近年來台灣LCD產業在順利攻佔Desktop、Laptop用的Monitor後，進一步將市場目標放在更高尺寸的TV，然而欲達成此一目標將是新的挑戰。大眾消費性的客廳用TV，與電腦資訊用的Monitor大有不同，Monitor距離近，只供單人觀看，因此不必過度要求亮度（日文亦稱為輝度）和可視角度。另一方面，TV適合可多人同時較遠距離觀看，因此注重高亮度和高可視角度的要求。無疑地，LCD TV的顯示品質要求是高過LCD Monitor的。

除了大尺寸LCD產品在品質上更為要求之外，成本也是重要考量，小尺寸的LCD產品，背光模組（Back Light Unit；BLU）所佔的成本比例並不高，但是在大尺寸的LCD產品上，背光模組的成本比重就大幅增長。舉例來說，15吋規格的LCD產品，BLU僅佔整體成本的23％，在30吋規格時則達到37％，到57吋規格時，就攀升到50％，也就是說一個57吋液晶電視的成本價格，背光模組便佔了一半的花費。

《圖一　 》 資料來源：http://www.kuraray.co.jp

＜註：圖註：此圖為LCD的結構圖，圖中主要是說明從偏光板（Polarized film）、玻璃（Glass）、彩色濾光片（Color filter）等的前段部分，並在圖下針對偏光板方面進行更細膩的結構解說，至於後段的背光模組則只在最左上位置化簡交代。＞

然而無論是LCD TV或是LCD Monitor產品，兩者造價成本所面臨的市場競爭挑戰，處境相同並立場一致，都必須排擠且取代傳統的CRT市場。LCD Monitor之所以能夠取代CRT Monitor，在價位上拉近與後者的距離是一大主因。因此LCD TV也無可避免地要在價格位階上與傳統CRT TV拉近，才具有彼可取而代之的優勢。所以如何降低BLU的成本結構，對於大尺寸LCD產品來說更形迫切。

再者，歐盟RoHS的相關限令，也給予BLU的研發作業帶來壓力。汞（水銀）的使用被規定要求不得超過5mg，未來甚至全面禁用，如此廠商也勢必要調整BLU設計流程。因此未來BLU的各種新設計趨勢，值得多方深入探討瞭解。

冷陰極螢燈管（CCFL）

冷陰極螢燈管（Cold Cathode Fluorescent Lamp；CCFL）是目前大尺寸LCD TV產品最常用的背光源，不過也是大尺寸LCD TV中、BLU成本比例最高的零件代表；除此之外，CCFL也讓製造廠商與使用者產生相當的顧慮。

首先是在亮度問題。亮度是顯示品質的最基本要求，現在LED背光製法在亮度上能夠超越CCFL，可使LCD TV有更佳的色飽和表現，CCFL的優勢不在。其次，CCFL的發光原理與日光燈或霓虹燈相同，是以光管內的電弧放電來激發汞氣體，再由氣體促使管壁上的螢光質發光，此原理就成為CCFL應用令人感到不安的所在。倘若LCD TV搬運過程中遭受外力劇烈撞擊，光管可能破裂，如此BLU可能壞損導致LCD TV必須送廠維修。更重要的是，破裂的光管可能會造成汞氣體外洩，對於自然環境保育將有負面影響。

《圖二　 》 資料來源：http://www.lstechnology.com

＜註：圖註：大尺寸的LCD無法使用側邊式入光，必須使用直接、直落式入光，圖為直落式入光的結構示意圖，4個圓紅物即是CCFL光管，箭頭為光照路徑，底部半圓弧即是反射板（Reflection Plate），將光源向上反射，再透過壓花（Pattern）、擴散片（Diffusion Sheet）使光源均化輸出。＞

再者，CCFL的管壁長期受到放電刺激，將產生老化現象，尤其是從光管兩端（接近電極的位置處）最先開始。老化會產生讓管壁泛黑泛黃，導致背光亮度與光均性下降，觀賞者也可感受到亮度減弱不均的顯示不佳效果。此外LED背光技術可使其使用壽命超過CCFL，也迫使CCFL的壽限與老化問題更加明顯。

《圖三　 》 資料來源：http://www.neths.it

＜註：圖註：圖中即4根CCFL燈管，CCFL的發光原理與日光燈、霓虹燈相同。＞

面對上述種種難題，其實CCFL製造商也有各種必須權衡取捨的因應方法，著重之處各有不同。若要提高亮度，廠商可以透過增強電流量來強化CCFL的亮度，但相對地CCFL光管的壽命也會因此縮短。此外，廠商也無法一味地藉由增強電流來提升CCFL的亮度，因為光管電流到了一定程度後，亮度並無法持續增加，卻會使溫度上升，這時散熱就成為惱人的問題。

