背光模組設計與應用

　　這幾年光電產品突然增加，市面上電子的書籍很多，但光學方面且同時專注在原理及實際演練應用方面的課本或參考書籍卻是不多。本書以快速簡潔的方式直接切入原理與應用，使初學者能夠在讀完本書後，立刻明瞭實際光學設計技巧並能使用。本書先簡潔介紹導光板導光設計原理，隨後各章舉出各種實例，並以zemax, tracepro等光學軟體逐步演示，使讀者可以藉由實例演作而徹底了解幾何光學之應用。本書深入淺出，適用於大學及研究所課程，亦可適用於產業界或光電公司之產品研發如：液晶顯示器、LED、手機、照相機等光學設計課程。

本書特色

　　本書以快速簡潔的方式直接切入原理與應用，使初學者能夠在讀完本書後，立刻明瞭實際光學設計技巧並能使用。

作者簡介

張榮森

　　學歷
　　美國亞里桑那大學光電系博士
　　以色列希伯來大學應用物理系碩士
　　中正理工學院物理系學士

　　經歷
　　Director of Optical Engineering Society of R.O.C.
　　Chairman of Visual Optics Committee
　　President of International Vision Optical Society
　　President of Vision Optical Society of R.O.C.
　　Director of Vision Optical Society of R.O.C.

　　現職
　　國立中央大學光電科學研究所教授
　　中華民國驗光配鏡學會理事長

　　學術專長
　　光電工程、光學設計、視光學、人工智慧、生物晶片奈米光電、微機電製程

序
第一篇　導光板導光設計簡介
第 1 章｜緒　論 3
1.1 前言 4
1.2 液晶顯示器簡介 6
1.3 導光板的分類 8
1.4 導光板的製造 8
1.5 其他功能膜 9

第 2 章｜直下式與側光式的運用與差異 11

參考文獻

第二篇　新型導光擴散元件出光面輝度與均勻性之模擬研究
第 1 章｜緒　論 17
1.1 背景 18
1.2 簡介 18
1.3 文獻回顧 19
1.4 本篇架構 20

第 2 章｜光學理論與光學規格 21
2.1 幾何光學基本原理 22
2.2 光度學（Photometry） 26
2.3 光學規格評鑑 27

第 3 章｜背光模組基本架構與設計 31
3.1 背光模組現有技術 32
3.2 背光模組部材功能說明 34

第 4 章｜新型發光二極體直下式背光模組設計 39
4.1 設計特色 40
4.2 設計流程 40
4.3 光源選用與模擬 40
4.4 LED直下式背光加上新型二次導光擴散元件之設計 43

第 5 章｜ LED直下式背光加上新型二次導光擴散元件之模擬結果與修正設計 45
5.1 初模擬結果 46
5.2 初模擬之逐步分析修正 47
5.3 初模擬之實物樣品（Prototype）之實測結果 49
5.4 實測推論與分析 50
5.5 分析結果與模型 51

第 6 章｜ 修正後新型二次導光擴散元件與LED直下式背光模組光學成效檢討 57
6.1 再次模擬結果 58
6.2 新型式二次導光元件之均勻度測量結果 62

第 7 章｜結　論 63

參考資料

第三篇　新型直下式背光模組設計
第 1 章｜總　論 69
1.1 背景 70
1.2 簡介 73
1.3 方法 73
1.4 結果 74

第 2 章｜背光模組理論 77
2.1 菲涅爾折射公式（Fresnel Equation） 78
2.2 輻射通量與光通量的單位 79
2.3 Lambertian餘弦定律—理想漫射體 80

第 3 章｜偏極光反射板背光模組設計 81
3.1 偏極光反射板與折射板之二維模組建立 82
3.2 偏極光反射板與折射板之三維模組建立 86
3.3 直下式背光模組模擬設定 89

第 4 章｜偏極光反射板背光模組模擬與分析 93
4.1 光均勻度的定義（Definition of Irradiance Uniformity） 94
4.2 模擬結果 94

第 5 章｜直下式背光模組結構 107
5.1 直下式背光模組簡介 108
5.2 專利概述 108
5.3 新型背光模組結構設計與模擬 110
5.4 模擬結果 112

第 6 章｜結　論 123
6.1 偏極光反射板背光模組設計 124
6.2 直下式背光模組結構 124

參考文獻

第四篇　側入光式導光板之模擬及光學特性分析
第 1 章｜緒　論 129
1.1 前言 130
1.2 背景與動機 130
1.3 本篇架構 132

第 2 章｜背光模組相關技術介紹 133
2.1 光學基礎理論 134
2.2 背光模組各部材簡介 138

第 3 章｜平板導光板光學模擬分析 159
3.1 模擬簡介 160
3.2 模擬結果 161

第 4 章｜結論 167

參考文獻

第五篇　背光模組偏振態分析與增亮之應用
第 1 章｜緒　論 173
1.1 前言 174
1.2 背景與文獻回顧 174
1.3 目的 175
1.4 特色 177

第 2 章｜原　理 179
2.1 光的偏振 180
2.2 布魯斯特角（Brewster’s angle） 184
2.3 經由反射形成的偏振-TM wave（或稱為P wave）與TE wave（或稱為S wave）反射率比較 186
2.4 偏振度（Degree of polarization） 188
2.5 半波片特性及其在背光模組之應用 188

第 3 章｜實驗方法與研究設備 197
3.1 實驗方法 198
3.2 研究設備 200

第 4 章｜實驗結果 205
4.1 背光模組面內之偏振態與位置依存性量測結果 206
4.2 半波片對亮度與視角均勻性的補償結果 208

第 5 章｜結論與展望 231

參考資料

第六篇　LCD背光模組部分偏振光之有效利用及結構簡化
第 1 章｜緒　論 237
1.1 背景 238
1.2 簡介 238
1.3 背光模組耗能 240
1.4 特色 244

第 2 章｜理論介紹 249
2.1 基本光學描述 250
2.2 偏極化現象的改善 257
2.3 均一性和光強利用率的改善 261

第 3 章｜實驗器材與方法 263
3.1 實驗用設備 264
3.2 實驗用材料 265
3.3 實驗方法 272

第 4 章｜實驗結果與討論 277
4.1 傳統背光模組之亮度 278
4.2 傳統背光模組和偏光片之亮度 279
4.3 旋轉偏光片後之亮度 280
4.4 使用液晶調整片後之亮度 282
4.5 傳統背光模組和SWV Film之亮度 284
4.6 傳統背光模組和Retardation Film之亮度 286
4.7 傳統背光模組、1/4λFilm和SWV Film之亮度 287
4.8 使用AG Film和SWV Film取代Diffuser之亮度 289

第 5 章｜結　論 291
5.1 均一性的改善 292
5.2 偏極化現象的改善 292
5.3 光強利用率的改善 292
5.4 背光模組結構簡化 292
5.5 週邊元件的減少 293
5.6 環保 293

第 6 章｜未來展望 295
6.1 製造的方式 296
6.2 製造材料 300
6.3 未來展望 300

參考資料

附錄一　Polarized Backlight Design and Simulation
附錄二　 Rong-Seng Chang*, Jang-Zern Tsai,Tung-Yen Li, and Hsiang-Lin Liao,"LED Backlight Module by Lightguide-Diffusive Component ," Journal of Display Technology, vol 8, NO.2,February 2012
索引