液晶显示器用导光板概述

沈玉国，王保平，王 平，张洪响，昌 皓

(蚌埠中光电科技有限公司，蚌埠 233000)

随着显示行业飞速更新换代，显示技术逐渐向高清化、大尺寸化、薄型化发展。其中OLED显示技术因其具有优异的特性，诸如亮度、色彩饱和度、动态等，已成为主流显示技术，同时，在显示行业中，OLED的出现对LCD显示造成巨大冲击。LCD需要背光源，这无疑增加了显示器的厚度问题，与薄型化发展趋势相悖。因此，从某种角度看来，薄型化竞争将是两种显示器的技术差异。受制于背光模组，LCD显示呈现薄型化问题亟待技术突破。2015年LG推出厚度仅为4.33 mm的OLED电视，LCD电视厚度约为30 mm以上，仅背光模组的厚度就在4 mm以上，其厚度差可见之大。在LCD电视中一般采用侧光式背光模组，其材质采用压克力导光板，其厚度大概为3～5 mm，在此基础上电视机厚度很难降低。

LCD的组成包括液晶面板和背光模组，背光模组(Backlight Unit，BLU)作为液晶显示面板关键部件，液晶组件中需要背光源，背光模组的功能是提供液晶面板足够的均匀性好的光源，使液晶显示器呈现彩色图案[1]，液晶显示器光源置于显示器面板背面，故称为背光模组。在整个背光模组(BLU)中最关键的构成就是导光板。最早1986年日本名拓公司首次推出LCD导光板导光技术，逐渐成为液晶显示背光照明的主流技术。LCD导光板主要利用了光在透明板接口全反射的原理及光散射定理，将端面射入的光偏转90°从正面射出，发挥功能性导光的作用[2,3]。随着液晶显示产业和背光模组产业的快速发展，全球导光板需求旺盛，带动导光板产业迅速发展。

1 LCD显示用导光板分类

LCD导光板可按不同的标准进行分类：1)按形状不同可分为平板、楔形板及复杂结构导光板。平板型导光板厚度不变﹐常用于小尺寸的设计，楔形导光板厚度成线性变化，其优点是成本低，重量轻，有光源调制性。2)按导光网点制作方法不同可分为印刷式导光板和非印刷式导光板[4]。3)按入光方式不同可分为边光式导光板和直下式导光板。4)按制作成型方式不同可分为射出成型导光板和裁切成型导光板。

2 LCD显示用导光板材质

传统LCD导光板基板普遍采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)、PC(聚碳酸脂)、MS(苯乙烯共聚物)、ZEONOR(环烯烃聚合物)。其中，PMMA是一种高透明的无定形塑性聚合物，透光率90%～92%[5]，并能透紫外线达73.5%，折射率1.49，机械强度高，韧性好，拉伸强度60～75 MPa，冲击强度12～13 kJ/m2，可拉伸定向，耐紫外线和抗大气老化性能，成本低，是目前最为普遍的材料。在LCD背光模组，所用PMMA为光学级。各种材料性能对比如表1所示，其中ZEONOR与PMMA比较虽然有重量轻、不易吸水等特点，但成本高，较易刮伤。

表1 各种材质性能对比

3 玻璃导光板

3.1 玻璃导光板厂家

为了在高端市场与OLED显示抗衡，LCD面板厂商急需解决超薄型外观，要解决LCD显示厚度的问题，导光板的轻薄化是关键。因此玻璃基板厂商康宁、旭硝子分别推出玻璃导光板，使得LCD显示变得纤薄，导光板厚度降至1～2 mm左右。

随着康宁玻璃导光板的面世，推出“Iris”玻璃产品，作为传统PMMA的更替品，主要应用于薄型化电视侧光式(edge-light)背光LCD电视的导光板(light-guide plate，LGP)。随着玻璃基板生产工艺技术越来越精细，玻璃基板最薄可达到0.1 mm，同时具备较好的机械性能、出色的尺寸稳定性。玻璃在导光板技术上得到极大发挥，其导光板厚度降至1～2 mm，LCD显示变得纤薄，它的应用给LCD显示带来巨大生机。

