光学增亮膜技术综述

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摘要： 增亮膜作为液晶显示器背光模块中的关键组件，起到聚集光线，提升亮度的作用。本文首先介绍了增亮膜的基本结构及光学原理，根据增亮膜微结构和市场特性的不同，将增亮膜分为4类：一般增亮膜、多功能增亮膜、微透镜增亮膜和反射型偏光增亮膜。其次对增亮膜国内外市场进行比较，最后对增亮膜的新技术工艺进行了介绍，未来增亮膜将朝着轻薄化、复合化、集成化的方向发展。

Abstract： As the key component of liquid crystal display backlight module， the brightness enhancement film has the role of gathering light and enhancing the brightness. Firstly， this paper introduces the basic structure and optical principle of brightness enhancement film， and divides the brightness enhancement film into four categories depending on the micro-structure and market characteristics difference of brightness enhancement film： general brightness enhancement film， multifunctional brightness enhancement film， micro-lens brightening brightness enhancement film and dual brightness enhancement film. Secondly， this paper compares the domestic and foreign markets of brightness enhancement film， and finally introduces the new technological processes of brightness enhancement film， and proposes that the brightness enhancement film will develop towards a thin， composite and integrated direction.

关键词： 增亮膜；微结构；复合膜

Key words： brightness enhancement film；microstructure；composite film

中图分类号：S776.04 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）30-0123-03

0 引言

光学膜一直在现今平面显示器（Flat Panel Display）中扮演极重要的角色。

90 年代中期，液晶显示技术逐渐开始应用于电子工具或仪器上，高对比是这个阶段主要的诉求。因此，光学膜主要是贴附在下偏光片的全反射或半穿透半反射膜。90 年代末期，笔记型计算机需求快速成长，液晶显示技术转为全穿透光，利用彩色滤光片达到全彩的画面，无法主动发光的TFT-LCD，因为需要强而有效率的背光来源，应运而生的光学增亮膜可说是集增亮，修饰外观，改善视角，增加对比等种种任务于一身的关键组件。为求提高屏幕亮度及对比，各式光学增亮膜开始蓬勃发展，其中又以棱镜技术为主流。

1 棱镜增亮膜的结构及光学原理

此类增亮膜业界称为BEF（Brightness Enhancement Film），系在Polyester光学薄膜上涂布压克力树酯，再利用预铸微结构之滚轮转印，配合高能紫外光将微细的棱镜结构硬化。BEF作为背光模块的关键组件，结构原理如图1所示，棱镜主要的功能在藉由折射与内部全反射将自导光板发出至四面八方之散乱光线集中至约±35度的正视角（On-Axis），此一集光效果使观赏者在正常操作范围内可获致最佳亮度。对于大多数背光模块而言，放置一片BEF增亮膜即可增加约60%的辉度，垂直交迭使用2片增亮膜可提升模块辉度达120%。换句话说，原本因光线过于发散而显黯淡的屏幕，会因棱镜将原本发散至上下左右的光线向中间集中，而立即增亮2倍以上。

2 棱镜增亮膜分类

BEF主要有四种类型：一般BEF，多功能BEF，微透镜BEF（micro-lens）与反射型偏光增亮膜，每种BEF有着不同的市场特性。

一般BEF的结构如图2所示，90°角等高结构是应用普遍和最简单的棱镜结构。为了得到最高的辉度，最佳化的棱角度为90°，最佳化的棱间距为50μm[1]。90°角高低结构或90°角曲线结构是目前最为有效的消除干涉条纹的棱镜微结构。高低结构一般采用一高三低（1H3L）或者一高五低（1H5L），曲线结构一般采用纵向的棱峰随机抖动和棱谷摆动的结构。

多功能BEF是一种较高阶的产品，整合了棱镜片与扩散片的功能，如图3所示，在棱镜结构或者在基材底面加入扩散粒子，使其兼具增亮和雾化的功能，较一般型BEF有更好的发光效率，可降低膜片厚度，提高组装效率[2]。目前多功能BEF的主要的供货商有韩国和台湾厂商。

micro-lens是将棱镜片与扩散片功能整合到一张膜里，并将棱镜结构设计为透镜结构，如图4所示。目前已有背光结构采用二张微透镜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英寸及以上的液晶电视。

反射型偏光增亮膜（DBEF，Dual Brightness Enhancement Film）是3M公司独有的技术，原理如图5所示，利用两种不同折射率的材料组成多层膜。白光透过多层膜时，未偏极化的白光被分成平行于入射面的P光与垂直于入射面的S光两种，P光穿透而S光反射。经过背光模组中光学膜片的解偏阵作用，反射的S光再次转变为P光和S光，经过多次反射，最终多数光源将穿透偏光膜，起到增亮效应[3]。实验结果显示DBEF是目前所有种类光学膜中使发光效率提高的最好产品，发光效率能较其它产品高出至少30%。

