光學(xué)膜片之棱鏡膜

增亮膜Brightness Enhancement Film（BEF）是一種新型高性能光學(xué)薄膜，由于其外表面微觀棱鏡陣列結(jié)構(gòu)這一特性，因此也被廣泛稱為棱鏡膜。在TFT-LCD 背光模塊中能夠提高整個(gè)背光系統(tǒng)發(fā)光效率的薄膜或薄片，由美國(guó) 3M 公司首先發(fā)明使用。利用增亮膜特殊的棱鏡結(jié)構(gòu)，通過折射、全反射、光積累等光學(xué)原理，可以使各方向的光線向中心視角集中，進(jìn)而提升 LCD 面板的亮度和控制可視角度，從而達(dá)到節(jié)能作用。

0.棱鏡膜微結(jié)構(gòu)

在PET基膜上面建立棱鏡微結(jié)構(gòu)層

Prism angle: 90°

Prism pitch: 50 μm

1.棱鏡膜的發(fā)現(xiàn)趣聞

二十多年前的一個(gè)冬天，加拿大魁北克的一個(gè)地下室，一位3M的研究員正在做實(shí)驗(yàn)。由于地處北半球高緯度，冬日的太陽整日低低地掛在地平線上方，于是他發(fā)明了一種帶棱鏡的玻璃導(dǎo)管，斜射的陽光射入導(dǎo)管一端后，會(huì)沿著導(dǎo)管壁傳播，整個(gè)管子像個(gè)燈管通體發(fā)亮，令地下室頓時(shí)明亮許多。

在這之后，3M采用薄膜技術(shù)生產(chǎn)這種光導(dǎo)管，但在很多年內(nèi)，這種棱鏡導(dǎo)管的應(yīng)用一直局限在建筑物的照明或裝飾上，每年只有很小的銷售量。二十世紀(jì)九十年代，隨著筆記本電腦的普及，液晶顯示技術(shù)開始飛速發(fā)展。由于液晶板*的特性和構(gòu)造，光的利用率很低，如何增加液晶顯示的亮度一直是困擾科研人員的難題。

偶然的一個(gè)奇思妙想讓3M的科學(xué)家嘗試著剪開這種棱鏡導(dǎo)管，平鋪在LCD背光源上。令人意想不到的事情發(fā)生了，由于棱鏡的聚光作用，這個(gè)新穎的嘗試方法讓液晶顯示屏正向的亮度大為提高。之前，3M的科學(xué)家曾經(jīng)受到蝴蝶翅膀由于鱗片物理結(jié)構(gòu)對(duì)光線的折射、反射產(chǎn)生不同斑點(diǎn)想象的啟發(fā)，利用高分子工業(yè)上先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模擬控制系統(tǒng)，成功地發(fā)明了3M多層光學(xué)膜（Multilayer Optical Film )技術(shù)，通過改變薄膜的結(jié)構(gòu)來控制光的出射。

這種多層膜由上百層納米級(jí)的膜組成，每一層的材料性質(zhì)都不同。通過膜層間的光學(xué)作用，終達(dá)到反射光的功能。

由此，3M的科學(xué)家想到了將這兩個(gè)特別的發(fā)現(xiàn)合二為一，經(jīng)過一段時(shí)間的研究開發(fā)，3M結(jié)合微復(fù)制技術(shù)和薄膜技術(shù)，進(jìn)一步優(yōu)化了棱鏡導(dǎo)管的聚光功能，從而使其增亮*，并將其命名為增亮膜BEF。

為了讓客戶很好地接受這一產(chǎn)品，3M的工程師購買了兩臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)用筆記本電腦，將其中一臺(tái)加上兩片棱鏡方向相互垂直的增亮膜。在這層不起眼的薄膜的作用下，電腦屏幕亮度竟然比原來增加了一倍多！當(dāng)這兩臺(tái)電腦擺在它的制造商面前，他們很快就被說服了。

從這一天起，增亮膜開始了它的神奇之旅，廣泛應(yīng)用于小至手機(jī)、PDA，大至電腦顯示器、液晶電視等各種液晶顯示產(chǎn)品中，而這些產(chǎn)品的制造商也不再被如何既省電又能使屏幕亮度增加這個(gè)難題困擾了。

2.棱鏡膜增亮原理

增亮膜通常是使用UV固化的膠水，在PET的表面微復(fù)制成型棱鏡結(jié)構(gòu)，通過光的折射和反射現(xiàn)象來校正光線?？梢詫⒃瓉砩⑸涞墓饧性诖蠹s 70 度的角度里，并將未使用的光在視角外回收，利用光的反射來減少損失，可使在軸中心亮度增加110%，從而提高整體亮度。通常一片增亮膜可以增加亮度約 40-60%。若是利用兩張 90 度的垂直增亮膜，可以獲得更高的亮度。增亮膜 / 棱鏡膜通過折射和反射在透明光學(xué)薄膜上形成的細(xì)條紋來重新分配光能，由于表面均勻地覆蓋著棱鏡和圓錐體結(jié)構(gòu)，提高了透射率、亮度和視角。

3.棱鏡膜的生產(chǎn)工藝

增亮膜主要以PET或PC為原料，利用射出成型或貼上亞克力樹脂的方式，再利用預(yù)鑄微結(jié)構(gòu)的滾輪轉(zhuǎn)印，配合高能紫外光將微細(xì)的棱鏡結(jié)構(gòu)硬化，從而制作出鋸齒狀的板面，由上下兩片、垂直交錯(cuò)地壓合于兩片擴(kuò)散片中間，可讓原已擴(kuò)散開的光線再度集中、減少光耗損率，以便增加亮度。

