增亮膜國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化所選技術(shù)及其展望

梁明禮

（東莞市光志光電有限公司，廣東 東莞 523843）

1 增亮膜介紹

LCD（液晶顯示器）降低能耗一直是工程師們努力的方向。據(jù)統(tǒng)計(jì)，LCD的電能消耗主要在背光模組上，液晶面板與控制電路總共消耗了不到四分之一的電能。因此，LCD廠商的節(jié)能努力，仍然放在背光模組的改善上[1]。增亮膜伴隨著LCD節(jié)能降耗發(fā)展起來，同時(shí)期發(fā)展起來的還有反射膜和擴(kuò)散膜。這三種膜大都以聚酯PET為基材，在其內(nèi)部或表面成型一定結(jié)構(gòu)的功能層，它們都是LCD的功能膜。LCD自身不發(fā)光，需借助LED產(chǎn)生光源。

如圖1所示，直下式LCD結(jié)構(gòu)中，由LED等光源發(fā)出的光，大部分從正面經(jīng)擴(kuò)散板出射，部分經(jīng)背面反射膜反射后再從正面經(jīng)擴(kuò)散板出射。經(jīng)擴(kuò)散板出射的光線被打散變成均勻的面光源，然后經(jīng)兩張垂直設(shè)置的增亮膜將光線往正面中心匯聚后出射，達(dá)到增加中心亮度的目的。出射的光線再經(jīng)液晶面板，到達(dá)人眼，變成人眼能識別的色彩。

圖1 直下式液晶顯示器結(jié)構(gòu) Fig.1 Downward LCD structure

如圖2所示，側(cè)入式LCD結(jié)構(gòu)不同點(diǎn)在于，LED光源設(shè)置在導(dǎo)光板側(cè)面，LED發(fā)出的光線部分經(jīng)導(dǎo)光板底面網(wǎng)點(diǎn)全反射回正面出射，部分則被反射膜反射回導(dǎo)光板經(jīng)正面出射。兩種LCD結(jié)構(gòu)中，增亮膜均是通過匯聚出射光線來增加正面中心亮度。

圖2 側(cè)入式液晶顯示器結(jié)構(gòu) Fig.2 Side entry LCD structure

從原理上增亮膜主要分兩種，一種是利用光的折射和全反射原理將入射增亮膜的光線改變出射方向。

如圖3所示，大、小角度入射光線經(jīng)增亮膜結(jié)構(gòu)發(fā)生反射，反射回背光模組后再被反射膜反射回重新利用。只有中角度入射光線經(jīng)增亮膜往正面中心匯聚后出射，因此增亮膜也被稱為聚光膜。經(jīng)過上述過程，出射光線將集中在±35°的范圍，提高了中心視角的亮度。通常一張?jiān)隽聊ぜs可提高60%的亮度，搭配2張相互垂直的增亮膜最高可達(dá)到120%的亮度[2]。另外因表面結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)三棱鏡狀，也稱棱鏡膜。

圖3 增亮膜增亮原理圖Fig.3 Brightness enhancement film brightening schematic diagram

另一種增亮膜，如圖4，是允許背光模組出射的非偏振光的P光通過，反射回背光模組S光，S光再經(jīng)過反射膜反射回來變成部分P光通過，部分S光再次發(fā)生反射。如此往復(fù)，直到S光均變成P光出射進(jìn)行利用[3]。因其利用了偏振光的原理，這種增亮膜也叫反射式偏光片。

圖4 反射式偏光片增亮原理Fig.4 The principle of reflective polarizer brightening

棱鏡式增亮膜通過改變光的出射方向，讓光線朝著正面中心匯聚來達(dá)到增加亮度的目的。實(shí)際光通量并未增加，因光線朝正面匯聚，顯示視角相應(yīng)降低。而反射式偏光片是將原本偏光片吸收的大約50%光線反射回背光模組加以利用，實(shí)際效果是增加亮度的同時(shí)，不降低觀看視角。

