微结构光学功能材料微加工技术日趋成熟

2018-11-26 00:10:56 9156
电子显示产业是当今的重要产业,特别是人类进入信息化时代以来,对显示产品的需求量越来越大,可以说显示无限。加快实现液晶显示背光模组微结构光学功能材料的国产化,可以促进我国完整的液晶产业链的形式。
 
经过多年的研究开发,目前从技术、制造装备、产品、市场、管理等方面,已经具备产业化的充分条件,我国在这一领域的技术日渐成熟。
在技术方面,微结构光学功能材料微加工技术涉及光学设计与计算机仿真、超精密模具材料及加工、高分子材料及精密成型工艺与设备等。国际上也只有3M、LGC等少数几个公司掌握了完整的技术。成都菲斯特科技十余年来一直坚持在相关技术领域坚持创新,形成了核心技术竞争力。
在制造装备方面,最核心的技术就是光学辊的超精密加工。菲斯特科技装备有国际最先进的辊筒模具加工设备,特别是可加工重达2.5吨光学辊的超精密设备在四川成都安装调试成功,改变了国内不能加工重型挤出光栅辊的历史。至今该设备也是国内唯一能加工重辊的超精密辊筒设备。基于自主技术的电镀铜、镍磷合金及化学镀镍磷合金设备,基于自主技术的Roll to Roll的光固化成型设备,以及先进的产品测试系列设备。
由于产品主要满足液晶显示背光模组替代进口的需要,市场处于迅速替代进口和开始自主创新的阶段。该产业链涉及本地的光学高分子材料、超精密加工、电子显示整机等产业。
 
一、产业结构的成熟
由于LCD面板本身不具发光特性,因此,必须在LCD面板上加上一个发光源,才能达到显示图象的功能,背光模块即是提供LCD显示器产品中一个背面光源的光学组件,简单来说,背光模块即为LCD显示器的一个关键组件。是依附于下游LCD显示器的非标准化产品。见下图。至今背光源已经成为电子信息产业中独立的学科,并逐步形成研究开发热点。
 
 
目前,LED背光源技术正在逐步进入大尺寸的TFT-LCD液晶电视机产业,发展前景非常可观。
 
 
    随着LCD背光模组产业的发展,所对应的导光板、扩散板、棱镜片均具有微结构方向发展的趋势。需求看下游领域,投资选上游领域,TFT产业链中盈利性最大的为上游领域。液晶显示产业加速向中国大陆转移,高世代面板生产线将在2012年后陆续投产,其对中国大陆的液晶产业是巨大的推动。
 
 
 
而在液晶产业中微结构光学功能材料在背光模组中的成本高达59%。
  
 
(2)创新型的微结构光学功能材料                                    
光学膜片在TFT-LCD的控制、扩散和增加光亮度、对比度等方面扮演着重要的角色 。
新型微结构功能材料的应用
新型微结构功能光学材料产品
功能作用
新产品设计
导光板light guide plate
将光源引导至整个面板区域
增加微结构
扩散膜(diffusion film)
均匀光源
增加微结构
棱镜片/膜(prism  sheet/film)
棱镜结构反射和折射,将发出的光线进行导正以增加发光效率
改变齿形结构
微透镜膜micro-lens film)
与扩散片功能整合到一张膜里,有许多面板采用二张微透镜膜以取代一张棱镜片加二张上下扩散膜的架构.
由三棱锥形结构组成
多功能复合棱镜片/膜(:multifunction film)
是一种较高端的产品,整合了棱镜片与扩散片的功能,较普通棱镜片有更好的发光效率.
 
反射式偏光片
也称DBEF
DBEF是目前所有种类光学膜中使发光效率提高的最好产品,发光效率能比其它产品高出至少30%。不过目前有些韩国厂商也开始推出类似功能的产品。
 
裸眼3D电视光栅
用于裸眼立体电视机,是一种由无数柱状结构的光栅组成,结合显示器的清晰度设计。
柱状光栅节距1.6.尺寸精度极高
线聚光高低温线性菲涅尔透镜
一种使太阳光汇聚的光斑为一条直线的CPV专用透镜
把菲涅尔透镜微结构加工到辊筒上生产线菲
LCOS、DLP投影电视屏
由一张菲涅尔透镜、一张柱状光栅透镜组成的微结构光学显示屏幕,主要用于60英寸以上大尺寸的MD投影电视机以及拼接显示屏。
 
