超高畫質、薄型化、省能與環保等訴求是今年顯示器廠商與技術所追求的目標，也是展覽會場首次LCD TV尺寸大幅超越PDP的一年，LCD追求極致的發展，背後除了液晶面板技術的不斷突破外，背光源技術亦是相互搭配。以Sharp 52 吋超薄型LCD TV簡約架構的雛形機為例，以RGB LED光源與調整後的面板搭配，色彩顯現NTSC達到150%，呈現夢幻的豔麗色彩，在最薄厚度20mm與最厚29mm的距離之內，將現有的新型光學系統充分利用。Toshiba在這次展覽中也宣示了未來超薄LCD螢幕的目標，除了液晶面板玻璃厚度降至0.2mm以下外，中尺寸之LED背光模組的厚度也會降到0.2或0.3mm左右，這與EL顯示器的發展產生相對的競爭性。表一整理了近日各廠商新發表薄型LCD產品的規格技術特色，SONY 11吋3mm EL超薄display與Sharp 12.1吋2.88mm厚度的LCD display就是一個實證，一般的背光模組包括LED或CCFL燈源與光學膜片間隙就不只兩公分，厚度的壓縮，背面的意義是表示新一代背光模組的產生。可以想見的，特殊LED光源與光學帽的使用，高穿透、高擴散率之混光光學擴散板與複合光學增亮膜，都可以在會場上見到，三百多家的參展廠商中，材料廠商約略有一百多家，其中與光學膜相關的廠商就佔了1/4左右，相關的技術競爭激烈可想而知。

表一、2007薄型化LCD產品整理

資料來源：工研院材化所/材料世界網

高輝度擴散板（High Gain Diffuser）
在輕量、超薄與高效能的前提下，HGD(High Gain Diffuser)對於線型光源與點光源的擴散能力是薄型化背光模組的關鍵，也是廠商極力想表現的地方。表二整理出這次有HGD擴散板的廠商，薄型化需要更大的擴散率與穿透率，也代表與燈源更近的距離，更是需要耐熱與尺寸安定性，低吸濕性與高Tg材料是主流。擴散板上的結構也可以分做兩類，以prism與micro lens 為主、例如旭化成（AsashiKasei）Delaglas^TM DL2，改變擴散粒子的濃度以提升穿透率(73%)，在同時進行表面微結構的成型，可以補強擴散率的不足。以32吋直下式背光模組為例，DL2 HGD與兩片擴散膜和一片DBEF搭配，可以達到消除燈管明暗與高輝度的需求，其製程採用連續押出成型的方式，選用低吸濕的改質壓克力系高分子塑料，相對之下就不會產生收縮變形等問題，表面硬度也有2H，同時強調大尺寸LED光源的擴散特性上（如圖一所示）。LED點光源的亮度集中，發散角小，一般無表面光學結構的擴散板必須要拉長燈源間距與增加霧度（擴散粒子濃度）兩種方式才能達到勻光效果。    

表二、FPD2007 High Gain Diffuser 產品整理

資料來源：工研院材化所/材料世界網

圖一、旭化成高輝度micro lens擴散板DL204應用在LED背光源
資料來源：Asashikasei FPD2007

不過以上兩種方式都不是最經濟有效的方法，利用表面光學結構可以有效降低燈源間隙與光穿透率，這是薄型化LCD TV所需要的，表面光學結構之擴散效果與擴散板中擴散粒子濃度經過平衡後，以達到最適化的光學擴散與穿透特性。OPTES所展示的HGD如圖二所示，使用高透光性與低吸濕性的ZEONOR高分子材料與擴散粒子摻混，射出成型的表面微結構擴散板與一般穿透率55%的擴散板，在LED矩陣行背光模組（LED排列間距16mm，擴散板間隙14.5mm）中可以將光源的明暗帶均勻化，在提高LED排列間距的同時達到LED顆數使用量減少，進而降低能源消耗與背光源成本。使用在CCFL的背光模組中可以將燈源與擴散板的間距由原先的15mm縮減至8mm，表面微結構是採用prism或是pyramid的微型結構，結構成型性與尺寸安定性跟COP材料的流動性與收縮率息息相關。

