光学薄膜在液晶平板显示中的应用研究

张雅娟

摘要文章首先阐述了光学薄膜的广泛应用，然后结合当前社会发展趋势，将几种常用薄膜在液晶平板显示中的应用做了一定的归纳和总结，并展望了液晶显示的应用前景。

关键词薄膜增亮膜偏光片

中图分类号：TN141.9 文献标识码：A

近年来，薄膜技术与材料学科的密切结合，使得薄膜技术对新功能材料的需求大增，同时也带动了光学薄膜产品的种类、数量等迅速增加。从精密机械、生物化工设备到人们日常生活中的数码产品，例如电子辞典、台式机、笔记本电脑、电子书、平板电脑、手机等产品，光学镀膜无所不在。尤其是液晶显示器件（LCD）由于自身具有重量轻、外形薄、辐射小及功能耗低等优点已广泛地用于便携式笔记本电脑、移动电话PC机的监视器及彩电、儿童玩具等消费类产品，LCD在成为显示器市场最为活跃、很有发展前途的显示器件的同时，市场对于其上游关键材料类似光学薄膜的需求量也大大增加。

在整个液晶面板的生产成本中，光学薄膜所占的比例达到80%以上，可见光学薄膜的重要性。光学薄膜的类型很多，按照用途、光学/电学特点等可以分为：金属/全电介质反射膜、偏光膜、增透膜、增反膜等等，而在制作液晶显示器时，其关键材料除了玻璃基板以外，就是增亮膜、背光模块薄膜、彩色滤光片、偏光片等。下面就这几种薄膜在液晶显示中的应用简单分析：

1 增亮膜

增亮膜包括棱镜膜和反射型偏光增亮膜。其工业生产大部分被美国的3M公司占有，该公司生产的棱镜片和反射式偏光增亮膜几乎垄断全球增亮膜的市场。棱镜膜/片是利用微棱镜技术制成的光学薄膜，对LED光源发出的光线予以导正，从而改善整个背光系统发光效率。多功能棱镜膜则是更高层次的薄膜产品，具有优化棱镜膜和扩散片的作用，比一般的棱镜膜有着更高的发光效率。

反射型偏光增亮膜一般被安装在背光源和LCD下偏光片之间，它是利用几种不同介质折射率的材料制成的多层薄膜。光波中的P分量可以直接通过反射偏光片，而大部分的S分量会被其反射回背光源，根据布儒斯特定律，在经过背光源中的无数层材料后，两个分量变成全偏振光后从背光源中出射，可循环使用。因此，反射型偏光增亮膜其实是利用原先被系统偏振片吸收的50%光线来增加亮度，并且是全方位、全视角的增亮。与棱镜膜相比，反射型偏光增亮膜的增亮方式要好的多，不受方位的限制，因此它比棱镜膜更广泛应用于LCD TV这类对亮度要求很高的大尺寸产品。

与未使用增亮膜的系统结构比较，此结构可获得约130％的正视亮度增益。这意味着在同样品质画面时，将大大降低LCD功耗；或在不增加LCD功耗的情况下，能够获得更亮、更美、更清晰的画面。

2 背光模块用薄膜

背光模块提供显示屏面板光源，主要由冷阴极管、棱镜片、导光板等组成。其结构分为侧光式和直下式两种，侧光式应用于笔记本电脑，直下式则应用在LCD显示器。背光模块在薄膜晶体管液晶显示器（TFT）面板材料成本中占17%，是面板主要零组件之一。原料占背光模块90%的成本，关键材料掌握在日本、美国少数厂商手里，背光模块厂商获利空间约占10%。以15英寸TFT面板成本结构来看，背光模块占17%，为面板主要零组件之一，占成本比重仅次于彩色滤光片，故在TFT面板价格成本中，背光模块势必成为面板厂商极力要求降价的部件之一。由于原材料成本占背光模块成本的90%，利润只能摊到10%的组装及其它费用上，这样的成本结构，再加上来自面板厂商的价格挤压，在背光模块厂商数目较多的竞争状况下，薄利多销几乎成为业界通则。

