金年会jinnianhui

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TFT-LCD液晶屏光学薄膜研究及应用(下)

2013-04-13 林树鑫

现有市场上已产量及的开发中的赔偿膜/相位差膜包括N-TAC(KONICA),X-PLATE(日东电工),M-TAC(FUJI FILM),COP(Zeoron,Arton)等。与广视角TAC膜市场情况不同的是,补偿膜的市场竞争者众多且变化快速。Konica的N-TAC最先被TFT面板厂广泛采用,后被日东电工的X-Plate逐渐取代,成为国内TV偏光片主流。 Zeon(Zeoron),日本合成橡胶JSR(Arton)两家日系厂商则舍弃传统的TAC膜而采用COP膜为基材,旨在避开TAC膜供应吃紧时,原料取得不易的困境(图13):


  2.6、偏光片产业现状

  2.6.1 亚洲家产专题报告

  2009 年,国际TFT-LCD用光学反应元件膜销售表规模预测达到5.4三亿平小米,销售价格达9一亿澳元,当中偏光片占了每个类行光学反应元件膜二分中的一个销售表规模或是整整二分其二生产量。从需求分析分析设计上看,大长宽比偏光片将在偏光片专业市场上占主体的地位。从操作类行上看,LCD TV的偏光片需求分析分析将是大长宽比偏光片的重点操作。在LCD TV的win7驱动下,偏光片专业市场上将能维持固定的成材,测算2010 年、2011 年与2011年产品生产量差别达59.54 亿澳元、62.49 亿澳元与64.36 亿澳元,年增率差别达4%、5%与3%(图14)。


  澳大利亚地区商家主在偏光片出产加工上位居国际领先社会国际主导地位社会国际主导地位,在系统工艺上无论是位居恶性竞争社会国际主导地位。需要是出产加工偏光片需求的要素原料料地方,澳大利亚地区商家主对系统工艺和出产加工的严谨把控好切实保障了其在销售市场上的独有社会国际主导地位。TAC膜、PVA膜、AG膜和光学补偿膜的技术和市场被日本绝对掌控。TAC膜和PVA膜分别占到偏光片原材料成本的54%和17%。 起初,仅FUJI FILM和KONICA能够生产TAC膜,后台湾新光合成纤维的子公司达辉光电、国内的乐凯和南韩晓星(Hyosung)也可以生产。但是FUJILIM 和KONICA的市场占有率仍有65%和23%左右,两者占据近全球90%的份额。目前全球TAC薄膜产能为12亿平方米左右。虽然PVA是常见的化学材料,但是偏光片用的PVA目前仅日本的KUARARY和合成化学能够制造,价格高达20美金每平米。


KURARAY占了世界十大约80%的股票市场上比例。最近的有传国内的最主要的PVA生产供应厂商皖维高新产业设计从美国传入偏光用PVA膜的技术,年产值1000万M2,投资人40亿韩元。还有就是在偏光片的另外钢筋取样料膜地方,美国也占据着垄断竞争国际地位,举个例子,90%AG膜股票市场上由日东技工和大美国印上占。


  偏光片销售市场具有率前百余从左到右为西班牙LG化学、日本日东电工、日本住友化学。韩国企业于2000年开始进军TFT用偏光片市场,首家厂商LG化学于2000年 3月量产。尽管在偏光片的技术上有一定的实力,但是其在偏光片关键原材料方面的技术仍与日本差距较大。我国台湾企业虽然在偏光片的生产上有一定规模,但其技术完全依赖于日本,实际是日本企业的加工厂。我国内地企业在偏光片领域生产规模较小,主要供应TN-LCD用和部分STN-LCD用偏光片。但已有报道称深纺织集团的盛波光电及深圳三利谱于2011年上TFT-LCD用偏光片生产线。从全球角度来看,中国的面板生产2010-2012年在全球的占比分别是3-5%、9%、20-22%。而国内生产偏光片在全球占比目前只有1%,发展空间巨大。