就這次展覽中帝人化學（TEIJIN）與SABIC所展示的HGD，不管是光學特性與耐環境特性都有明顯的改善與證明，以PC為擴散板材料，所強調的是耐熱與一體成型性，最明顯的就是觀察色度，以帝人化學為例，圖三這次展覽的Panlite 表面微結構擴散板，除了輝度表現可以增加6%以外，針對防火與UV抗老化特性也加以說明，對光源的色度影響不大，Panlite HGD經由特殊的配方下，長時間的ΔXΔY色度變化都可以控制在0.02以內。韓國廠商KOLON所生產的EverRay擴散板以雙面micro lens搭配擴散夾層的三層結構來提升輝度與確保均勻性，較一般所使用的柱狀鏡（lenticular）或是Prism微光學結構，雙面的micro lens array可以彌補漏光的情形，加強對於光線的聚焦或是擴散的能力。

 
圖二、OPTES HGD 將燈管間隙由15mm縮減至8mm
資料來源：JSR FPD2007

 
圖三、帝人化學Panlite HGD
資料來源：TEIJIN FPD2007

新型複合式光學膜
複合式光學膜名詞出現許久，早期是幾種不同功能的膜片相堆疊後的功能累加，最常見的就是擴散膜與Prism的結合，強調擴散與集光二合一，在PET兩面進行加工，一面成型prism，一片塗佈擴散粒子。由GE發展出的Illuminex則是熱塑雙面微結構壓印成型的方式來製作擴散增亮膜；3M對於目前低價的三片GD背光模組也展出了比較，對於大尺寸高解析、對比與高色彩飽和度要求的LCD TV，使用3M產品似乎還是最佳的選擇。這次展示了將BEF與DBEF合而為一的MF5-480以及於LED背光源所專用的LED efficiency Film(LEF-D)LEF-D2 -350光學膜片（如圖四所示），以RGB三混色的背光模組上，其特色在於針對LED光譜與光型進行DBEF折射層的調整，藉以達到最好的回收效率。LEF相較於一般CCFL所使用的DBEF可以增加10%的輝度，在與HGD的搭配上，雖然因為HGD組合不使用BEF而降低些許10%的正視角輝度，但LEF一樣也有5%輝度的提升。比較有趣的是，色偏降低了一倍，顯示目前DBEF對於RGB LED背光源的色度是有影響的，LED RGB雖然有絕佳色彩飽和度，但是受現有光學膜、偏光膜與彩色濾光片之影響，會降低NTSC％。

圖四、3M LED efficiency film(LEF-D)輝度與光分佈表現
資料來源：3M FPD2007

其它類似BEF改良版的產品有Suncrysta的稜鏡片SPX-F宣稱有自有技術開發的五項優點，另外KOLON的擴散增亮膜將prism側壁結構凹槽上進行加工修飾，可以在單面的光學效果上同時擁有prism的集光與擴散光散射效果。LGS也是持續在展場上推銷雙面成型的複合式光學膜片HLAS。擴散膜除了擴散、修飾與保護的功能，Gain Diffuser sheet與light diffusion control也是功能的再進化。Luminit與MNtech是代表，Luminit的擴散膜強調擴散光場的控制，如圖五所示，擴散膜藉由表面的擴散微結構的修飾，可以將光擴散的分佈進行變化，線型非規則結構可以將點光源擴散成線光源，而圓形的不規則結構則可以將點光源擴散成橢圓與正圓，利用擴散膜調整光場擴散的方向，對於垂直或水平的視角上與增亮膜相互搭配應該會有所幫助。MNtech也有一系列的GD與類BEF設計，MNtech採用的是軟壓印技術，可以增加良率與成型均勻度的控制，在複雜光學結構的成型上較為容易，成本也較為低廉。UTE30就是很有趣的例子，同時結合波浪的菱鏡結構與micro lens，有彎曲變形的類菱鏡片與微鏡片結構巧妙的相結合，絕不是機械雕刻可以製作的型態，MNtech為微結構的變化性與製造方式開啟了另一種可能路徑。