旭硝子玻璃导光板产品XCV于2017年8月份进入市场，该玻璃产品厚度仅为1.8 mm，与传统的导光板比较，其硬度高达20倍以上，热膨胀率约为1/8，湿度膨胀约为1/100，膨润性更是塑胶导光板的1%左右，具有足够坚固和非常低的湿度扩张和热膨胀系数的特性。显示器在高温和高湿度状态下不易变形，可以弥补塑胶材质的缺点，同时减少使用材料量，大大降低电视机显示器和机身的厚度，同时实现电视机的窄边框化。

国内玻璃导光板厂家实现产线生产的仅有南玻咸宁公司，2016年6月份开始建设，2018年1月份正式投产。一期投资5.1亿元，年产400万m2用于新型超薄LCD显示器的光电玻璃。主要产品为0.2～2.5 mm电子A级导光板，导光板光电玻璃材料目前只有日本旭硝子和美国康宁公司可以供货，国内生产尚属空白。

玻璃作为革命性新材料，具有轻薄化、稳定性好、降低成本等巨大优势，为玻璃基板用途开辟了新的领域，给液晶显示带来了更多的发展空间与机会。

3.2 导光板玻璃料方专利

国内共检索出44篇玻璃导光板配方专利，涉及到的同行公司有：康宁(10篇)、电气硝子(3篇)、旭硝子(10篇)、肖特(2篇)、LG化学(3篇)、南玻(4篇)、东旭(10篇)、洛玻(1篇)等。从专利申请量看，专利申请主要集中在旭硝子、康宁、东旭。从图1可以看出，2014年-2018年为专利集中公开期，在此之前未检索出配方方面的专利。在这个期间，旭硝子和康宁分别推出了产品XCV、Iris。国内厂家只有南玻有产品下线，但其申请量仅为4篇。

玻璃导光板配方中均含有SiO2、Al2O3、B2O3三种基础成分，包括Li、Na、K等碱金属氧化物，还包括Mg、Ca、Sr、Ba等碱土金属氧化物，还限定了Fe2O3的含量，Fe2O3在玻璃中以Fe3+或Fe2+或两种状态同时存在，Fe3+在波长380 nm附近具有吸收峰，使紫外区域、短波长侧的可见区域中的透射率降低，Fe2+在波长1 080 nm附近具有吸收峰，使长波长侧的可见区域中的透射率降低，若Fe2O3的含量变多会影响玻璃导光板的最大透射率。东旭玻璃导光板配方专利中，在主要成分基础上增加了La2O3、Y2O3和CeO2等氧化物，其主要效果具有较大的应变点、弹性模量变小、在生产中具有优异的澄清效果等。

通过专利分析，电气硝子和旭硝子均在独权中增加了关于透过率的限定。玻璃导光板的主要功能是用于改变或引导光的方向，其材料与普通的基板玻璃相似。玻璃导光板最主要的性能是透光率，由于玻璃导光板与基板玻璃配方相似，而基板玻璃料方已经非常成熟，相对而言，玻璃导光板配方还需要找寻创新点，也就导致目前单纯的玻璃导光板配方专利较少，另一方面，国内相关研究起步晚，许多关键技术还掌握在美日企业手中，并且均有大量专利公开，想在国内有所突破，还需寻找技术创新点。

从导光板发挥的作用来看，结合已检索到的料方专利分析，在组成上以高碱、低铝、无硼的硅酸盐超白玻璃为主。该种组成玻璃的熔化温度一般较低，使用普通浮法线即可生产(难度在于配料段氧化铁等着色杂质含量的准确控制)。另该产品玻璃厚度要求在1.5～2.5 mm，因此更适合于浮法工艺生产，故初步推测使用溢流法生产该种玻璃不占优势。

4 结 论

随着显示技术的发展，LCD显示用导光板技术也不断推陈出新。尽管目前传统导光板仍然占据市场主导地位，但是由于玻璃导光板具有重量轻、耐热性好、高硬度的特点，同时在节约显示组件成本方面有很大优势，使得超薄型LCD显示成为可能。因此，LCD显示用导光板具有自身巨大的优势，使得它在未来的市场竞争中会占据有利的地位和相当的份额。机遇与挑战并存，期待在不久的将来，导光板技术会给我们带来更多的全新体验。