另外因為汞會污染環境，業界也積極研發無汞式的CCFL，例如應用其他氣體來取代汞氣體。不過他類氣體對光管的保護性，都不如汞的角色來得理想，會導致管壁劣化時間提早，因此無汞式CCFL目前尚無法進入實用化階段。

發光二極體（LED）

由於藍光LED和白光LED材料的出現，以及LED在亮度表現上不斷突破，光電廠商已經開始採用LED做為背光源應用，似有逐漸取代CCFL之勢，特別是在一些小尺寸的LCD產品應用上，LED取代CCFL的態勢更加顯著，不過在中大尺寸應用上，LED仍有些問題必須克服。

LED的優勢在於高亮度特性，擁有更高程度的色域範疇，以NTSC所定義的標準來看，CCFL最多只能達到70％～80％的水準，LED則可達100％、甚至能超越100％的色域表現，因而被期待能為下一世代LCD TV帶來更佳的色彩呈現（日文亦稱為色再現性）。

《圖四　 》 資料來源：http://seniordesign.engr.uidaho.edu

＜註：圖註：在亮度尚未提升以及藍光和白光LED尚未問世前，紅、綠、黃光LED僅能應用在電子裝置的燈號指示用途，然而在藍、白、高亮度LED相繼出現後，LED開始便能應用於背光與電子照明等產品領域，圖為綠光LED。＞

其次，LED以固態形式發光，不像CCFL以氣體方式發光，所以有較佳的抗震耐摔性，並且沒有使用汞或其他對環境有害物質的風險，合乎下一世代的環保需求。

不僅如此，在掃除殘影（Ghost Shadow；或稱鬼影）以及插黑技術上，LED比LCD更具備應用優勢。

以往LCD在顯示上有殘影問題，尤其在高速動畫（快速改變影像）時特別明顯。這時方法上必須採用「插黑技術」，亦即在每秒30張的畫面改變行進中，當每更替一個新畫面時，就先將液晶顯像全面關閉以呈現全黑狀態，然後再進行下一張畫面的顯像，藉此掃除鬼影。除此之外，為了讓LCD能具備趨近於CRT的犀利顯示能力，在無插黑時也必須讓液晶進行減少顯示工作週期（Duty Cycle）的間歇性顯示，而這便須藉由脈寬調變PWM（Pulse Width Modulation）來控制。

這種插黑技術不僅需要液晶驅動來控制，同時也要BLU一起來協調搭配，否則液晶即便全部扭轉成關閉狀態，畫面也會呈現「發光的黑」。因為液晶無法完全遮蔽背光源，所以為了讓黑能夠更徹底，當液晶全部關閉後，背光源也必須一併熄滅，如此鬼影才能徹底消除。

不過，應用CCFL進行插黑方法是有其限制。如前所述，CCFL的原理類似日光燈管，因此在點亮或熄滅時都需要較長的時間（可能是數毫秒），在明滅動作時間無法更快的前提下，CCFL難以兼顧在畫面更替過程中所需的插黑技術、與顯示過程中所需的間歇性明滅方法。即便能夠兼顧，倘若未來技術發展讓每秒畫面數增加，CCFL便會相形見拙。

相較之下，LED能輕鬆容易地執行插黑技術，LED僅需數微秒即可點亮或關閉，並且能夠支援更快速細膩的PWM調控。因為明滅迅速，BLU便可擔負插黑技術作業，液晶顯示驅動便無須配合運作，這樣便能讓電路設計更加簡易。此外在利用BLU進行PWM調控來實現顯示的亮度調整上，LED也比LCD更具優勢。況且，LED在驅動上也比CCFL容易，CCFL同時需要正向與負向電流，LED只需要正向電流即可。

進一步來看，LED背光不一定要全面採用白光LED，可以採行紅光、綠光、藍光LED三原色共同交密配置的作法，甚至能同時加入不同波長的紅、綠、藍光LED，如此不僅可透過混光方式獲得白光，還可以實現場序（Field Sequential）式輪替的背光驅動。

所謂場序式的驅動，是在同一時間內只點亮一種顏色（波長）的LED，藉此讓各色輪流明滅，如此可以讓LCD TV的色彩展現更佳的效果，同時減輕對液晶內彩色濾光片（Color Filter）的依賴。未來若能提升液晶的扭轉速率，甚至可省略濾光片，進而簡化製程並降低成本。

另一方面，LED在製造封裝的過程中，就已經完成對於光源的反射設計，例如裝設反射杯等，光源就已集中在一面顯示。相對地CCFL的光管型光源，在設計背光模組時，仍需要加裝一片反射板，這樣才能把光管另一面的光源反射運用。

