| guoshantao |
2010-04-18 19:15 |
LGP development technology
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一. 前言: Cw
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隨著液晶顯示器(TFT-LCD)在市場上廣泛的應用，且市場需求也與日俱增,為改善產品在材料上所需較高的成本,以及高品質的要求下，業者不斷的開發更精良的技術,以降低生產成本，提昇產品競爭力。其中導光板占背光模組材料成本約17% (見圖一)，因此在降低材料成本的前提下，在生產自製及技術開發是背光模組廠積極努力的方向。目前背光模組的重要元件導光板，因技術及材料仍掌握於日本廠商手中，尤其印刷式的平板材料，所以取代之道是將光學設計直接構裝於射出的導光板上，掌握導光板的生產及成本，降低對日商的倚賴度。 %<)2/|lCd
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圖一 背光模組成本結構[1] c#XXp"7k2
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二. 印刷式(print)與非印刷式(print-less)比較: ?274uAO'
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以往導光板印刷為將光源均一化分布的常用方式，已提高面板之輝度以及面板亮度之均勻性，現行材料為Acrylic材質，因其透光度近似於石英玻璃，且成品低簾，成形容易，重量輕，易加工等優點，其光傳導理論在SNELL定律，Pattern的趨勢為從入光處到出光處，點由小到大，Pitch為疏到密。其製程可概分為印刷式(print)及非印刷式(print-less)。 Bgn&:T8<
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2.1印刷式導光板 Rvkedb
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印刷式的製程是利用含高發散光源物質(如SiO2 及 TiO2)的印刷材料，適當的分布於導光板底面，借由印刷材料對光源吸收再擴散放出的性質，破壞全反射效應造成的內部傳播，使光由正面射出並均勻分布於發光區，但因出光的散射角較大及印刷點亮度對比較高，必須使用較厚的擴散板(覆蓋)及稜鏡片(集光)達到其光學與外觀要求。印刷方式的導光板常用在中,大型的背光模組及設計試作階段，以減少模具費的使用[2]。 3oBtP<yG.
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圖二 印刷式導光板製造流程 bo,_&4?
印刷流程如圖二，首先將LGP板材裁切成設計所須之形狀，將裁切下來的板材用靜電機除塵去電並交給印刷者，檢視有無刮傷不良，把導光板平放於印刷機台桌面製具上，油墨倒於網版內並且覆墨印刷，取出印好的導光板平放於乾燥機做第一次乾燥，檢視人員由乾燥機出口取導光版並作檢視不能有畫面不均的圖樣，將乾燥架推入UV爐以UV光進行造射。將乾燥架推出靜置乾燥至少60分鐘，將乾燥後之導光板抽樣組裝做畫面鑑定，將畫面鑑定OK的導光板再執行光學及平坦度測試即可。 3YeG$^y"
網板製作過程，首先張網並將網紗洗淨，網紗吹乾並已35℃烘乾15分以上，塗上感光乳劑（前後各一次）再以35℃烘乾15分以上，底部再上乳劑、烘乾（三次），放入暗箱存放48小時，感光前以45℃烘乾10分乾燥，測膜厚（58μm、張力1.55～1.65），貼上底片以紫外線暴射，吸真空（40～50mmHg），洗淨6次烘乾6次，最後檢查膜厚及張力即可。 5Iy|BRU(%
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2.2非印刷式導光板 }HL]yDO
Print-less LGP 一般是採用射出成型(Injection)的方式，將pattern的設計轉移到模具上，取代傳統印刷方式，使用非印刷式導光板的輝度可增加10﹪左右。[3] ,QOG !T4
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圖三 射出式導光板製造流程 !xz eM VI
射出導光板流程如圖三，首先將PMMA射出材料烘乾並自動送進進料螺桿，廠商控制模具及進料螺桿溫度，開始PMMA材料充填完全後再將安全門打開，模具隨即開模後將導光板頂出，把導光板放入拋光機內，gate處朝刀口放置並將成品往前推送，壓住氣壓缸即開始拋光，雙手取出導光板目視檢查拋光面後，放入tray盤內。檢查導光板是否有黑點、亮點、刮傷、異物、銀線、結合線、縮水、拋光、翹曲、網點轉寫不良，並紀錄缺點與數量。並檢查導光板四邊端面是否有平整、毛邊、缺口、髒污、刮傷。 <vnHz?71c
目前一般背光模組廠商在印刷導光板的設計及製作上已相當成熟，而非印刷是在大尺寸的面積不易控制及有外觀上不良的問題，表一為印刷和非印刷製程的比較。 GSY(
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表一 印刷和非印刷製程的比較表 ,oORW/0iS
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2.2.1化學蝕刻法(etching) :lX!\(E2