目前平板电视正在朝着薄型化的方向发展，正逐步走向壁挂，这也是个大趋势。比如液晶电视，背光模块是决定液晶电视厚度关键因素之一，另一个是电源电路板。这两部分几乎占据着液晶电视的大部分厚度。若能将这两者的厚度大大减小，就能使液晶电视真正实现超薄化。背光模块是其中最为重要的，因为电源电路板只占到电视面积的一小部分，而背光模块则不同。它的尺寸和屏幕的面积大体相同，即只有当背光模块实现薄型化，液晶电视才能实现超薄化。

3 彩色滤光片

滤光片是在光学玻璃或其他光学材料上加入某种特别的染料制成，可以精确选择要通过的小范围波段光波，而将无需通过波段的光波反射掉。之所以能够制成不同颜色的滤光片，是因为加了染料以后，其分子结构和介质折射率发生了变化。彩色滤光片由像素和晶体管组成，依据三基色发光原理，每个像素又由红、绿、蓝三个子像素组成，每一个子像素就是一个单色滤光镜。由面板内的背光模组提供光源，再搭配驱动IC与液晶控制，形成灰阶显示，将光源穿过彩色滤光片的光阻彩色层，形成彩色画面。目前市场上的的电子书，都是灰阶，若要变成彩色电子书，最有效的方式就是加上彩色滤光片。

4 偏光片

偏振光片是液晶显示器成像的关键。它是将聚乙烯醇（PVA）拉伸膜和醋酸纤维素膜（TAC）经过多次复合、拉伸、涂布等工艺制成的一种复合材料，其作用是使不具备偏极性的自然光产生偏极化，成为偏极光，再由液晶分子的扭转特性，就可以判断光线是否可以能通过并实现控制，这样不仅提高的面板的透光率，也扩大了视野范围，达到防眩晕的效果，同时可以实现液晶显示高亮度、高对比度等优点。所有的液晶面板都是由前后两片偏振光片紧贴在液晶玻璃，组成总厚度为1mm左右的液晶片。如果少了任何一张偏光片，液晶片都无法显示图像。偏光片约占TFT-LCD面板成本的10%左右。由于其生产技术汇集了高分子材料、微电子、光电子、薄膜、高纯化学及计算机控制等多种技术，因此偏光片具有较高的技术含量。同时，偏光片也是比较“娇气”的产品，其外观性能和光学性能以及耐久性都比较容易受到影响，而导致其表面出现凹点、黑点或边缘翘起等不良的现象，故需仔细保管和小心使用。

5 结论

目前各种平面显示技术之间的竞争相当激烈，尤其液晶显示和等离子显示之间的竞争十分激烈。从现状看来，液晶显示略占优势。而等离子显示利用优质的色彩能力来平衡价格所带来的弱势条件，例如，在动态影像表现方面比液晶显示更消耗电。即使是背投与等离子电视最擅长的大画面领域，就影像细致度、明亮环境下的辨视性、消耗电力而言，未来液晶显示仍旧扮演着关键性角色。如果期望液晶显示器能够立于不败地位，那么就必须通过原材料的开发、生产方法的改善等方式开发出具有高耐久性的材料。

参考文献

[1]舒朝濂.现代光学制造技术.北京:国防工业出版社,2008.8.

[2]王之江,顾培森.实用光学技术手册.北京:机械工业出版社,2007.1.

[3]蔡立,耿素杰,付秀华.光学零件加工技术.北京:兵器工业出版社,2006.

[4]D.F.霍恩.光学生产工艺.北京:科学出版社,1984.5.

[5]王策.料材质性薄膜的设计和制备.合肥工业大学,2008.

[6]葛春桥,薛亦渝,夏志林.AZO透明导电薄膜的制备技术、光电特性及应用.真空电子技术,2004(6).

[7]潘永强,卢进军,万菁昱.光学塑料真空镀膜附着力机理与工艺研究.应用光学,2003(3).

[8]吴英华等.蒸发法真空镀膜.大学近代物理实验.合肥:中国科技技术大学出版社,1992.

[9]张以忱.真空技术.冶金工业出版社,2009.