增亮膜国产产业化所选技术及其展望

梁明礼

（东莞市光志光电有限公司，广东 东莞 523843）

1 增亮膜介绍

LCD（液晶显示器）降低能耗一直是工程师们努力的方向。据统计，LCD的电能消耗主要在背光模组上，液晶面板与控制电路总共消耗了不到四分之一的电能。因此，LCD厂商的节能努力，仍然放在背光模组的改善上[1]。增亮膜伴随着LCD节能降耗发展起来，同时期发展起来的还有反射膜和扩散膜。这三种膜大都以聚酯PET为基材，在其内部或表面成型一定结构的功能层，它们都是LCD的功能膜。LCD自身不发光，需借助LED产生光源。

如图1所示，直下式LCD结构中，由LED等光源发出的光，大部分从正面经扩散板出射，部分经背面反射膜反射后再从正面经扩散板出射。经扩散板出射的光线被打散变成均匀的面光源，然后经两张垂直设置的增亮膜将光线往正面中心汇聚后出射，达到增加中心亮度的目的。出射的光线再经液晶面板，到达人眼，变成人眼能识别的色彩。

图1 直下式液晶显示器结构 Fig.1 Downward LCD structure

如图2所示，侧入式LCD结构不同点在于，LED光源设置在导光板侧面，LED发出的光线部分经导光板底面网点全反射回正面出射，部分则被反射膜反射回导光板经正面出射。两种LCD结构中，增亮膜均是通过汇聚出射光线来增加正面中心亮度。

图2 侧入式液晶显示器结构 Fig.2 Side entry LCD structure

从原理上增亮膜主要分两种，一种是利用光的折射和全反射原理将入射增亮膜的光线改变出射方向。

如图3所示，大、小角度入射光线经增亮膜结构发生反射，反射回背光模组后再被反射膜反射回重新利用。只有中角度入射光线经增亮膜往正面中心汇聚后出射，因此增亮膜也被称为聚光膜。经过上述过程，出射光线将集中在±35°的范围，提高了中心视角的亮度。通常一张增亮膜约可提高60%的亮度，搭配2张相互垂直的增亮膜最高可达到120%的亮度[2]。另外因表面结构呈现三棱镜状，也称棱镜膜。

图3 增亮膜增亮原理图Fig.3 Brightness enhancement film brightening schematic diagram

另一种增亮膜，如图4，是允许背光模组出射的非偏振光的P光通过，反射回背光模组S光，S光再经过反射膜反射回来变成部分P光通过，部分S光再次发生反射。如此往复，直到S光均变成P光出射进行利用[3]。因其利用了偏振光的原理，这种增亮膜也叫反射式偏光片。

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

棱镜式增亮膜通过改变光的出射方向，让光线朝着正面中心汇聚来达到增加亮度的目的。实际光通量并未增加，因光线朝正面汇聚，显示视角相应降低。而反射式偏光片是将原本偏光片吸收的大约50%光线反射回背光模组加以利用，实际效果是增加亮度的同时，不降低观看视角。

两种增亮膜均最早由3M公司批量制造，因反射式偏光片由数百层高、低折射率材料复合而来，加工工艺复杂，价格颇高[4]。目前国产化的主要是棱镜式增亮膜，本文也主要探讨棱镜式增亮膜。

2 增亮膜的几种涂布成型技术

增亮膜的成型流程。如图5～图8所示，首先卷料从放卷依次经过粘尘、前储料、涂布、热干燥、成型、复合、后储料和收卷流程中的几个或全部。其中涂布和成型是最核心技术。

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

涂布技术，一般有很多种。如图5和图6所示，使用微凹涂布将胶液首先定量转移到卷料上，卷料带着胶液经烘箱蒸发掉溶剂，在进入到成型阶段。另一种方式如图7和图8所示，通过泵浦将胶液滴落到模具轮和卷料的间隙内。前一种方式因胶液中含有溶剂，涂布后需将涂层内的溶剂蒸发产生VOC废气，不符合目前绿色环保要求。另外，蒸发溶剂存在安全隐患。高浓度的溶剂蒸汽在静电作用下易发生燃烧甚至爆炸。最后，为加热蒸发溶剂，需在生产线上设置几十米的烘箱，无形中增加了设备长度和配套成本。而后者直接使用泵浦供胶的方式就不存在以上问题，只需在供胶管尽头设置一个或多个出胶口，出胶口安装到可左右摇摆的设备上，实现左中右快速侵满胶液。涂布系统可根据需要设置多个，满足多次或两面涂布。

