LED内嵌式复合式光学膜片设计与制造技术.PDFVIP

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告 LED內嵌式複合式光學膜片設計與製造技術 研究成果報告(精簡版) 計 畫 類 別 ： 個別型 計 畫 編 號 ： NSC 99-2622-E-110-001-CC3 執 行 期 間 ：99年06月01日至 100年05月31日 執 行 單 位 ：國立中山大學機械與機電工程學系（所） 計 畫 主 持 人 ： 潘正堂 處 理 方 式 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，研究成果報告(精簡版)2 年後可公開查詢 中 華 民 國 100 年 08月 04 日 研究摘要 ： 傳統的液晶顯示器的背光模組使用多層光學膜片。一般採用透明的光學材料作為擴散膜等其他 光學膜片輔助，才能將點光源或線光源有效的轉換成均勻的面光源，這些多層的光學膜片增加 背光模組的厚度造成重量及成本負擔。所以本計畫對於側光式LED 背光模組主要目標為降低 成本、節能、減少熱源、高亮度及高均勻度等。因此，對一新的光學膜片進行設計與製造。利 用 FRED 光學仿真模擬軟體設計內嵌式複合光學膜片。此光學膜片具有三種結構，包含了膜片 的上、下兩面和內部的結構。內部結構的製作，是利用 UV 雷射雕刻技術製作。內嵌式具結構 有導光及擴散之光學功能。在膜片上方製作聚光型微結構，能夠達到正視角聚光之功能，此結 構稱為微透鏡陣列。在膜片底面，設置了反射結構，可將來自內部的光反射再利用。 主要有以下工作項目:1.將利用FRED 光學模擬分析多層及單層內嵌式微結構之出光效率；2. 對於內嵌式微結構與外部結構的尺寸及幾何形狀的最佳化分析及設計；3 進行雷射雕刻之參數 實驗。此內嵌式複合式光學膜板可以取代傳統多層光學膜片，使側光式背光模組夠達到高亮度 及均勻度，並降低光學膜片之成本。 人才培育成果說明： 透過UV雷射製作玻璃導光增亮技術開發，奠定研究人員在模擬及製程上之能力，參與 的研究生日後可運用於微機電系統有關的產業。而利用光學模擬軟體進行光學模擬對背光模組 製作之能力提升，與廠商合作能了解其製程及量產上的問題，透過基本的了解，使得研究人員 產生更新且可行性更高的創意，以提出更新之產品開發。 技術研發成果說明 ： 模擬設計 本實驗設計之複合光學膜片為圖 所示，包含光源、置於出光面與反射面的三角微結構陣1 列、有導光擴散效果的內嵌雷射微結構等，FRED模型建立則如圖所示。圖2 3為光學膜片的光 線行進路線圖。將設計一系列參數包含四因子：A.內嵌雷射點之間距、B.內嵌雷射點之層數、 C. 出光面與反射面結構配置、D.三角微結構陣列之參數設計。利用田口法進行模擬並利用S/N 值計算變異數，並利用其變異數計算各顯著因子的貢獻度。表 1為填口法設計之四因子及三組 水準之參數表。表 則為2 9組光學模擬參數配置與模擬結果S/N值計算。並利用其變異數計算各 因子之貢獻度整理於表 3中。最後將選定由模擬結果最佳的 NO.3與最差NO.4的參數配置來實際 製作背光模組，並進行光學量測與模擬結果相驗證。另外並製作NO.9之參數配置，驗證底面 光學結構之反射效果，圖4為NO.3 、NO.4 、NO.9與無結構之裸片的模擬光強數據圖。 圖 1 本計畫設計之複合式光學膜片 圖 2 FRED模型圖 圖 3 光線行進路線圖 表 1田口法設計之 4個因子及 3 組水準 Factor Level 1 Level 2 Level 3 A. Pitch of Laser dot (μm)