3 增亮膜国内外市场比较

目前增亮膜市场上主流的生产厂商及主要产品如表1所示。

对于一般BEF，国内厂商如康得新、激智、华威、斯迪克、菲斯特等已占据国内市场一定份额。在多功能BEF，国内厂商康得新做得最好，已经量产。在高端多功能BEF及micro-lens市场份额还是由台系、韩系厂商占据，大陆系厂商相比，差距较大[4]。根据国家工信部、发改委的《2014-2016年新型显示产业创新发展行动计划》，为我国的平板显示产业发展指明了发展的方向。完善平板显示产业链，提高LCD关键原材料国产化水平。

4 增亮膜技术发展趋势

随着液晶显示设备轻薄化、高清化的发展趋势，增亮膜未来也将朝着薄型化、复合化的方向发展，复合膜的优势在于厚度减薄，同时用一张薄膜的功能取代了两张，一张膜的售价有机会低于两张膜之和，可以降低成本，同时一张膜的热稳定性能也优于两张。目前市场上已经出现的增亮复合膜技术主要包括以下几种：

4.1 一体成型棱镜式增亮膜

一体成型棱镜增亮膜主要通过原料挤压成型后，再经过滚筒转印技术达到顶部特殊角设计及棱镜高度的变化来实现增强光视野角度与光强度的平衡；同时底部增加不影响光特性的防刮伤设计，抗刮性能好。目前熊津化学和鑫聚光电采用的技术方案是将微结构制作于LGP上，产品主要用于TV市场；成都菲斯特发明的一种高透过率的光学增亮膜只用一种材料，并通过一次延压成型[5]。

4.2 复合棱镜增亮膜（Prism on Prism，POP）

POP复合棱镜主要是将2张棱镜增亮膜通过粘结胶合成为1张复合棱镜增亮膜，如图6所示，生产厂商为韩国的MNtech、Soulbrain、GLO。其优点在于厚度比2张增亮膜的厚度减薄45%，辉度比2张增亮膜减少6%但比1张提高8%，提高组装BLU时的效率，产品主要用于TV和Tablet。缺点在于2张膜容易分层，光学效果下降6%～7%。

4.3 光学膜层压形成的复合膜

洪淳荣，人山地基康申请的专利“一种由光学膜层压形成的复合膜的制造方法”，介绍了将构成背光源的下扩散膜、增亮膜及上扩散膜层压结合出一张复合膜，减少了层压构成背光源的各个光学膜所需的费用和时间消耗，并且防止了产生静电等引起的异物的附着或者划痕等表面缺陷[6]，如图7所示，从而提高了生产率。

4.4 逆棱镜片

大日本印刷（DNP）制作的逆棱镜片，将棱镜微结构制作在基材入光面，但需要搭配其对应设计的LGP， LGP上下表面做成不同的微结构，如图8所示，背光模组中心辉度可提升14%。该技术已经出现有一段时间，但受困于LGP微结构制作良率偏低，对组装精度要求高，未得到大规模应用。

4.5 集成复合膜

徐平，黄燕燕等在《集成导光板研制》中介绍了1.8英寸的新型集成导光板（integrated light guide plate，ILGP），如图9，其上下表面分别直接熔合非球面半柱状微结构阵列和微棱镜结构阵列，实现目前典型背光模组中双层正交增亮膜、扩散膜和导光板4层复杂膜系的功能，验证了集成导光板设计的可行性[7]。

5 结论

目前液晶显示器中直下式显示器为主要的背光结构，一方面为了使画面亮度分布更均匀，增加观赏者对于画面的舒适感。另一方面因为尺寸越作越大，组装不易，因此功能整合型增亮复合膜成为潮流，可以大幅降低人工成本，提高良率与产率，甚至库存与进货管理的复杂度都更为单纯。

参考文献：

[1]3M创新.Brightness enhancement film[P].美国专利，US6111696，1997-2-28.

[2]罗培栋，李晨蓝.宁波东旭成新材料科技有限公司.一种多功能棱镜膜[P].中国专利，CN203759285U，2014-08-06.

[3]3m.Prevention of g roove tip deformatio n in brightness enhancement film[P]. 美国专利.US5626800，1995-2-3.

[4]光学膜市场分析.模切网： http：///ArticleView_9586.aspx，2014-9-11.

[5]吴庆富.一种高透过率的光学增亮膜[P].中国专利，CN201320324519.6，2013-06-06.

[6]洪淳荣，人山地基康.一种由光学膜层压形成的复合膜的制造方法[P].中国专利，CN102892581A，2013-01-23.

[7]徐平，黄燕燕，张旭琳等.集成导光板研制[J].深圳大学学报理工版，2013，4（30）：428-431.