导光板技术专题.docVIP

导光板技术专题（二）之LCD用散乱型聚合体导光板 ?2007-6-27 光散乱聚合物导光板 所谓的光散乱聚合物（polymer）导光板是在聚合物矩阵（matrix）内形成微细（micro）不均一结构，使聚合物导光板具备光导波与扩散射出光线之机能，进而获得高辉度照明用光散乱效应。换言之光散乱聚合物导光板是控制可吸收光线之微细不均一结构的相对折射率与不均一结构的大小，获得多重光散乱效果，使光线在没有损耗的环境下均匀且朝特定方向扩散射出。图20（b）是光散乱聚合物导光板所构成的背光照明单元，一般而言它的辉度比传统背光照明单元高二倍左右。 在密度均匀的媒体中若存有折射率相异的两种材料时就会引发光散乱现象，如果能够控制材质相异之不均一结构时，就可控制散乱光的特性。光散乱聚合物就是根据光散乱理论与多重散乱分析法，精密控制这种不均一结构，进而达成液晶显示器的背光照明单元实用化的目标。 （a）、光散乱理论 利用下式（1）～（5）Mie散乱理论可求出真圆球状粒子的散乱光强度分布I（α，θ）。 图21是由单一粒子求得的散乱光强度分布图，之后再利用Monte Carlo法进行光散乱聚合体导光板的多重散乱分析。 （b）、多重散乱分析 三次元多重散乱仿真分析用程序是根据可导引光散乱聚合物导光板之光子（photon）行进方向以及测光路径长度，和决定反射、折射之Monte Carlo法制作撰选。接着要介绍计算步骤，所谓的光子是为分析光场的确率性，因此将假想性光粒子视为假设物，散乱光的方向以极坐标系的θ与ψ两角度表示，散乱角θ是先根据Mie散乱理论求出光强度分布，再用累积分布关数F（θ）（上述之式（6））算出，之后用随机数random 1（零到1之间的相同随机数θ）决定散乱点的光子行进方向θ。 一旦决定θ角度，散乱光强度的ψ角度同样使用random方式决定。光子的预测光路长度L根据式（8）定义的衰减系数σ，利用随机数random 2（由零到1之间的相同随机数） 式（9） 求得。 ? 此处C表示浓度， Qsca表示利用Mie散乱理论求得的散乱效率。反射与折射则是将各反射率与各光线的入射角与导光板的折射率利用上述手法求得。以上的计算作业都是以105~106 个光子为前提。 （c）、光散乱聚合物的应用 为满足实际背光照明单元应用上的需要，因此利用以上介绍的分析法做最佳化设计。首先假设不均一结构为真圆状散乱粒子，之后量测被反射膜包覆之冷阴极灯管的出射光的特性与灯管的光线频谱，再利用这些数据加以计算。图22是四吋单灯管的光散乱聚合物导光板内部光子轨迹模拟结果，图中的「×」符号表示光子的出射点，由图可知根据多重散乱之均一效益，由出射面整体所释出的光线非常的均分。图22（b）与（c）显示浓度计算结果出现比最佳值更高或更低的现象，依此结果可决定画面辉度均一性的最佳化设计方法。 图23（a）是图22画面中央部位的出射光profile，出射光profile的角度定义如图23（b）所示。由光散乱聚合物导光板射出的光线与法线方向呈600 倾斜，因此图24的集光棱镜膜片朝法线方向作角度粘贴。此外由于出射光的角度随着画面大小与形状改变，因此必需逐一解析出射光的profile，具体方法是先制作集光棱镜膜片分析用仿真程序，再将分析后的出射光的profile作棱镜膜片角度θ1，θ2 最佳化设计。根据计算结果所制成的背光板照明单元的辉度特性如图25所示，它的辉度是传统背光板照明单元的二倍左右，非常适合要求高辉度的新世代液晶显示器使用。 由图25可知光散乱式聚合物导光板具有很优良的视角特性；图25（b）是传统散乱式印刷型导光板的视角特性，它的视角超过400时几乎没有光线射出，这对液晶显示器而言意味着画面得辉度会急遽改变进而影响显示特性。 图26是光散乱式聚合物导光板所构成的背光照明单元实现高辉度化的动作原理；图26（a）是传统光散乱式印刷型导光板的结构，由冷阴极灯管射入导光板的光线被导光板底面的印刷网点散乱，因此散乱光几乎没有指向性，之后散乱光经由导光板正面不具直视性的扩散膜片朝广角方向扩散，最后再利用两片集光棱镜膜片将扩散光收敛提高辉度。相较之下光散乱式聚合物导光板则是使射入导光板的光线透过导光板的不均一结构散乱，由于控制不均一结构的大小与相对折射率，因此后方的光线散乱很少，这种特殊结构所引起指向性极强的前方散乱，导致适度的散乱与柔和的视觉效果。? 实际上液晶显示器的画面色彩均一性取决于视角特性与法线方向的均一性，一旦发生明显的色彩不均时就不具商品实用价值，而Mie散乱理论却可控制不均一结构防止色彩不均现象弥补上述缺憾。 图27是利用Mie散乱理论计算的散乱效率，横轴ρ为散乱效率，D（μm）为粒径，n为矩阵（matrix）与散乱因子的折射率差。换句话说如果把散乱