增亮膜生產(chǎn)工藝包括光學(xué)設(shè)計(jì)、精密模具、化學(xué)配方及涂布。國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的方法是在加工完的模輥上通過光固化UV膠成型工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)微細(xì)光學(xué)結(jié)構(gòu)的成型工藝。

增亮膜最關(guān)鍵的技術(shù)是在輥筒上雕刻棱形花紋技術(shù)。透鏡擠壓生產(chǎn)中，透鏡擠壓輥筒加工技術(shù)直接影響產(chǎn)品的棱形透鏡成型質(zhì)量。目前世界上通行的做法是在加工好的鋼輥上鍍上一層硬度較低的金屬如銅等，使用金剛石刀具加工所需要的微細(xì)棱形結(jié)構(gòu)表面。

這一層表面是無法達(dá)到擠壓生產(chǎn)狀態(tài)，必須在加工好的微細(xì)結(jié)構(gòu)表層再鍍上一層較硬的鎳或鉻，最先進(jìn)的工藝是鍍上一層鎳-磷合金，才能滿足金剛石刀具雕刻棱形透鏡的工藝要求。同時(shí)，由于透鏡需要的表面精度和表面光潔度都非常高，這一制輥技術(shù)目前還是世界性的難題。

4.棱鏡膜的發(fā)展趨勢(shì)

隨著液晶顯示設(shè)備輕薄化、高清化的發(fā)展趨勢(shì)，增亮膜未來也將超薄型化、復(fù)合化的方向發(fā)展，復(fù)合膜的優(yōu)勢(shì)在于厚度減薄，同時(shí)用一張薄膜的功能取代了兩張，一張膜的售價(jià)有機(jī)會(huì)低于兩張膜價(jià)格總和，可以降低成本，同時(shí)一張膜的熱穩(wěn)定性能也優(yōu)于兩張。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的增亮復(fù)合膜技術(shù)主要包括如下幾種：

一體成型棱鏡

一體成型棱鏡主要通過原料擠壓成型后，再經(jīng)過滾筒轉(zhuǎn)印技術(shù)達(dá)到頂部特殊角設(shè)計(jì)及棱鏡高度的變化來實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)光視野角度與光強(qiáng)度的平衡；同時(shí)底部增加不影響光特性的防刮傷設(shè)計(jì)，抗刮性能好

復(fù)合增亮膜：

復(fù)合增亮膜又稱為POP（Prism on Prism），是將兩張?jiān)隽聊ねㄟ^粘結(jié)膠粘合成為一張復(fù)合增亮膜，其優(yōu)點(diǎn)在于復(fù)合增亮膜比兩張?jiān)隽聊さ暮穸葴p薄45%，輝度比兩張?jiān)隽聊p少6%，但比一張?zhí)岣?%，提高組裝效率。缺點(diǎn)在于兩張膜容易分層。光學(xué)輝度下降。

光學(xué)膜層壓形成的復(fù)合膜：

其中一項(xiàng)專利，其主要將構(gòu)成背光源的下擴(kuò)散膜、增亮膜及上擴(kuò)散膜層結(jié)合出一張復(fù)合膜，減少了層壓構(gòu)成背光源的各個(gè)光學(xué)膜所需的費(fèi)用和時(shí)間消耗，并且防止了產(chǎn)生靜電等引起的異物的附著或劃痕等表面缺陷，從而提高了生產(chǎn)率。

逆增亮膜：

日本某公司制作的逆增亮膜，將微結(jié)構(gòu)制作在基材入光面，但需要搭配其對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的LGP，LGP上下表面做成不同的微結(jié)構(gòu)，背光模塊中心輝度可提升14%。該技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)有一段時(shí)間，但受困于LGP微結(jié)構(gòu)制作良率偏低，對(duì)組裝精度要求高，未得到大規(guī)模應(yīng)用。

集成復(fù)合膜：

一種新型集成導(dǎo)光板，其上下表面分別直接熔合非球面半柱狀微結(jié)構(gòu)陣列和微棱鏡結(jié)構(gòu)陣列。此集成導(dǎo)光板實(shí)現(xiàn)了目前背光模塊中常用的兩張正交增亮膜—擴(kuò)散膜—導(dǎo)光板四層復(fù)雜膜系的功能，驗(yàn)證了集成導(dǎo)光板設(shè)計(jì)的可行性

5.3M系列棱鏡膜信息

6.棱鏡膜的選用原則

我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)可供選擇的棱鏡膜很多，如何選擇是我們作為設(shè)計(jì)者面臨的難題，廠家生產(chǎn)的每一張膜片都有其優(yōu)點(diǎn)，也有其缺點(diǎn)，我們要根據(jù)自己產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景和客戶的需求以及成本的控制來選擇。如：

1.如果我們的產(chǎn)品定位為中小尺寸，就要選擇中等厚度的膜片，太厚的話占據(jù)我們的產(chǎn)品空間；若定位為大尺寸產(chǎn)品，就要選擇厚一些的膜片，防止太薄的膜片容易翹起不好組裝和環(huán)境類實(shí)驗(yàn)waving的問題。

2.根據(jù)客戶亮度的需求我們時(shí)選擇用一張BEF膜片還是兩張BEF膜片，還是通過加LED燈或者加功耗來提升亮度；首先要看是否有空間能放下兩張膜片，其次看成本方面，哪一種方案更優(yōu)；權(quán)衡利弊，做出選擇；最主要的目的，還是要讓客戶滿意。

3.增亮效果好的膜片，遮蔽效果就差，容易在特定視角下看到亮線之類的不良；是注重外觀還是注重亮度，也要根據(jù)實(shí)際情況做出選擇，或者通過其他部件來彌補(bǔ)此處的不足。

審核編輯：湯梓紅