光學薄膜在液晶平板顯示中的應用研究

張雅娟

摘要文章首先闡述了光學薄膜的廣泛應用，然后結合當前社會發展趨勢，將幾種常用薄膜在液晶平板顯示中的應用做了一定的歸納和總結，并展望了液晶顯示的應用前景。

關鍵詞薄膜增亮膜偏光片

中圖分類號：TN141.9 文獻標識碼：A

近年來，薄膜技術與材料學科的密切結合，使得薄膜技術對新功能材料的需求大增，同時也帶動了光學薄膜產品的種類、數量等迅速增加。從精密機械、生物化工設備到人們日常生活中的數碼產品，例如電子辭典、臺式機、筆記本電腦、電子書、平板電腦、手機等產品，光學鍍膜無所不在。尤其是液晶顯示器件（LCD）由于自身具有重量輕、外形薄、輻射小及功能耗低等優點已廣泛地用于便攜式筆記本電腦、移動電話PC機的監視器及彩電、兒童玩具等消費類產品，LCD在成為顯示器市場最為活躍、很有發展前途的顯示器件的同時，市場對于其上游關鍵材料類似光學薄膜的需求量也大大增加。

在整個液晶面板的生產成本中，光學薄膜所占的比例達到80%以上，可見光學薄膜的重要性。光學薄膜的類型很多，按照用途、光學/電學特點等可以分為：金屬/全電介質反射膜、偏光膜、增透膜、增反膜等等，而在制作液晶顯示器時，其關鍵材料除了玻璃基板以外，就是增亮膜、背光模塊薄膜、彩色濾光片、偏光片等。下面就這幾種薄膜在液晶顯示中的應用簡單分析：

1 增亮膜

增亮膜包括棱鏡膜和反射型偏光增亮膜。其工業生產大部分被美國的3M公司占有，該公司生產的棱鏡片和反射式偏光增亮膜幾乎壟斷全球增亮膜的市場。棱鏡膜/片是利用微棱鏡技術制成的光學薄膜，對LED光源發出的光線予以導正，從而改善整個背光系統發光效率。多功能棱鏡膜則是更高層次的薄膜產品，具有優化棱鏡膜和擴散片的作用，比一般的棱鏡膜有著更高的發光效率。

反射型偏光增亮膜一般被安裝在背光源和LCD下偏光片之間，它是利用幾種不同介質折射率的材料制成的多層薄膜。光波中的P分量可以直接通過反射偏光片，而大部分的S分量會被其反射回背光源，根據布儒斯特定律，在經過背光源中的無數層材料后，兩個分量變成全偏振光后從背光源中出射，可循環使用。因此，反射型偏光增亮膜其實是利用原先被系統偏振片吸收的50%光線來增加亮度，并且是全方位、全視角的增亮。與棱鏡膜相比，反射型偏光增亮膜的增亮方式要好的多，不受方位的限制，因此它比棱鏡膜更廣泛應用于LCD TV這類對亮度要求很高的大尺寸產品。

與未使用增亮膜的系統結構比較，此結構可獲得約130％的正視亮度增益。這意味著在同樣品質畫面時，將大大降低LCD功耗；或在不增加LCD功耗的情況下，能夠獲得更亮、更美、更清晰的畫面。

2 背光模塊用薄膜

背光模塊提供顯示屏面板光源，主要由冷陰極管、棱鏡片、導光板等組成。其結構分為側光式和直下式兩種，側光式應用于筆記本電腦，直下式則應用在LCD顯示器。背光模塊在薄膜晶體管液晶顯示器（TFT）面板材料成本中占17%，是面板主要零組件之一。原料占背光模塊90%的成本，關鍵材料掌握在日本、美國少數廠商手里，背光模塊廠商獲利空間約占10%。以15英寸TFT面板成本結構來看，背光模塊占17%，為面板主要零組件之一，占成本比重僅次于彩色濾光片，故在TFT面板價格成本中，背光模塊勢必成為面板廠商極力要求降價的部件之一。由于原材料成本占背光模塊成本的90%，利潤只能攤到10%的組裝及其它費用上，這樣的成本結構，再加上來自面板廠商的價格擠壓，在背光模塊廠商數目較多的競爭狀況下，薄利多銷幾乎成為業界通則。

目前平板電視正在朝著薄型化的方向發展，正逐步走向壁掛，這也是個大趨勢。比如液晶電視，背光模塊是決定液晶電視厚度關鍵因素之一，另一個是電源電路板。這兩部分幾乎占據著液晶電視的大部分厚度。若能將這兩者的厚度大大減小，就能使液晶電視真正實現超薄化。背光模塊是其中最為重要的，因為電源電路板只占到電視面積的一小部分，而背光模塊則不同。它的尺寸和屏幕的面積大體相同，即只有當背光模塊實現薄型化，液晶電視才能實現超薄化。

3 彩色濾光片

濾光片是在光學玻璃或其他光學材料上加入某種特別的染料制成，可以精確選擇要通過的小范圍波段光波，而將無需通過波段的光波反射掉。之所以能夠制成不同顏色的濾光片，是因為加了染料以后，其分子結構和介質折射率發生了變化。彩色濾光片由像素和晶體管組成，依據三基色發光原理，每個像素又由紅、綠、藍三個子像素組成，每一個子像素就是一個單色濾光鏡。由面板內的背光模組提供光源，再搭配驅動IC與液晶控制，形成灰階顯示，將光源穿過彩色濾光片的光阻彩色層，形成彩色畫面。目前市場上的的電子書，都是灰階，若要變成彩色電子書，最有效的方式就是加上彩色濾光片。

4 偏光片

偏振光片是液晶顯示器成像的關鍵。它是將聚乙烯醇（PVA）拉伸膜和醋酸纖維素膜（TAC）經過多次復合、拉伸、涂布等工藝制成的一種復合材料，其作用是使不具備偏極性的自然光產生偏極化，成為偏極光，再由液晶分子的扭轉特性，就可以判斷光線是否可以能通過并實現控制，這樣不僅提高的面板的透光率，也擴大了視野范圍，達到防眩暈的效果，同時可以實現液晶顯示高亮度、高對比度等優點。所有的液晶面板都是由前后兩片偏振光片緊貼在液晶玻璃，組成總厚度為1mm左右的液晶片。如果少了任何一張偏光片，液晶片都無法顯示圖像。偏光片約占TFT-LCD面板成本的10%左右。由于其生產技術匯集了高分子材料、微電子、光電子、薄膜、高純化學及計算機控制等多種技術，因此偏光片具有較高的技術含量。同時，偏光片也是比較“嬌氣”的產品，其外觀性能和光學性能以及耐久性都比較容易受到影響，而導致其表面出現凹點、黑點或邊緣翹起等不良的現象，故需仔細保管和小心使用。

5 結論

目前各種平面顯示技術之間的競爭相當激烈，尤其液晶顯示和等離子顯示之間的競爭十分激烈。從現狀看來，液晶顯示略占優勢。而等離子顯示利用優質的色彩能力來平衡價格所帶來的弱勢條件，例如，在動態影像表現方面比液晶顯示更消耗電。即使是背投與等離子電視最擅長的大畫面領域，就影像細致度、明亮環境下的辨視性、消耗電力而言，未來液晶顯示仍舊扮演著關鍵性角色。如果期望液晶顯示器能夠立于不敗地位，那么就必須通過原材料的開發、生產方法的改善等方式開發出具有高耐久性的材料。

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