航空模拟虚像显示菲涅尔透镜
虚实结合的显示系统形成虚像的透镜,可用于航空模拟视景。文化娱乐产业等,是一种高精度的微结构透镜。
 
微结构扩散板
用于LED灯箱的微结构扩散板,具有增加亮度,均匀光线的功能。
 
防窥膜
特殊微结构制成的具有防窥视功能的膜材料。
 
 
(3)LCD背光模组中的微结构光学功能材料
<1>微结构导光板及微结构扩散板
导光板的作用在于引导光的散射方向,用来提高面板的亮度,并确保面板亮度的均匀性,导光板的良优对背光板影响甚大。因此,导光板的关键生产技术之一是利用挤出成型的方法制成表面光滑的板块,然后用具有高反射且不吸光的材料,在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点。导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式,印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料,在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时,在丙烯酸材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质,直接形成密布的微小凸点,其作用有如网点。目前国内厂商大多仍采用挤出成型的导光板作为导光组件,这种导光板具有开发成本低及生产快速的优点,新型带微结构的导光扳技术难度较高,但在亮度上表现优异,模具开发技术为瓶颈所在。本项目的技术重点为引进高精密的模具金刚石刀具专用机床以及适合金刚石刀具加工的模辊材料等关键技术。
随着LCD电视向大型化的发展和LED背光源的应用,导光板已经开发出了新一代的微结构导光板,革命性的改变了传统导光板的导光原理,利用微结构以及纳米扩散粒子均匀的深入PMMA原料中,这种工艺生产出的导光板,通过纳米光扩散剂可以有效的将线光源或点光源转变为面光,这种导光板性能优异,使用方便,是目前国际上最先进的高光技术。至于扩散板的主要用途,在于提高正面的亮度,而带有圆弧形微结构的导光板已广泛用于3D电视机。扩散板的作用在于让光的分布更加均匀使从正面看不到反射点的影子。由于光自扩散板射出后,其光的指向性非常差,必须利用增光膜来修正光的方向,达到聚光的效果,提高正面的亮度。导光板只能采用热挤出成型工艺技术生产,目前已发展成为带结构的扩散片材。这两种带结构的光学功能材料正是双方合作的优势。
 
<2>增亮光学功能材料(增亮膜)
由于增光膜是在膜层的表面通过特殊的工艺成型技术形成棱形(三角形)的微细光学表面结构,其生产工艺技术是世界性的难题,目前只有美国3M公司等少数几个国家的公司垄断了全球市场。主要是美国、日本、韩国、中国台湾等少数国家的公司相继引进了相关设备,已经能够规模生产多种规格的增光膜。
CRT电视机的微细结构光栅柱面镜的生产工艺技术与背光模组中的增光膜的生产工艺技术雷同,CRT背投电视机屏幕中的光栅柱面镜实质上也是一种增光膜,只是齿形结构和尺寸参数不一样。具体来说就是增光膜的齿形结构比背投影屏幕的齿形结构精细的多。
国内已经具备生产大型背投影屏幕光栅棱镜和大型菲涅耳透镜设备的能力。特别是光栅柱面镜其工艺技术与背光模组棱镜类似,完全可以借助微结构背投影屏幕项目打下的工艺设备及技术基础,实现产业化,形成国内LCD面板的配套能力。
随着国际IT行业迅速发展,使得相关LCD行业不断推陈出新,LCD产品尺寸朝大型化、多元化和轻便化方向发展,背光源作为LCD产品的核心组件之一,势必配合此发展趋势,致力于产品的多元化,大型化和轻便化,这对光学功能膜也提出了更高的要求。
背光模组中最核心技术为提高模组的亮度和效率,其中具有光学增亮功能膜和增光功能膜的材料生产技术,目前主要有挤出成形和UV光固成形二种形式。UV光固工艺在过去较长时间内成为主流技术,但合格品不高一直是其主要缺点,而目前LCD产品要求更精密的增光膜结构,必然成为背光源发展主流。但是,由于模辊加工技术是世界性难题,限制了大尺寸面板的制造。采用挤压复合成型技术,可以解决大尺寸微结构导光板、扩散板、增亮膜的大规模生产。
总之,企业在完成TFT-LCD背光模组关键件项目的高技术产业化同时,也填补了国内不能生产微细结构光学功能材料的空白。该技术将为我国大尺寸TFT-LCD电视产业的发展发挥重要作用。
 
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