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LED背光模组技术刘经纬浙江天乐微电科技股份有限公司总工程师2011年6月24日汇报内容1：市场分析2：背光模组介绍2-1：背板2-2：反射片2-3：导光板2-4：扩散片2-5：棱镜片2-6：胶框2-7：lightbar3：PCB板在背板模组选用市场分析随着高清平板电视的普及速度逐渐加快，消费者对平板显示超薄、高画质等方面的要求不断增多，平板显示的能耗、环保问题也成为大家所关注的焦点，本项目的开发符合国家产业导向，对于促进平板电视的发展有一定促进作用。在国家大力推动节能环保的背景下，本项目的研发及产业化有助于节能型的平板电视产品的推广普及。平板电视低耗、超薄技术优势的突显，未来LED背光源电视将取代传统CCFL液晶电视，成为市场主导。背光模組簡介背光模組(Backlightmodule)為液晶顯示器面板(LCDpanel)的關鍵零組件之一，由於液晶本身不發光，背光模組之功能在於供應充足的亮度與分佈均勻的光源，使其能正常顯示影像背光模組的基本原理係將常用的點或線型光源，透過簡潔有效光機構轉化成高亮度且均一輝度的面光源產品。一般結構為利用發光二極體的線型光源經反射片進入導光板，轉化線光源分佈成均勻的面光源，再經擴散片的均光作用與稜鏡片的集光作用以提高光源的亮度與均齊度LED背光模组架构背板功能：主要支撑与保护导光板，FILM，lightbar胶框以及增加背板模组强度材質：AL，镀铝锌钢板AL背板镀铝锌钢板背板反射片1.功能：提供光線在導光板底部的反射面，加強光線利用率。2.材質：PET+TiO23.光學特性白色塑膠材料反射：反射率與厚度成正比相關，因為反射片若是太薄光線會從透明基材部分穿透造成反射率降低。當厚度大於臨界值後反射率不會隨著厚度之增加而增加。4.材料廠商镜面反射漫反射导光板1.導光板功能導光板為邊光式背光模組的關鍵零組件，其主要之功用是將光線由邊緣導向視線方向，故得其名。為達到高亮度及亮度均勻之要求，導光板之光學設計就顯的格外的重要，目的是希望藉由光學設計之手段將集中於邊緣之光線藉由導光板均勻地導到整個視線所及之處。2.導光板常用材質導光板常用PMMA、PC、COC等材質，下表為其一般特性之比較：特性單位PMMAPCCOC(COP)比重-1.21.201.01吸水率%0.30.20.01全光透過率3mm%928892折射率-1.481.591.53硬度-2HBH玻璃轉移溫度℃105145140导光板(二)導光板光學原理一般之導光板材料為壓克力，其折射係數大約為1.48，所以相對之全反射之臨界角大約為42˚，此即意涵著只要入射角大於42˚時光線即會發生全反射之現象，即使入射之光線是打在一透明的面上。扩散片1.功能(1)藉由擴散物質的折射與反射將光霧化(2)將光由小角度出光集中到正面(3)提高正面輝度(4)上擴散片有保護稜鏡片之稜角的效果※說明：光學設計幾乎不需集光特性時重視斜向的明亮度(大視角)2.材質：PET、PMMA扩散片3.規格擴散片在選用上主要考量部材厚度、光線透過率、及散光性(Haze)。常見的擴散片規格如下表品名Haze(%)全光線透過率(%)下擴散片75PBA89.587100PBU89.566100S86.599100SXE89.599100MXE8899100LSE8498上擴散片100TL20.590.5100TL22990125TD330.590扩散片4應用及特性需求應用環境特性需求單片使用1.Haze(霧度，濁度)要高度2.透過率要低3.擴散率要高4.要防止Waving(與厚度有關)下擴散片，上層加Lens1.擴散率要高2.著重與Lens的搭配性上擴散片，(保護膜)1.透過率要高2.Haze要低3.要防止Waving(與厚度有關)4.要防止與Lens吸附產生的光繞射棱镜片1.功能：增加螢幕正面亮度2.