圖五、Luminit Diffusion Control Film
資料來源：Luminit FPD2007

薄型化背光源設計
完美的薄型背光源如同OLED一樣，大面積化技術已經是趨近成熟，但是比較售價與壽命，LED還是算比較可以接受的光源。LED的亮度與效率在照明與背光源上已經不是問題，如何將LED充分應用到背光源，需要透過光源的設計，各大LED光源廠，都針對薄型化LED光源、薄化導光板與光帽等搭配設計，舉例來說。Stanley corp.12吋導光板經由LED燈條的入光設計，由原本的厚度0.65mm降至0.55mm，可以將重量減輕30%，在光學材料價格日漸高漲的時代，材料成本就降了1/3。但當導光板越薄時，光的耦合效率就會越差，目前常見的LED晶粒都大於0.3mm，需要特殊設計的耦合器才能有效將光源引入導光板中，會場中所有的LED製造商都有這樣的相關產品設計。

Toshiba LED薄型背光源當導光板厚度小於0.5mm時，為了維持表面出光效率，會有日趨複雜的出光結構設計如數um的V-CUT與micro Lens等。傳統的射出成型技術在這些微結構成型上會遇到瓶頸，取而代之是熱壓成型的製程，無論是批次或連續熱壓的製程都有廠商在進行(TOSHIBA等)。熱壓的薄片厚度就無限制，從50μm以上到5000μm之間，都可以成型，NTSC>90%以上的高畫質大尺寸薄型LED背光源需要考量到RGB混光距離、光場與光效率，TAMA在前年就發展出特殊的光杯反射的方式，同時將RGB混光與反射到正視角，中心最高亮度的部分用反射檔掉，此設計雖然可以均勻混光，但會耗損LED光源。

新一代的設計則是改採微透鏡陣列的方式，同時進行混光與擴散，這樣的設計除了可以縮短背光間距外，在封裝便利性與光源效率上都有很大的改善，TAMA的LED light Bar所呈現的就是混色後高純度的白光，在透過HGD就可以將背光源均勻化。

新穎技術的發展
綜觀這次FPD展，有需多令人驚豔的新穎技術出現，不管是光學膜技術還是製程技術都可能是未來的LCD重要元件。背光光學膜片中常被人忽視的就是反射片，但反射片是光回收機制中不可或缺的，一般是高反射率的銀反射或是多孔隙白反射片，Sekisui化學利用發泡技術與thermal molding技術，將PP發泡材製作成微型碗狀，可以增加LED正向光源的亮度，圖六與圖七可以明顯看到輝度差異性，經由平板的反射片回收反射可以增加50%亮度，但微型反射杯則可以增加近100％的亮度。

擴散粒子塗佈式擴散膜似乎已經達到極限，同時具備高穿透率（>96%）、高霧度(>90%)與增加輝度等功能，擴散粒子的型態不斷在改變，藉以得到較好的光學效能，擴散粒子的球體型態會決定光學擴散分佈，UBE發表的最新多孔隙的擴散粒子型態，圖八中所見，很像一朵棉花球的擴散粒子，在高角度光反射時，仍可以維持均勻擴散反射的光場，這樣的光場有助於正向輝度的提升，功能上也可以增大視角範圍與光擴散能力。

圖六、Sekisui PP發泡塑型光杯之應用
資料來源：Sekisui FPD2007

 
圖七 Sekisui PP發泡塑型光杯在背光模組之效能比較
資料來源：Sekisui FPD2007

  
圖八 UBE宇部興產發展的多孔擴散粒子
資料來源：宇部興產 FPD2007

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