的確率性，因此將假想性光粒子視為假設物，散亂光的方向以極坐標系的與兩角度表示，散亂角是先根據Mie散亂理論求出光強度分佈，再用累積分佈關數F()(上述之式(6)算出，之後用亂數random 1(零到1之間的相同亂數)決定散亂點的光子行進
35、方向。 一旦決定角度，散亂光強度的角度同樣使用random方式決定。光子的預測光路長度L根據式(8)定義的衰減係數，利用亂數random 2(由零到1之間的相同亂數) 式(9) 求得。 此處C表示濃度， Qsca表示利用Mie散亂理論求得的散亂效率。反射與折射則是將各反射率與各光線的入射角與導光板的折射率利用上述手法求得。以上的計算作業都是以105106 個光子為前提。 (c).光散亂聚合物的應用 為滿足實際背光照明單元應用上的需要，因此利用以上介紹的分析法做最佳化設計。首先假設不均一結構為真圓狀散亂粒子，之後量測被反射膜包覆之冷陰極燈管的出射光的特性與燈管的光線頻譜，再利用這些資料加以計算。
36、圖22是四吋單燈管的光散亂聚合物導光板內部光子軌跡模擬結果，圖中的符號表示光子的出射點，由圖可知根據多重散亂之均一效益，由出射面整體所釋出的光線非常的均分。圖22(b)與(c)顯示濃度計算結果出現比最佳值更高或更低的現象，依此結果可決定畫面輝度均一性的最佳化設計方法。 圖23(a)是圖22畫面中央部位的出射光profile，出射光profile的角度定義如圖23(b)所示。由光散亂聚合物導光板射出的光線與法線方向呈600 傾斜，因此圖24的集光棱鏡膜片朝法線方向作角度粘貼。此外由於出射光的角度隨著畫面大小與形狀改變，因此必需逐一解析出射光的profile，具體方法是先製作集光棱鏡膜片分析用仿真
37、程式，再將分析後的出射光的profile作棱鏡膜片角度1,2 最佳化設計。根據計算結果所製成的背光板照明單元的輝度特性如圖25所示，它的輝度是傳統背光板照明單元的二倍左右，非常適合要求高輝度的新世代液晶顯示器使用。 由圖25可知光散亂式聚合物導光板具有很優良的視角特性；圖25(b)是傳統散亂式印刷型導光板的視角特性，它的視角超過400時幾乎沒有光線射出，這對液晶顯示器而言意味著畫面得輝度會急遽改變進而影響顯示特性。 圖26是光散亂式聚合物導光板所構成的背光照明單元實現高輝度化的動作原理；圖26(a)是傳統光散亂式印刷型導光板的結構，由冷陰極燈管射入導光板的光線被導光板底面的印刷網點散亂，因此散
38、亂光幾乎沒有指向性，之後散亂光經由導光板正面不具直視性的擴散膜片朝廣角方向擴散，最後再利用兩片集光棱鏡膜片將擴散光收斂提高輝度。相較之下光散亂式聚合物導光板則是使射入導光板的光線透過導光板的不均一結構散亂，由於控制不均一結構的大小與相對折射率，因此後方的光線散亂很少，這種特殊結構所引起指向性極強的前方散亂，導致適度的散亂與柔和的視覺效果。 實際上液晶顯示器的畫面色彩均一性取決於視角特性與法線方向的均一性，一旦發生明顯的色彩不均時就不具商品實用價值，而Mie散亂理論卻可控制不均一結構防止色彩不均現象彌補上述缺憾。 圖27是利用Mie散亂理論計算的散亂效率，橫軸為散亂效率，D(m)為粒徑，n為矩陣
39、(matrix)與散亂因數的折射率差。換句話說如果把散亂理論視為空氣中的水份時，第一個散亂效率的峰值約為1m左右，該值隨著粒徑變大收斂成2m。由圖27可知粒徑較小的區域，短波長光的散亂效率較大，如果將該區域的粒子用於光散亂聚合物導光板時，距離冷陰極燈管越遠的光線會偏黃，若選用特定粒徑使紅光產生強大散亂時，理論上就可完全消除色彩不均現象。如此一來不祇要考慮R、G、B三波長冷陰極燈管的散亂效率，還需顧及散亂光的強度分佈。然而事實上背光照明單元的色彩不均問題，主要是來自于於散亂效率，有鑒於此使用散亂效率為0.9的散亂因數測試背光照明單元時，其結果如圖28所示，橫軸是冷陰極燈管垂直方向的距離，縱軸是色
40、溫。原本預測=0.5時距離燈管較遠處會呈現藍色基調，然而事實上色溫卻極為均勻，造成這種現象主要原因是大小不均一構造事實上祇是有限度的存在，因此即使被媒體吸收亦不會變為零。 最新光散亂式聚合物導光板的輝度特性 圖28是新型光散亂式聚合物導光板所構成的背光板照明單元構造，它的最大特徵是集光棱鏡膜片是設于導光板下方，並與冷陰極燈管呈直交狀，集光棱鏡膜片可收斂由冷陰極燈管所射出的平行光，三維出射光角度分佈相當均勻對稱，因此可產生輝度提升的效應。圖30是10.4吋新型光散亂式聚合物導光板與傳統無印刷之透明導光板所構成的背光板照明單元特性比較，由圖可知無印刷type不易收斂散亂光，廣角的峰值使得表面輝度祇
41、有光散亂type的60%，即使無印刷type追加網點印刷，表面輝度也祇能提高5%左右。如果再增設擴散、集光棱鏡膜片時就可獲得相同的出射光profile，不過卻缺乏光散亂式聚合物導光板特有的強大指向性光線。 圖30 10.4吋背光板照明單元內的三維輝度分佈特性 圖31是最新式光散亂式聚合物導光板與傳統導光板所構成的板背光板照明單元厚度比較，由於光散亂式聚合物導光板可減少兩片總厚度約0.3mm的光學膜片，這對厚度與輝度成正比的楔型導光板而言，為了顧及厚度太薄時的耐環境特性，傳統的楔型導光厚度有其極限。相較之下光散亂式聚合物導光厚度卻可減少0.3mm，仍不會影響背光板照明單元的光學特性。圖31 最新光散亂式聚合物導光板與無印刷之透明導光板所構成之板背光板照明單元厚度比較 結語 今後液晶顯示器用板背光板照明單元勢必朝向薄型化、高輝度化、低元件數等方向發展，因此將射入導光板內的冷陰極燈管光線變成具體強大指向性散亂光，且又可減少系統厚度與元件數量的散亂式聚合物導光板照明技術，似乎已成為可達成以上要求的唯一方法，因此它的未來發展成為相關業者注目的焦點之一。背光板擴散網點設計 2006-