稜鏡片的結構與增亮原理：利用三稜鏡的原理，將原本雜散的光線集中在大約70度角的範圍，以增加光線的使用率，組裝時霧面向上，亮面朝下棱镜片3.Lens3MBEF-Series輝度增量LensBrightnessGainBEFⅡ1.53BEFⅡ(Cross)1.967BEFⅢ-T1.51BEFⅢ-T(Cross)1.91BEFⅢ-M1.5BEFⅢ-M(Cross)1.78BEFⅢ-ToverM1.84DBEF1.579BEFⅡ+DBEF2.074BEFⅡ(Cross)+DBEF2.377胶框1、胶框的作用支撑背光模组中的其余组成部件2、胶框的材质目前常用的塑料材质通常为是PC和PC+10%GFPC：聚碳酸酯(Polycarbonate)简称PC是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，也是一种常用光学塑料。GF：玻纤(GlassFiber)注意:添加GF，材料的流动性变差，便于控制尺寸和温度；降低成品的缩水率；提高成品的硬度。但是，GF会腐蚀模具lightbarlightbar组成lightbarLEDLightBar產品類別1.PCB+wireass’y+LED(焊接，點UV膠)2.PCB+CONN+LED3.PCB+FPC+LED（HOTBAR）4.FPC+wireass’y+LED(焊接，點UV膠)5.FPC+LEDlightbarLEDLightBar材料介紹lightbarLEDLightBar材料介紹PCB板在背板模组选用在LED产品应用中，通常需要将多个led组装在一电路基板上。电路基板除了扮演承载LED模块结构的角色外，另一方面，随着LED输出功率越来越高，基板还必须扮演散热的角色，以将LED晶体产生的热传派出去，因此在材料选择上必须兼顾结构强度及散热方面的要求。传统LED由于LED发热量不大，散热问题不严重，因此只要运用一般的铜箔印刷电路板(PCB)即可。但随着高功率LED越来越盛行PCB已不足以应付散热需求。因此需再将印刷电路板贴附在一金属板上，即所谓的MetalCorePCB，以改善其传热路径。另外也有一种做法直接在铝基板表面直接作绝缘层或称介电层，再在介电层表面作电路层，如此LED模块即可直接将导线接合在电路层上。同时为避免因介电层的导热性不佳而增加热阻抗，有时会采取穿孔方式，以便让LED模块底端的均热片直接接触到金属基板，即所谓芯片直接黏着。接下来介绍了几种常见的LED基板材料，并作了比较。PCB板在背板模组选用FPC是FlexiblePrintedCircuit的简称，又称软性线路板、柔性印刷电路板,挠性线路板，简称软板或FPC，具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。主要使用在手机、笔记本电脑、PDA、数码摄录相机、LCM等很多产品。FPC软性印制电路是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路。产品特点：1.可自由弯曲、折叠、卷绕，可在三维空间随意移动及伸缩。2.散热性能好，可利用F-PC缩小体积。3.实现轻量化、小型化、薄型化，从而达到元件装置和导线连接一体化。PCB板在背板模组选用印刷电路基板(PCB)常用FR4（玻璃纤维环氧树脂覆铜板的简称）印刷电路基板，其热传导率0.36W/m.K，热膨胀系数在13~17ppm/K。可以单层设计，也可以是多层铜箔设计(如图2)。优点︰技术成熟，成本低廉，可适用在中尺寸面板。缺点︰热性能差，一般用于传统的低功率LED。PCB板在背板模组选用金属基印制板(MCPCB)金属基电路板是由金属基覆铜板(又称绝缘金属基板)经印刷电路制造工艺制作而成。其热传导率1W/m.K∼2.2W/m.K，热膨胀系数在23~30ppm/K。根据使用的金属基材的不同，分为铜基覆铜板、铝基覆铜板、铁基覆铜板﹐一般对于LED散热大多应用铝基板优点：散热性好，提高了整机和电子设备的耐用性和可靠性，尺寸稳性缺点：相对FR4价格要高PCB板在背板模组选用应根据实际产品应用选择基板材料，低功率LED发热量不大，用PCB基板即可，对高功率LED，为满足其散热要求，采用MCPCB基板，，满足性能要求时，则应考虑其成本