將圖樣以感光性乾模轉印在模具鋼板上，利用模具鋼板易被氯化亞鐵溶液腐蝕之特性，加以曝光顯影後以氯化亞鐵溶液進行侵蝕，將模具鋼板侵蝕成設計圖樣。由於化學侵蝕之速率控制不易，且無方向性，化學蝕刻所得之表面平整性不佳等因素，不易獲得高光學效益之成品。 ~9?cn
化學蝕刻製造流程如圖四，選擇厚度均一，表面沒有任何刮傷及毛邊的模具鋼板，首先將模具鋼板脫脂水洗，把光阻塗佈於鋼板上，乾燥後經光罩曝光顯影蝕刻製作成stamper。以此法模具射出形成的導光板網點直徑約為200-300μm。 [=x [ w70
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圖四 化學蝕刻製造流程 Hj'x Atx5
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2.2.2電鑄法 >lmi@UN|k
將設計好的導光板圖樣利用半導體製程中的光罩曝光顯影，將圖案轉印於光阻膜上，圖案經熱熔等後續加工形成所設計的半球圖樣。再利用精密電鑄方法將圖樣複製成鋼板模仁。此法製作出的導光板，可依導光板圖樣的設計對光源做有效的射出調整，加上導光板圖樣平滑的鏡面外表及特殊幾何形狀，可使光能的損失達到最小。[3] ~Xw"} S5
電鑄法在輝度及均勻度上優於其他製程產品，缺點是利用電鑄翻膜的模仁耐用性明顯不如模具鋼之使用壽命，及電鑄翻膜的電化學反應速度慢，影響產品設計時程。 hMzs*gK
電鑄製造流程如圖五，以此法模具射出形成的導光板網點直徑約為40-50μm，亂射面設計能破壞光源之全反射並控制光源射出導光板面角度的分布，網點的數量多寡對光源作有效率的控制。 E_gD:PPU5
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圖五 電鑄製造流程 )r';lGh2#
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2.2.3機械刻畫法(V-cut) x"e RJii?
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利用鑽石刀具及超精密加工機在模具鋼上，依所設計之導光週期圖樣進行表面加工(V-cut)。而超精密加工機與高穩定性的加工平台為必要條件。目前高品質的射出式導光板大都以此法進行模仁製作。 Y} @ &h!
機械刻畫法製程如圖六，以鑽石刀具及超精密加工機，利用NC程式在模具鋼上加工，以切削的方式製造出一條條長溝形的結構(溝寬50-200μm、深度15-100μm)，使光源由導光板正面射出，由長溝之寬度及深度控制出光面之光學強度及性質。 ?42<J %p
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圖六 V-cutting製造流程 E^Y#&skXp3
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2.2.4 雷射法(Laser) @(l^]9(V\
雷射法是利用電腦控制CO2雷射光束(λ=10.6μm)，將設計好的圖樣直接刻劃再鏡面處理過的PMMA導光板上。此方法需要足夠的能量及夠細的雷射光束，配合高解析度及穩定度的工作平台，同時雷射能量之條變性要高，方能達到完整之圖樣。雷射製造流程如圖七所示。 y9_V
印刷法與雷射法出光原理示意圖如圖八，印刷法由於是利用平均直徑為25μm高發散光源物質TiO2，印刷成約直徑約500μm的反射點(如圖九)，因此每一個反射點都是由很多的TiO2所組成的，所以光的反射會是很多的點產生散射造成光能的損失(如圖八所示)，相反的雷射法所產生的反射點為一平滑圓弧面，其光的反射會是一平滑圓弧面產生反射，減低光能的損失並提高正面輝度。 2^XGGB0
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圖七 雷射製造流程 -1Jg?cPz k
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圖八 印刷法與雷射法出光原理 ,t}vz 7
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圖九 印刷法的反射點 ;1#H62Z*
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印刷式與雷射式在17”導光板搭配不同film之輝度值比較如圖十所示，由圖十可以看出雷射式導光板在搭配上下diffuser加BEF比印刷式提高輝度23﹪，及搭配上下diffuser加BEF、DBEF-D比印刷式提高輝度16﹪，此兩種搭配方式輝度提昇最為明顯。 y@]_ +2Vo
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圖十 印刷式與雷射式在17”導光板搭配不同film之輝度值比較 r)qnl9?;`]
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2.2.5 非印刷式優缺低點比較 2`.cK 3
非印刷式包括化學蝕刻法(etching)、電鑄法、機械刻畫法(V-cut)及雷射法(Laser)，其優缺低點比較如表二所示。 X$ %'
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表二 非印刷式優缺低點比較
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