兩種增亮膜均最早由3M公司批量制造，因反射式偏光片由數(shù)百層高、低折射率材料復(fù)合而來，加工工藝復(fù)雜，價(jià)格頗高[4]。目前國產(chǎn)化的主要是棱鏡式增亮膜，本文也主要探討棱鏡式增亮膜。

2 增亮膜的幾種涂布成型技術(shù)

增亮膜的成型流程。如圖5～圖8所示，首先卷料從放卷依次經(jīng)過粘塵、前儲(chǔ)料、涂布、熱干燥、成型、復(fù)合、后儲(chǔ)料和收卷流程中的幾個(gè)或全部。其中涂布和成型是最核心技術(shù)。

圖5 硬模涂布成型方式1 Fig.5 Hard die coating molding method 1

涂布技術(shù)，一般有很多種。如圖5和圖6所示，使用微凹涂布將膠液首先定量轉(zhuǎn)移到卷料上，卷料帶著膠液經(jīng)烘箱蒸發(fā)掉溶劑，在進(jìn)入到成型階段。另一種方式如圖7和圖8所示，通過泵浦將膠液滴落到模具輪和卷料的間隙內(nèi)。前一種方式因膠液中含有溶劑，涂布后需將涂層內(nèi)的溶劑蒸發(fā)產(chǎn)生VOC廢氣，不符合目前綠色環(huán)保要求。另外，蒸發(fā)溶劑存在安全隱患。高濃度的溶劑蒸汽在靜電作用下易發(fā)生燃燒甚至爆炸。最后，為加熱蒸發(fā)溶劑，需在生產(chǎn)線上設(shè)置幾十米的烘箱，無形中增加了設(shè)備長度和配套成本。而后者直接使用泵浦供膠的方式就不存在以上問題，只需在供膠管盡頭設(shè)置一個(gè)或多個(gè)出膠口，出膠口安裝到可左右搖擺的設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)左中右快速侵滿膠液。涂布系統(tǒng)可根據(jù)需要設(shè)置多個(gè)，滿足多次或兩面涂布。

圖6 軟模涂布成型方式1Fig.6 Soft mold coating molding method 1

圖7 硬模涂布成型方式2Fig.7 Hard die coating molding method 2

圖8 軟模涂布成型方式2Fig.8 Soft mold coating molding method 2

成型技術(shù)，主要有軟模成型和硬模成型。韓國最早使用軟模成型技術(shù)生產(chǎn)棱鏡式增亮膜，成型原理和硬模類似，最大的區(qū)別在于模具。硬模成型技術(shù)如圖5和圖7所示，使用的模具是在鍍銅或鍍鎳磷合金輥上，用鉆石刀具雕刻而成[5]。其中對雕刻設(shè)備要求極高，不但自身防震機(jī)構(gòu)要做好，而且一般在雕刻設(shè)備地基下事先進(jìn)行開挖澆注，四周留有減震隔離帶，防止車輛經(jīng)過或震動(dòng)過大影響雕刻設(shè)備正常加工。雕刻設(shè)備需在恒溫恒濕狀態(tài)下工作。一方面，極少量溫度變化引起的熱脹冷縮都會(huì)造成雕刻結(jié)構(gòu)錯(cuò)亂。另外濕度變化太大，模具表面的銅層遇氧和水汽發(fā)生氧化變成黑色銹蝕。一般雕刻完成的模具放置在充滿惰性氣體的保護(hù)罩內(nèi)密封保存。

相較于硬模對模具要求極高的技術(shù)路線，軟模不需要用精密雕刻的方式加工模具。因軟模使用的模具是卷料，且一卷卷材能用很長時(shí)間。如圖6和圖8所示，它是將卷料母模裁切成一定尺寸包覆到一只或多只輥輪上，類似傳送帶結(jié)構(gòu)。軟模生產(chǎn)技術(shù)最大問題是拼接縫隙，兩種方式均存在首尾相接的縫隙。以至于在涂布中，周期性出現(xiàn)一道拼接痕，造成后道裁切工序需避開裁切[6]。

3 增亮膜國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化所選技術(shù)