图6 软模涂布成型方式1Fig.6 Soft mold coating molding method 1

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

图8 软模涂布成型方式2Fig.8 Soft mold coating molding method 2

成型技术，主要有软模成型和硬模成型。韩国最早使用软模成型技术生产棱镜式增亮膜，成型原理和硬模类似，最大的区别在于模具。硬模成型技术如图5和图7所示，使用的模具是在镀铜或镀镍磷合金辊上，用钻石刀具雕刻而成[5]。其中对雕刻设备要求极高，不但自身防震机构要做好，而且一般在雕刻设备地基下事先进行开挖浇注，四周留有减震隔离带，防止车辆经过或震动过大影响雕刻设备正常加工。雕刻设备需在恒温恒湿状态下工作。一方面，极少量温度变化引起的热胀冷缩都会造成雕刻结构错乱。另外湿度变化太大，模具表面的铜层遇氧和水汽发生氧化变成黑色锈蚀。一般雕刻完成的模具放置在充满惰性气体的保护罩内密封保存。

相较于硬模对模具要求极高的技术路线，软模不需要用精密雕刻的方式加工模具。因软模使用的模具是卷料，且一卷卷材能用很长时间。如图6和图8所示，它是将卷料母模裁切成一定尺寸包覆到一只或多只辊轮上，类似传送带结构。软模生产技术最大问题是拼接缝隙，两种方式均存在首尾相接的缝隙。以至于在涂布中，周期性出现一道拼接痕，造成后道裁切工序需避开裁切[6]。

3 增亮膜国产产业化所选技术

增亮膜国产产业化中，主要选择的是台湾类似的技术路线。涂布技术上，运用的是定量泵浦滴胶方式。原因主要有两个，其一是泵浦滴胶无需使用溶剂，更加安全环保；其二是泵浦滴胶无需烘箱和微凹涂布头及其配套设备，成本大大降低。

成型技术上，主要选择了硬模成型方式。原因也主要有两个，其一是精密雕刻技术逐渐成熟。硬模中加工用的雕刻设备，大尺寸用产品可采购台湾或国内设备。中小尺寸产品或高阶增亮膜用到的弯曲和抖动结构，则采购美日韩设备和美国快刀伺服设备。另一原因是增亮膜品质要求越来越高，软模技术天生存在拼接痕的缺陷无法完全改善，导致裁切良率不高。

4 增亮膜未来展望

时下较热门的显示技术包括OLED显示、QD显示和Mini/Micro LED显示，其中OLED显示近几年更是在智能旗舰手机得到普及，被认为是继LCD后下一代显示技术。OLED显示是一种有机半导体自发光，无需LCD的背光模组，也无需用到反射、扩散和增亮膜。随着技术成熟，一旦大尺寸OLED在良率和成本上做到和LCD相当，预计LCD和增亮膜的命运将发生革命性的变化。

QD显示目前还无法做到电致发光，短时间内还须借助于背光源。QD膜是较早的一种应用，将红绿量子点和树脂通过涂布成型到两层阻隔膜内，用LED发出的蓝光激发红绿量子点产生红、绿光，再和部分通过QD膜的蓝光发生复合，生成白光。精确调控红、绿量子点比例，即可得到标准白光，可将显示色域提高到100%以上。近些年，很多公司都在尝试将量子点封装到LED内，藉由LED芯片发出的蓝光直接和红、绿量子点复合。另外在大尺寸领域，已经有公司将直下式的扩散板内复合量子点，做成量子点扩散板。可见，量子点显示技术，目前还必须依存于LCD技术，可以说QD显示技术目前是LCD技术的创新。如果QD显示技术得到广泛利用，作为LCD核心膜片的增亮膜也将大放异彩。

Mini/Micro LED是另一种新型显示技术，它是将LED微小化，当光线从数以万计的LED发出来时，作为聚光目的的增亮膜也将不复存在。因为，它自身拥有很高的亮度，且无视角差异。

经过多年发展，LCD具有很多其它显示技术无法比拟的优势。例如完整的上下材料供应链、动辄数百亿的高世代面板线，制作良率高、成本低等优势。相信短时间内OLED和Mini/Micro LED等显示技术还无法撼动LCD的领先地位。但是随着消费者对更新更好的产品追求，以及上下产业链的配套，我相信代表未来的显示技术终将来临。