應用於Mini LED背光模組之複合光學膜材：材料世界網

陳怡萍、徐煜靈、江淳甄、林正軒、陳世明 / 工研院材化所

Mini LED背光模組的問世對於大尺寸LCD電視發展助益良多，但隨著小型顯示器，例如擴增實境(AR)、車用、筆電、手機及穿戴式等需求逐年增加，背光模組薄型化的技術日益重要。全球業界與學術界都致力於開發各種複合光學膜，期待能在有限的模組厚度中可達到高亮度、高勻光效果之膜材。本文主要針對Mini LED背光模組中的光學膜之發展現況來做介紹，並提出工研院材化所如何從設計、製作到檢測驗證，來開發高品質光學複合膜材。

【內文精選】

背光模組市場與發展趨勢

有機發光二極體顯示器(Organic LightEmitting Diode; OLED)與液晶顯示器(Liquid Crystal Display; LCD)皆為目前主流的顯示技術，其各自的優缺點也常被大眾拿來比較；由於LCD非自發光，需要一背光模組(Backlight Module)提供光源外，還需要液晶層和偏光片等，因此其厚度顯然就比自發光的OLED厚重。然而，隨著半導體製程的發展，LED的尺寸也隨之縮小到數百個微米等級，也就是所謂的次毫米發光二極體(Mini LED)。使用Mini LED當作背光光源，由於尺寸小，其混光距離相較於傳統LED來說小很多，可採用直下式背光技術，不僅能達到薄型化需求，且可以實現區域調光(Local Dimming Zones)技術，達到更高的動態範圍(HDR)，實現LCD的高對比度，全方位提升LCD的顯示品質。

Mini LED背光模組之光學膜介紹

由於Mini LED尺寸在數百個微米等級，因此通常採用直下式背光技術，圖二為一般Mini LED背光模組架構，藍光Mini LED架置在反射背板上，發出的光會經過各種光學膜片/板，包括一藍光增益膜(QD Filter)、一量子點膜(Quantum Dot Film; QD Film)、一擴散膜/片(Diffuser)、兩片增亮膜(Brightness Enhancement Film; BEF)與一反射式增亮膜(Dual Brightness EnhancementFilm; DBEF)，最後提供廣色域、高均勻、高出光效率的背光照射於LCD。

圖二、Mini LED背光模組光學膜層架構

工研院材化所複合光學膜能量

工研院材料與化工研究所近年來在Mini LED背光模組中的複合光學膜領域，從模擬設計、製作到檢測，建立了完整的一系列能量。研發團隊先使用光學模擬軟體(ASAP)進行結構設計、分析及效果預測後，再選擇適合的製程方法，包括壓印、網印及塗佈技術來製作出複合光學膜，最後再針對光學膜特性參數選擇檢測設備以確認膜材效果。

1. 光學結構模擬設計

我們使用ASAP來設計具有體散射、面散射、微結構或其組合的複合勻光膜，可藉由光型分布模擬與勻光分析來調整光學膜參數設定以尋找最佳值；除此之外，可輸入實際的LED晶片之發光光型於模擬中，以得到更符合實際元件情況的結果。我們也建立完整的Mini LED Backlight模組系統，包含Mini LED發光Chip的面積、Pitch、發光光型(Light Distribution)、封裝膠層、複合式微結構勻光膜等光學膜層，來得到整體背光模組之發光情形。

Mini LED晶片固定於反射燈板上，再利用整面封裝膠來做保護，一般市面上都用OCA膠來做填充，因此沒有任何勻光作用。工研院材化所設計出兩款具有勻光效果的封裝膜，分別是MCL封裝膠-1與MCL封裝膠-2，其與市售封裝膠相較，整體出光之均勻性確實有提升。其中均勻性值%U = (Imin/Imax) × 100%，Imax代表LEDChip正上方之出光強度值、Imin代表四顆LED Chip之間走道區域之出光強度值。Mini LED於封裝膠材內發光後，接著透過勻光膜做為光線的第二道擴散勻光。市售勻光膜為單面微結構光學膜，Mini LED Backlight經過市售勻光膜後因微結構使光線往大角度偏折，因此出光的光型主要分布在大角度出光，其整體出光分布的均勻性不佳，%U為29.44%，如圖十三的左欄圖示。

材化所設計兩款複合式勻光膜，第一款是具有雙面散射結構的MCL複合勻光膜-1，其透過雙面微結構設計能使出光角度更大，使四顆LED晶片之間的走道區域之出光強度更強，因此可提升整體出光的均勻性，%U為38.10%，如圖十三的中間欄之圖示。另外一款MCL複合式勻光膜-2則是使用單面微結構搭配對位白反網印圖案，其中單面微結構可使光線往大角度偏折後，再搭配特定穿透反射比例的白反網印圖案，有效抑制LED晶片上方的出光強度，使整體出光均勻性再提升，%U為44.4%，如圖十三的右欄圖示。每增加一種勻光機制，可以從勻光分析來了解Mini LED Backlight模組的整體出光均勻性---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。