增亮膜國產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化中，主要選擇的是臺灣類似的技術(shù)路線。涂布技術(shù)上，運(yùn)用的是定量泵浦滴膠方式。原因主要有兩個(gè)，其一是泵浦滴膠無需使用溶劑，更加安全環(huán)保；其二是泵浦滴膠無需烘箱和微凹涂布頭及其配套設(shè)備，成本大大降低。

成型技術(shù)上，主要選擇了硬模成型方式。原因也主要有兩個(gè)，其一是精密雕刻技術(shù)逐漸成熟。硬模中加工用的雕刻設(shè)備，大尺寸用產(chǎn)品可采購臺灣或國內(nèi)設(shè)備。中小尺寸產(chǎn)品或高階增亮膜用到的彎曲和抖動(dòng)結(jié)構(gòu)，則采購美日韓設(shè)備和美國快刀伺服設(shè)備。另一原因是增亮膜品質(zhì)要求越來越高，軟模技術(shù)天生存在拼接痕的缺陷無法完全改善，導(dǎo)致裁切良率不高。

4 增亮膜未來展望

時(shí)下較熱門的顯示技術(shù)包括OLED顯示、QD顯示和Mini/Micro LED顯示，其中OLED顯示近幾年更是在智能旗艦手機(jī)得到普及，被認(rèn)為是繼LCD后下一代顯示技術(shù)。OLED顯示是一種有機(jī)半導(dǎo)體自發(fā)光，無需LCD的背光模組，也無需用到反射、擴(kuò)散和增亮膜。隨著技術(shù)成熟，一旦大尺寸OLED在良率和成本上做到和LCD相當(dāng)，預(yù)計(jì)LCD和增亮膜的命運(yùn)將發(fā)生革命性的變化。

QD顯示目前還無法做到電致發(fā)光，短時(shí)間內(nèi)還須借助于背光源。QD膜是較早的一種應(yīng)用，將紅綠量子點(diǎn)和樹脂通過涂布成型到兩層阻隔膜內(nèi)，用LED發(fā)出的藍(lán)光激發(fā)紅綠量子點(diǎn)產(chǎn)生紅、綠光，再和部分通過QD膜的藍(lán)光發(fā)生復(fù)合，生成白光。精確調(diào)控紅、綠量子點(diǎn)比例，即可得到標(biāo)準(zhǔn)白光，可將顯示色域提高到100%以上。近些年，很多公司都在嘗試將量子點(diǎn)封裝到LED內(nèi)，藉由LED芯片發(fā)出的藍(lán)光直接和紅、綠量子點(diǎn)復(fù)合。另外在大尺寸領(lǐng)域，已經(jīng)有公司將直下式的擴(kuò)散板內(nèi)復(fù)合量子點(diǎn)，做成量子點(diǎn)擴(kuò)散板?？梢?，量子點(diǎn)顯示技術(shù)，目前還必須依存于LCD技術(shù)，可以說QD顯示技術(shù)目前是LCD技術(shù)的創(chuàng)新。如果QD顯示技術(shù)得到廣泛利用，作為LCD核心膜片的增亮膜也將大放異彩。

Mini/Micro LED是另一種新型顯示技術(shù)，它是將LED微小化，當(dāng)光線從數(shù)以萬計(jì)的LED發(fā)出來時(shí)，作為聚光目的的增亮膜也將不復(fù)存在。因?yàn)?，它自身擁有很高的亮度，且無視角差異。

經(jīng)過多年發(fā)展，LCD具有很多其它顯示技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。例如完整的上下材料供應(yīng)鏈、動(dòng)輒數(shù)百億的高世代面板線，制作良率高、成本低等優(yōu)勢。相信短時(shí)間內(nèi)OLED和Mini/Micro LED等顯示技術(shù)還無法撼動(dòng)LCD的領(lǐng)先地位。但是隨著消費(fèi)者對更新更好的產(chǎn)品追求，以及上下產(chǎn)業(yè)鏈的配套，我相信代表未來的顯示技術(shù)終將來臨。