三、背光电子光学膜

  3.1、背光模组简洁

  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。


  在面板开关中,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)。


  3.1.1、点光源

  CCFL 可简约解释为在荧屏背设施几支长形灯管,而LED则可简约解释为在荧屏后设施越来越多梯形亮光稳压管。CCFL的背光装修制定重点有二种:“侧入式”与“直落式”,但鉴于侧入式因光导装修制定随着光折损率较高,而使让背鲜对比度对比度出现异常,控制开关面板开关大小越大时对比度对比度就越低。一般 问题下,大大小LCD一般 几乎都是直落式的。在出现屏控制开关面板开关中,消耗脂肪供电多的一小部分也是背光模组。LED背光可在较低的功能消耗下,超过会高的感觉饱满度和对比度对比度,出现器可做得非常薄,已然为中小学大小TFT-LCD控制开关面板开关中的发展趋势背灯光。


  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、扩散转移膜

  3.2.1、分散膜原因及用途

  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)


  一样 们来说,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、散出膜的生产技术

  对外扩散转移膜按制做的方法定义,有刷抹式及非刷抹式五种。这当中刷抹式对外扩散转移膜又可分为散射阿尔法粒子型的湿法刷抹和表明微设计型的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。


  市上边上的发展膜格局不同小异,从上至下分别是是:发展层——基面材料——底下隔离层。特色一个的有,底下光背点光源用向外扩散作用转移膜在基面材料下各有千秋一楼向外扩散作用转移层,在下向外扩散作用转移层的下一般的还拥有胶粘层。基面材料常常为半透光纤激光切割机的级PET塑料膜,板材厚度有25、38、50、75、100、125、150、188um好几个产品规格。


  散射激光束型的施胶原石是散出水分子+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。


  外观微框架型扩散作用膜是在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。


  对对外扩散膜刷抹机的综合性规定要求是:

  1) 合理化的设计和规格尺寸:目前为止散出膜涂装纸策略主耍有3种,即刮刀辊涂装纸、量值溯源辊涂装纸和喷胶涂装纸。具体的安全使用哪一个看看所用到的万能胶粘的基本特征、粘合度和固分子量。刮刀辊涂装纸存在涂装纸重量调节器比率大,顺应涂装纸重量10~30nm,漆粘合度20~100s的当下万能胶粘的涂装纸。量值溯源辊涂装纸有线网辊和网纹辊涂装纸,顺应涂装纸重量在10 nm左古,粘合度远低于20s的当下万能胶粘的涂装纸。喷胶涂装纸不适反应合偏油胶的涂装纸,特备适当低粘合度的水溶性胶和UV胶的涂装纸。涂装纸机的幅宽平常在一米左古,选定幅宽须得要考虑到板材宽、加工率及的设备生产制造特性等情况。散出膜涂装纸机的涂装纸进程普通为10~40米互相,进程太低产能低,进程太高不良于洞察分析涂装纸中的缺点。


  烘干箱的潮湿途径有自动空调式和光固式(UV)两类,烘道的长度主要与涂料干燥性能和要求的涂布速度有关。扩散膜涂布机一般只采用其中一种烘道,有的则两者都有。这样做的目的是使涂布机对涂料种类的适应性广泛。因为,烘道的种类完全是由扩散膜涂料的种类决定的。对于热风烘道,扩散膜涂布对温度的要求是一样的:最高温度120℃、温度控制精度≤5℃、初始升温时间≤30分钟。烘道内部的结构有气浮式(无接触)和辊筒式两种。有条件的最好设计成气浮式烘箱。对于辊道式烘箱的托辊,设计时要充分采用避免擦伤膜片的技术。


