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研究生: 蔡宗憲
Tsung-hsien Tsai
論文名稱: 背光模組之專利分析與模擬設計特性優化
Patent Analysis and Optimization in Simulation Design for Backlight Modules
指導教授: 廖顯奎
Shien-Kuei Liaw
口試委員: 許根玉
none
楊盛如
none
黃忠偉
Jong-Woei Whang
李志堅
Chih-Chien Lee
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 光電工程研究所
Graduate Institute of Electro-Optical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 背光模組專利增亮膜混光腔
外文關鍵詞: backlight module, patent, brightness enhancement film, mixture of the cavity
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  • 本論文主要是針對背光模組中增亮膜與混光腔結構做特性優化,藉由模擬軟體LightTools的輔助進行模擬與分析,達成高顯示品質的背光模組設計。其中針對背光模組零組件中的增亮膜進行專利資料檢索,檢索的對象為3M公司與台灣知名廠商,由檢索的專利進行技術分析可以了解,目前使用在液晶顯示器背光模組中的增亮膜,以3M公司的增亮膜結構最為普遍使用,但在組裝時容易產生的良率不佳的問題,對其結構的光強值與輝度增益值也有改善的空間。因此本論文建構了鏡面對稱的方式,讓增亮膜的單位結構對稱,使得光場的分佈較均勻;並以模擬軟體進行模擬,探討參數變異的影響,選擇側邊底角45度、圓頂角曲率半徑為2μm的條件下具有最佳的軸向光強值,隨著曲率半徑變大視覺死角的現象不再那麼的明顯,因此圓頂角曲率半徑可以依據應用端的不同做設計;本論文所設計的增亮膜在±35度之間的光強值與輝度增益值明顯較傳統3M設計來的高,在光強值方面約提高8%,在輝度增益值約提高16%,且具有防刮、適度消除顯示條紋與靜電過高等優點。使用紅、綠、藍發光二極體為背光源來提高顯示的色域表現,因而設計混光腔結構,利用積分球是一個均勻混光腔的特性,作為混光腔結構是否能達成均勻混光的一個標準,將模擬的結果與積分球量測的數據做比較,做為優化混光腔設計的目標,以達到均勻混光的效果。經由模擬與量測數據比較的結果,選擇混光腔長度3.5mm,出光口長度3mm時,色座標(x, y)最大差異量約0.03~0.04左右,出光效率63.1%;在此結構下改變側邊斜面角度為25度,色座標(x, y)的最大差異量約0.03~0.05左右,出光效率可再提高5.7%。將此結果與Lumileds公司所設計的混光腔出光效率為52%做比較,本論文結構的出光效率明顯較高,且可以同時達到均勻混光的效果。


    This thesis aims to optimize the backlight module in an optical system, using the Lighttools software as a simulation tool, we search the patents correlating with brightness enhancement film (BEF) in backlight module of the 3M Inc.. We also study the patents assigned by several well-known Taiwan companies in this field. First, we analyze those patents contents to understand the technical trends and characteristics. According to technical analysis of patent, we propose a mirror-symmetrical technical to produce a more uniform spreading of luminous flux in optical lighting film. We design the base angle in 45 degrees and the round vertex in 2μm radius of curvature. This technology can eliminate “wet-out”, solve the “Morié” problem, and prevent the optical film from scratching during assembling process. The optical film design we proposed are obviously better than 3M’s BEFs. It can confine the emitting angle from -35 to 35 degrees to get 8% increase in axial gain and 16% in brightness gain. For the use of RGB LED as a backlighting source to improve the color performance of the display, mixing cavity design is adopted. Since integrating sphere is a mean to uniform mixture of the cavity, we compare the results obtained from simulation and experimental measurement in order to mix the RGB colors into a uniform white light. We choose the mixing cavity length of 3 mm and the emitting surface length of 3.5 mm. The result of light emitting efficiency is 63.1%, and the maximum difference of 1931 color coordinates (x, y) is 0.03 to 0.04. When the side slope angle increases from 0 to 25 degree, the light emitting efficiency will also increase by 5.7%. Nevertheless, the maximum difference of 1931 color coordinates (x, y) is only about 0.03 to 0.05. Compared these results for the mixing cavity in the thesis and made by Lumileds Inc.. Obviously, our design has higher light emitting efficiency.

    摘要 Abstract 誌謝 文目錄 圖目錄 表目錄 第一章 緒論 1.1 前言 1.2 研究背景與動機 1.3 論文架構 第二章 專利與背光模組概述 2.1 專利概述 2.1.1 專利的特徵性 2.1.2 專利地圖 2.1.3 專利資料庫 2.2 背光模組結構 2.3 背光模組產業與專利概況 2.3.1 背光模組零組件成本比重 2.3.2 背光模組產業概況 2.3.3 台灣背光模組專利概況 第三章 背光模組系統建構與模擬驗證 3.1 基礎光學理論 3.1.1 幾何光學 3.1.2 斯乃爾定律(Snell’s Law) 3.1.3 臨界角與全反射 3.1.4 雙向散射分佈函數(BSDF) 3.1.5 藍伯琴散射(Lambertian Scattering) 3.1.6 光學單位 3.2 增亮膜模擬驗證 3.2.1 模擬軟體簡介 3.2.2 建立模擬模組 3.2.3 模擬分析的定義 3.2.4 模擬正確性驗證 第四章 增亮膜專利分析與結構設計 4.1 背光模組之增亮膜專利檢索 4.1.1 台灣廠商專利檢索 4.1.2 3M公司專利檢索 4.2 增亮膜技術專利分析 4.2.1 台灣廠商專利分析 4.2.2 3M公司專利分析 4.3 增亮膜結構設計 4.3.1 結構設計的目的 4.3.2 增亮膜結構的特性優化 4.4 本章小結 第五章 RGB LED背光模組之光學設計 5.1 CCFL與RGB LED光源 5.2 RGB LED應用於背光模組技術 5.3 RGB LED量測與模擬應用 5.3.1 1931 CIE-XYZ 標準色度系統 5.3.2 RGB LED於積分球之量測 5.3.3 重建白光於模擬系統 5.4 RGB LED混光腔設計 5.4.1 結構設計的原理 5.4.2 改變混光腔長度 5.4.3 改變出光口長度(圓弧半徑) 5.4.4 改變側邊斜面角度 5.5 本章小結 第六章 結論與未來展望 6.1 結論 6.2 未來展望 參考文獻

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