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TFT-LCD液晶屏光学薄膜研究与应用

2013-07-25 11:36
seele_jin
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  3、背光光学膜

  3.1、背光模组简介

  背光模组(BLU, Back Light Unit)主要由光源(冷阴极萤光管CCFL/发光二极体LED等)、反射板(Reflector)、导光板(LGP,Light guide plate)、扩散膜、增亮膜/棱镜片及外框等组件组装而成(图15)。背光模组实际是由一层层光学膜片所组成,通过光源,经过模组中各种膜片材料对光的功能作用,实现对光能的重新分配。由于背光光源必须使用反射膜、扩散膜等等的光学薄膜,来达到光源平均投射的目的,但是往往产生光耗损的现象。根据研究,从传统背光光源出来的光是100%的话,经过反射膜、扩散膜等光学薄膜后,只会有约60%的光通过背光模组进入到偏光膜,最后经过液晶、Surface出来只剩下4-8%左右的光。

  图15 背光模组的结构(CCFL侧入式)

  在面板中,背光模组(约20-30%)是成本最高的零组件。对于BLU,15“-17”约20-25%,30寸以上则达25%以上。随着大尺寸面板时代的来临,其在面板成本结构中的地位也越来越重要。而其光学膜也占背光模组近40%的成本,举足轻重(图16)。

  图16 背光模组的成本构成

  图17 背光光学膜市场规模

  3.1.1、光源

  CCFL可以简单理解为在屏幕背设置几根长形灯管,而LED则可以简单理解为在屏幕后设置许多矩形发光二极管。CCFL的背光设计主要有两种:“侧入式”与“直落式”,但由于侧入式因光导设计使得光折损率较高,进而让背光亮度受限,面板尺寸越大时亮度就越低。通常情况下,大尺寸LCD通常都是直落式的。在液晶面板中,消耗电源最多的部份就是背光模块。LED背光可以在较低的功耗下,达到更高的色彩饱和度和亮度,显示器可以做得很薄,已成为中小尺寸TFT-LCD面板中的主流背光源。

  3.1.2、导光板

  导光板(LGP)绝大多数材料为PMMA,作用在于引导光的散射方向,用来提高面板的辉度,并确保面板亮度的均匀性,因此导光板的设计与製造攸关背光模组光学设计与辉度、均细度的控制,为背光模组最主要的技术与成本所在。

  3.2、扩散膜

  3.2.1、扩散膜原理及作用

  在LCD模组中,将 CCFL的线性光源或 LED的点状光源均匀转换成面光源时,需藉由扩散材料如扩散膜,使光线形成漫射来达到匀光的效果。LCD扩散膜其原理系利用光在不同折射率的介质中穿过,光线产生许多折射、反射、散射的现象,于是造成光学扩散的效果(图18)

  图18 扩散膜原理

  一般而言,LCD需要两片扩散膜,上扩散膜(透明白色)与下扩散膜(白色)各一。下扩散膜主要功能是集光、遮蔽导光板印刷网点或线光源、灯管黑影;上扩散膜具高光穿透能力,可改善视角、增加光源柔和性,兼具扩散及保护稜镜片的功能,加工易有损伤,要求更高。在背光模组材料中,相较于稜镜片等光学膜片,扩散膜所占成本比重虽不高,但在LCD TV高亮度规格要求下,电视产品显示出的均匀度与亮度主要受扩散材料的品质影响下,扩散膜的重要性自是不言可喻。

  3.2.2、扩散膜的工艺

  扩散膜按制作方法分类,有涂布式及非涂布式两种。其中涂布式扩散膜又分为散射粒子型的湿法涂布和表面微结构型的UV涂布。涂布扩散膜具有透光率较高,雾度调节范围大,外观质量好,为高端背光源产品的扩散膜首选品种。扩散膜按形态分,有卷料和片料两种。我们的客户群在母卷制作的厂家。

  市面上的扩散膜结构大同小异,从上至下分别是:扩散层——基材——隔离层。特殊一点的有,底部光背光源用扩散膜在基材上下各有一层扩散层,在下扩散层的下面一般还具有粘接层。基材通常为透明光学级PET薄膜,厚度有25、38、50、75、100、125、150、188um几个规格。

  散射粒子型的涂布原料是扩散微粒+粘合剂(压克力树脂)(图19)。散射粒子可以是无机粒子或合成的高分子粒子,涂层经高温烘干去除溶剂、硬化。此类扩散膜的优点是生产技术成熟,广为市场接受,粘合剂树脂材料容易取得。缺点是涂料含有溶剂,溶剂挥发度不同易造成涂层不均;含溶剂之废气的处理问题;烘干溶剂需消耗能源且制程时间长;散射粒子与溶剂、树脂接着力不佳;粒子分布均匀度难以控制;干燥过程易受温湿度影响。

  表面微结构型扩散膜是在PET膜上涂布一层UV感光材料,经刻有微结构的钢轮(结构轮)压印,将微结构转印到感光材料上,再经紫外线硬化即可。

  图19 扩散膜的生产工艺(散射粒子型)

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