  2)较高的定位精准度和外层产品产品品质特殊追求:吸附膜涂装机归属于高精密涂装机本质特征。犹豫吸附膜一种半透度很高的光学薄膜膜片,在涂装时,轮廓稍稍一阵一阵板厚均匀,之后就要用眼珠可以看出膜片有明暗不一的一些缺陷。一样 吸附膜技规总结出的板厚测量粗差为±5%,减去材料板厚测量粗差的1%后,还多余4%,涂装板厚往往在10~20um。可看得出吸附膜对涂装机的定位精准度特殊追求是很高的,涂装测量粗差小于等于3um。外层产品产品品质特殊追求涉及到很细微的外层滑度、很高的外层氏硬度和很高的外层抗耐腐蚀功能。


  3)契合在废气处理出产加工用的的标准:传播膜涂布纸纸机所出产的的产质量管理量的标准,所决定传播膜涂布纸纸机应该在废气处理出产加工出产。

  往往,从蔓延膜的涂装工序讲解,气浮式烤箱的上等企业群是利用到暖风干热产出的蔓延膜产出商。


  3.2.3、吸附膜服务业运行

  200八年尽可能会受到银行业信任危机的损害,全国分散膜的市厂整体规模如果起到了5.26亿欧元。分散膜片的最主要发展来历亦来骄傲自大尺码APP的奉献,约占95%,表中 LCD TV的APP为4成,预期至2012 年可已经超过5成。


  分散膜本来的由Keiwa、Kimoto、Tsujiden等日本厂商所掌控,但近年在韩国SKC、Shinwha的积极抢攻下,除Keiwa 仍位居领导地位外,其余已拱手让给韩国厂商。Keiwa向来在 LCD Monitor的上扩散片拥有极大的市占率,有鉴于下游客户的成本考量,上扩需求有减少趋势,未来该公司将加强扩大下扩散膜片的占有率。Tsujiden 是90年代首次推出扩散膜产品的厂商。此外,有别于日本其他竞争厂商在海外寻找当地合作厂以进行后段加工制程的策略,则多坚持公司本身从开发、生产、加工的一贯作业体制,该公司应用在笔记型电脑的下扩产品占有极高比重,2002年1月于昆山设立裁切厂(100%Tsujiden出资)。 Kimoto则在行动电话与LCD TV的应用上大幅斩获,目前亦积极扩大笔记型电脑等相关应用市场。Kimoto主要生产地点除了日本国内的三重与茨城两工厂外,在美国亦有两条生产线。


  在韩领域上,SKC 原系 PET 底材的供应商,是韩国第一家制造扩散膜的本土厂商,国内主要客户为 LPL,因先进入者优势曾拥有韩国90%的市占率。然而在后进者积极抢攻下,已较不复当年的亮丽表现。Shinwha Intertek 于2002年进入市场后,除积极蓄积其产品技术能量外、亦专注在产品品质的提升。该公司除以其产品能力赢得客户青睐外,同时亦以生产的规模经济打低价策略,企图席卷扩散膜片的市场。2006年SKC的占有率已降至40%左右,反而是Shinwha因抢占Samsung 90%的订单,因此一跃成为韩国市场的龙头,市占率约45%,亦在全球市场上前进至仅次Keiwa第二名的地位。其余如PET底材的供货商Toary Seahan、Kolon等亦加入扩散膜的生产行列,不同于台湾多以下游厂商向上整合的状况。就扩散膜而言,PET材料占其其高比重的成本,因此在来自下游厂商Cost Down的要求下,拥有上游材料来源自是在成本竞争上具有极大的优势,而韩国下游大厂如Samsung与LG提出使用本土材料厂商产品的政策也多少扶植了韩系的本土厂商。


  现在台湾地区变为LCD的生产重镇,吸引了包括日、韩等上游材料厂商来台竞逐。综观日韩在LCD扩散膜的竞争态势,在处处以成本效益为优先考虑的LCD领域,日本厂商面对韩国业者的低价策略,似有节节败退的倾向,不过目前仍以下扩散膜的情形较为明显,在质量要求较高的上扩散膜,日本厂商仍掌握其技术优势。凭借技术与品质优势、以及与国内厂商较早及建立的合作关系,仍保有一定的市场版图。根据保守估计国内约7成以上扩散膜片被日系与韩系厂商所控制。