LED背光所衍生的問題

雖然LED有上述優點，但事實上LED背光也有許多CCFL所沒有的問題。

LED為點光源性質，不同於線光源的CCFL，以及面光源的FFL。三者相比，應用於背光的LED，需要在光均性的處理上特別講究。同時，為講求光均性，每顆LED的發光亮度特性，在挑選上也要求一致性。此外，若有某顆LED的壽命先行告終，就會影響光均性，所以必須確保所有的LED都具備長壽功能。如此嚴格的挑選，便使得LED背光的成本攀升。

再者，LED的發光效率並不如CCFL，同樣的用電功耗，CCFL擁有較高的亮度與較少的廢熱，但是LED則需要更高的用電才能達到相同亮度，且產生的廢熱多於CCFL。這也使得LED背光模組的相關設計，經常要考慮到散熱問題，除了要用上散熱片外，甚至會還要加裝熱導管或電動風扇等。這些散熱設計都會增加BLU的厚度與重量，使得大尺寸相關產品不適合搭配衍生壁掛功能。

業界已經開始嘗試克服上述問題。例如當有LED損壞時，可以運用LED的驅動控制技術，將壞損LED附近的其他LED加強點亮，藉此彌補該處光度減弱的問題。

《圖五　 》 資料來源：http://www.forhouse.com.tw

＜註：圖註：台灣LCD背光模組研製廠商輔祥實業（FORHOUSE）所提出的BLU技術整合圖。＞

平面螢光燈管（FFL）

除了CCFL與LED外，廠商也積極發展其他更合適的背光源，平面螢光燈管（Flat Fluorescent Lamp；FFL）就是其中之一。屬於面光源的FFL，在光均設計上較為容易，處理過程簡化；原先在光均處理中所造成的亮度折損，也會跟著減少。因此FFL不僅比CCFL和LED更具優勢，同時也能省略設置增亮膜（亦稱稜鏡片：Brightness Enhancement Film；BEF），可避免因為增亮膜屬於寡佔專利、由賣方高度主導價格的制約。若能藉由FFL材料，省下佔今日BLU整體成本中37％的增亮膜，對於降低成本結構有相當大的助益。

《圖六　 》 資料來源：http://www.radiant.com.tw，瑞儀光電

＜註：圖註：更完整、全面的LCD結構圖，圖中偏下部位即是背光模組。＞

FFL的另一項優點是可裝設較少的反流器（Inverter），以往在大尺寸LCD TV中，必須使用多根CCFL光管，連帶地也必須應用多個反流器。屬於面光源的FFL，可以替代多根光管，因此在驅動時只需一個反流器即可，這樣也就達到精省成本的目的。

雖然FFL有多項好處，不過因為FFL仍屬於氣體發光，所以會有摔震易碎的問題，破裂後與CCFL相同有氣體外洩的風險。不過慶幸的是，FFL開始改採像是氙氣等其他氣體以取代汞，可有效避免對環保的危害。由於氙氣在常溫上是屬於氣態，而汞在常溫時是液態，受刺激後才成為氣態，所以無論是在空間內的元素均性上，在光均性上，還是在趨緩管壁老化的速度功效上，氙都是優於汞類發光。

小結：V-Cut光學膜技術

除上述外，還有更多針對大尺寸LCD TV所提出的背光源技術，包括外部電極螢光燈管（External Electrode Fluorescent Lamp；0EEFL）、熱陰極螢光管（Hot Cathode Fluorescent Lamp；HCFL）、甚至是應用奈米技術的奈米碳管（Carbon Nano Tube；CNT）等等。

最後要指出的是，BLU的設計並非僅僅集中在背光源而已，在背光源之後，還有諸多與光學膜有關的光處理程序，包括反射膜、擴散膜（小尺寸LCD則使用導光板）和增亮膜等，各個層次中也都有技術上的消長變化。

例如，一個典型的BLU，必須使用X軸向和Y軸向各一的增亮膜，如此便是兩片增亮膜。目前增亮膜大約80％由美國明尼蘇達礦業（3M）供貨。不過日本三菱化工（Mitsubishi Rayon）則提出另一種替代方案，即是用一片逆稜鏡片，即可取代兩片增亮膜，這被稱為V-Cut技術。與傳統作法相比，V-Cut可更節省成本，並可讓BLU更加輕薄。

V-Cut技術目前以筆記型電腦所用的中型尺寸為主要應用範疇，但未來也有可能擴展至大尺寸產品領域。不過3M正質疑V-Cut技術，認為V-Cut的作法會減弱光均性與機械強度，並容易產生刮痕與白點等等。不過從此例便可瞭解到，相關業界正積極對於BLU的背光源及光學膜等材料，尋求明亮、精簡、輕巧、環保等多功能的解決方案而努力著。