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TFT-LCD液晶屏光学薄膜研究与应用

时间:2019-11-29 11:48 作者:网络 点击:
增亮膜又叫棱镜片(Prism Sheet),常简称BEF(Brightness Enhancement Film),为TFT-LCD背光模组中之关键零组件,占背光模组成本比重最高,亦占到整个面板成本的2-8%。其具有精密微结构的光学薄膜,可将光源散射的光线正面集中,将原本散乱的光线集中至约70度的范围,并且将视角外未被利用的光,利用光的反射再循环利用减少损失,是LCD重要的节能元件。通常一片BEF约可提高40-60%的辉度,若搭配2张摆放位置垂直90度的增亮膜则可达到更高的辉度效果。

增亮膜/棱镜片的分类
 
主要有四种类型,一般棱镜片(normal prism sheet)、多功能棱镜片、micro-lens film与反射型偏光片(reflective polarizer)等,每种光学膜也有着不同的市场特性。详见第二章。
 
一般棱镜片(Normal Prism Sheet)
 
棱镜片的主要功能为将灯源(包括CCFL与LED)发出的光线与以导正,以增加发光效率。目前最主要的供货商为3M公司,其它供货商有Mitsubishi Rayon, LG Electronics,MNTech, Shinwha,DNP,LGS,Gamma(台湾嘉威),E-fun(台湾迎辉)Suntech,SKC Haas以及Samsung Cheil等。
 
多功能棱镜片(Multi-Functional Prism Sheet)
 
多功能棱镜片是一种较高阶的产品,她整合了棱镜片与扩散片的功能,较一般型棱镜片有更好的发光效率;主要的供货商有3M,Shinwha,MNTech,Samsung Cheil,E-fun 与LG Electronics。同时韩国面板厂商较日本与台湾厂商更快地由一般型棱镜片转换为多功能棱镜片,而台湾面板厂商则是较快地达成降低CCFL灯管的目标。
 
Micro-Lens Film
 
micro-lens膜藉由mico-lens数组架构同样地将棱镜片与扩散片功能整合到一张膜里,有许多面板采用二张mico-lens膜以取代一张棱镜片加二张上下扩的架构,目前主要应用的产品为32“,37”与40”液晶电视面板,主要的供货商为韩国公司如MNTech,SKC Hass,Shinwha,LG Chemical以及LG Micron。
 
反射型偏光片(Reflective Polarizer)
 
或称之为DBEF(Dual Brightness Enhancement Film),是3M独有的专利产品,属于反射式偏光板,为最重要之增亮膜,设计原理为利用回收光机制,重复利用背光源输出的光,以高低不同折射率的光学材料层层叠制,让光在800多层的介质中全反射,使之通过二色性吸收型偏光板时不被吸收,工艺多达百层。效能可增亮1.6倍,优于BEF。不过目前有些韩国厂商也开始推出类似功能的产品,如MNTech的NPRF,Shinwha的CLC与Woongjin以及日本Zeonor的Zeno等。

增亮膜的工艺

扩散膜是通过在光学膜片材料上的微细颗粒(beads)实现光的扩散,而增亮膜(棱镜片)是通过在透明光学材料上加工成型微细条纹(光栅)结构进行反射和折射,对光能重新分布。由于表面均匀布满棱形尖锥型的微细结构,提高了光线透过率,增大了亮度和视角。

增光膜(棱镜片)的生产工艺包括光学设计、精密模具、化学配方及涂布。国际先进国家的方法就是在加工完的模辊上通过光固化UV胶成型工艺技术,实现微细光学结构的成型工艺。增光膜最关键的技术是在辊筒上雕刻棱形花纹技术。

整合型光学膜

近年来背光光学膜片有重大的变革,其中变化最多的应属将扩散膜、稜镜片、偏极增亮膜、导光板等多项功能合并设计,成为复合化、一体化以及特殊化之新型式光学膜片。先进厂商利用既有产品加以改良,结合各项光学膜功能,制作出多功能的光学膜片;亦有新进者试图运用新的光学设计与新技术,开发整合型的光学膜。

整合型光学膜改进了以往单一膜片单一功能之多膜片模组架构,藉此减少膜片的使用数量,并降低总体成本,是厂商一致认为光学膜片未来的发展趋势。自3M开始推出多功能光学膜、MNtech 于2005年6月开始量产UTE产品并交货给三星,整合型光学膜开始进入市场。尔后,在厂商陆持续改良品质(如增加Lens 密度及光辉度),陆续推出新产品外,也见到新加入者如SKC、Shinwha、上海运韩 等加入市场行列,目前市场竞争虽尚属萌芽阶段,但仍可见到市场上每增加1家新进者,价格就会有5%~10%不等的下降幅度。 而随着面板厂将传统的光学膜组成模式由上扩散膜+BEF+下扩散膜改成两张Microlens Film+下扩散膜,虽然表面辉度下降许多,然而在成本价格挂帅的中低阶LCDTV市场中已成为趋势。

跨入整合型光学膜厂商的类型,除原本从事稜镜片制造的厂商(如3M、MNtech、迎辉等)外,扩散膜的制造商亦积极跨入此领域(如 SKC、Shinwha等)。由于现阶段整合型光学膜各家厂商的制造方法差异颇大,但可确定的是,各类厂商都以既有核心技术为基盘,再衍生导入相关功能所需的技术。换言之,在整合型光学膜的制造手法上,扩散膜厂商在利用扩散粒子涂布制作扩散膜的膜片上,追加设置Pattern与形状,试图藉此以提高光利用效率;至于稜镜片厂商则进行其微结构的分子与形状控制外,涂上扩散粒子以达到扩散效果并同时具备辉度增益的特性。一般而言,因稜镜片厂商具备微结构分子与形状控制等关键技术,而此等技术层次高,具控制良率的重要因素,对拥有该等技术的稜镜片厂商而言,欲进入整合型光学膜的事业领域,相对门槛较低。

近年来,随着中国电子工业的不断发展,越来越多的世界电子巨头在中国投资设厂,随着世界电子生产基地向中国的转移,目前中国已经成为全球最大的笔记本电脑和手机生产基地,而液晶电视、液晶显示器以及其它电子类产品的产量也位居世界前列。在此带动下,中国扩散膜市场空前发展,目前已占全球市场的近50%。

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