  内地现时段尚处在发展起步时段,无法显示比较大的自定义供货商工厂。只不过也是有好多单位正当开始着手到来外扩散膜的业务。奶茶步入LCD扩散膜领域的厂商,其最初的经营模式是与日韩厂商合作,如华宏新技与Keiwa、伸昌光电与Kimoto,宏森光电与SKC合作,进行后段工作。华宏是国内主要的扩散膜供货商,目前在台湾扩散膜的市场占有率约50%。宣茂科技是国内第一家本土制造商,提供从前段至后段的一贯制程。至于近年由传统化工业积极转型至电子材料领域的长兴化工,一如前述在背光光学膜的布局亦显相当积极;在扩散膜片的发展上,亦已建构相关制程技术的专利。至于岱稜科技、致和光电、捷晟等公司亦少量或即将切入国内扩散膜片的市场。


  3.3、增亮膜/棱镜片

  3.3.1、增亮膜的功效

  增亮膜又叫三棱镜片 (Prism Sheet),常简称BEF(Brightness Enhancement Film),为TFT-LCD背光模组中之关键零组件,占背光模组成本比重最高,亦占到整个面板成本的2-8%。其具有精密微结构的光学薄膜,可将光源散射的光线正面集中,将原本散乱的光线集中至约70度的范围,并且将视角外未被利用的光,利用光的反射再循环利用减少损失,是LCD重要的节能元件。通常一片BEF约可提高40-60%的辉度,若搭配2张摆放位置垂直90度的增亮膜则可达到更高的辉度效果。


  3.2.1、增亮膜/菱镜片的归类

  最主要有哪几种款式,一半三棱镜片(normal prism sheet)、多功能棱镜片、micro-lens film与反射型偏光片(reflective polarizer)等,每种光学膜也有着不同的市场特性。详见第二章。


  通常情况三棱镜片(Normal Prism Sheet)

  三棱镜片的主要功能键为将灯源(包括CCFL与LED)发出的光线与以导正,以增加发光效率。目前最主要的供货商为3M公司,其它供货商有Mitsubishi Rayon, LG Electronics,MNTech, Shinwha,DNP,LGS,Gamma(台湾嘉威),E-fun(台湾迎辉)Suntech,SKC Haas以及Samsung Cheil等。


  多功效反射镜片(Multi-Functional Prism Sheet)

  多的性能菱镜片也是种较高阶的物料,她整和了菱镜片与散出片的的性能,较一半型菱镜片有好的放光成功率;主要的供货商有 3M,Shinwha,MNTech,Samsung Cheil,E-fun 与LG Electronics。同时韩国面板厂商较日本与台湾厂商更快地由一般型棱镜片转换为多功能棱镜片,而台湾面板厂商则是较快地达成降低CCFL灯管的目标。


  Micro-Lens Film

  micro- lens膜藉由mico-lens数组搭建设计相同的地将三菱镜片与扩散转移片作用整理到一份膜里,有多个表面面版适用二张mico-lens膜以转化成一份三菱镜片加二张上上下下扩的搭建设计,当今包括应用软件的护肤品为32“,37”与40”液晶显示老电视表面面版,包括的要货商为新加坡公司的如MNTech,SKC Hass,Shinwha,LG Chemical及LG Micron。


  漫反射型偏光片(Reflective Polarizer)

  或DBEF(Dual Brightness Enhancement Film),是3M独有的专利产品,属于反射式偏光板,为最重要之增亮膜,设计原理为利用回收光机制,重复利用背光源输出的光,以高低不同折射率的光学材料层层叠制,让光在800多层的介质中全反射,使之通过二色性吸收型偏光板时不被吸收,工艺多达百层。效能可增亮1.6倍,优于BEF。不过目前有些韩国厂商也开始推出类似功能的产品,如MNTech的NPRF,Shinwha的CLC与Woongjin以及日本Zeonor的Zeno等。


  3.3.2、增亮膜的技术

  扩撒膜是采用在光电器件膜片建材上的微细科粒(beads)实现光的扩散,而增亮膜(棱镜片)是通过在透明光学材料上加工成型微细条纹(光栅)结构进行反射和折射,对光能重新分布。由于表面均匀布满棱形尖锥型的微细结构,提高了光线透过率,增大了亮度和视角。

  增光膜(棱镜片)的生产工艺包括光学设计、精密模具、化学配方及涂布。国际先进国家的方法就是在加工完的模辊上通过光固化UV胶成型工艺技术,实现微细光学结构的成型工艺。增光膜最关键的技术是在辊筒上雕刻棱形花纹技术。


  3.4、整理型光学材料膜

  近些年以来来背光磁学玻璃膜片有关键的科技革命,在这其中转化数量最多的应属将向外扩散膜、稜透镜、偏极增亮膜、导光板等一项用途合拼设定,变成了软型化、一起化并且 特殊性化之创新型式磁学玻璃膜片。高级茶叶品牌用固有产品的对其进行改进,配合杜六房加盟总部的磁学玻璃膜用途,制作方法出多用途的磁学玻璃膜片;亦有新进者试图运用新的光学设计与新技术,开发整合型的光学膜。整合型光学膜改进了以往单一膜片单一功能之多膜片模组架构,藉此减少膜片的使用数量,并降低总体成本,是厂商一致认为光学膜片未来的发展趋势。自3M开始推出多功能光学膜、MNtech 于2005年6月开始量产UTE产品并交货给三星,整合型光学膜开始进入市场。尔后,在厂商陆持续改良品质(如增加Lens 密度及光辉度),陆续推出新产品外,也见到新加入者如SKC、Shinwha 等加入市场行列,目前市场竞争虽尚属萌芽阶段,但仍可见到市场上每增加1家新进者,价格就会有5%~10%不等的下降幅度。 而随着面板厂将传统的光学膜组成模式由上扩散膜+BEF+下扩散膜改成两张Microlens Film+下扩散膜,虽然表面辉度下降许多,然而在成本价格挂帅的中低阶LCD TV市场中已成为趋势。


  踏入优化型光学仪器膜厂家的型号,除原来去做稜光学镜片开发的厂家(如3M、MNtech、迎辉等)外,扩散膜的制造商亦积极跨入此领域(如 SKC、Shinwha等)。由于现阶段整合型光学膜各家厂商的制造方法差异颇大,但可确定的是,各类厂商都以既有核心技术为基盘,再衍生导入相关功能所需的技术。换言之,在整合型光学膜的制造手法上,扩散膜厂商在利用扩散粒子涂布制作扩散膜的膜片上,追加设置Pattern与形状,试图藉此以提高光利用效率;至于稜镜片厂商则进行其微结构的分子与形状控制外,涂上扩散粒子以达到扩散效果并同时具备辉度增益的特性。一般而言,因稜镜片厂商具备微结构分子与形状控制等关键技术,而此等技术层次高,具控制良率的重要因素,对拥有该等技术的稜镜片厂商而言,欲进入整合型光学膜的事业领域,相对门槛较低。


  近来来,近年来全世界上智能器件化工业的不停成长方向,越变越长的环境级智能器件科技巨头在全世界上的投资设厂,近年来环境级智能器件生產产业带面积向全世界上的移动,近几年全世界上逐渐称为全世界上很大的文章本笔记本和智能手机生產产业带面积,而教学液晶板电视机、教学液晶板表现器或者两种智能器件类护肤品的产品量也位列环境级前矛。抱歉带来下,全世界上扩撒膜市場空前绝后成长方向,近几年已占全世界上市場的近50%。

 


那些固化的标签: 光学薄膜