增亮膜原理分类及制备流程

增亮膜原理分类及制备流程

棱镜片介绍
1.棱镜片原理
棱镜片又称为增亮膜(Brightness Enhancement Film、BEF)或聚光片，因其具有棱镜工能，故称棱镜片。图1-1光线折射示意图，主要功能是藉由光线折射与全反射，将光源经扩散膜后散射的光线集中在正向±35度的范围内，提高中心视角的辉度增加发光率，将光线作最有效的利用与回收。通常一片BEF约可提高60%的辉度， 2张垂直摆设的BEF，如图1-2，可达到最佳的增亮效果 (最高可达到120%的增益)。
增亮膜主要的研发与制造厂为美国3M公司，在2004年以前受到专利保护，使得市场占有率高达80%以上。
3M增亮膜原来是发表利用于汽车前挡玻璃上，但与车商谈不拢而做罢。最后因笔记型电脑厂商找上3M，想解决彩色萤幕太耗电的毛病。于是公司开始寻找研发资料库，找到光学部门有项技术正好符合要求，才推出棱镜片这项产品。日后成为背光模组重要的零组件，占整个背光模组37%的成本比重。

图1-1 光线折射示意图

图1-2 垂直摆设的BEF示意图

2.棱镜片片分类
增亮膜的设计从很久以前就已经开始使用了，早期90年代以前，是针对照明系统应用和玻璃制品应用比较多，到后期由于液晶显示器的发明，需要加发光效率和亮度，需求才大量增加。
依製程方式的不同又可分为以下三类：
1. 超细微稜镜结构之增亮膜(Brightness Enhancement Film、BEF)
这是最早问世的传统增亮膜，也是俗称的棱镜片，其造过程是在厚度仅125㎛的PET光学薄膜上利用高能量的UV光将特殊Acrylic Resin(PMMA)硬化、切割出超细微棱镜结构。而其细微棱镜结构主要功能是造成穿透光线的折射与内部全反射将自导光板所发出；呈现四面八方之散乱光线集中至约±35度的正视角(On-axis)方向。 依据3M的专利规范，稜镜平均间距为50㎛，且每一棱镜角度均需精准控制在90度，并藉由峰顶高度的微小变异来消除wet-out现象，以挝得最佳的集光效果。对于大多数普通背光模组而言，只需放置一片BEF即可增加约60%的辉度，若垂直夜叠使用2片BEF更可提升辉度达120%。
2. 反射式偏光增亮膜(Dual Brightness Enhancement Film、DBEF)
其构造是将近千层具特殊双折射率(Birefringence)之特性的高分子薄膜层组合成一张厚度仅130㎛的光学薄膜，此光学薄膜除了具有传统偏光效果外，还可将非穿透方向之偏极光有效反射回背光模组中再利用，由于背光模组中之底反射片具有扩散与扰乱效应，故可将原本的非穿透方向之偏极光再转化为穿透方向之偏极光，进而通过下偏光片。经过如此往复作用，大多数原本应被吸收而损秏之光线都可转变原可利用之有效光线，不仅可使背光模组亮度提升近60%，而且其提升效果广达整个视角范围；若再配合传统棱镜片式之增亮膜，更可让模组达到160%的增亮效果。
3. 非多层膜式反射偏光增亮膜(Diffused Reflective Po-larizer Film、DRPF)
虽然上述的DBEF功能非常优异，但最大缺点就是其製作成本过高，因此3M又推出一项同样具备广视角增亮效果却又成本较低廉的非多层膜式反射偏光片，称之为DRPF，其是透过将特殊双折射粒子均匀散佈于高分之薄膜中，再经延伸加工后同样会产生偏光及反射效果。不过其辉度增益值与多层膜技术的膜片相较之下显的略低，只适用于某些辉度水准已达目标，但需较低成本、更广的视角与环测安定性的产品。
棱镜片滚压涂布制程
而本研究以3M VikuitiTM BEF II 90/50 Film 专利为研究基础，图1-3，其发展是来自于VikuitiTM BEF I Film的改变而来，在BEF I 上增加微结构，避免wet-out的现象。其主要构成为23㎛的稜镜结构与127㎛的聚酯基材。

图1-3 3M BEF II (资料来源：3M)

目前市场上的棱镜片製程方式，以台湾棱镜片的製造商为例，图1-4为製程流程图。首先是模具製作，在模具上电镀一层铜，电镀完后进行表面处理，再以刀具在模具表面刻出细微结构。其次是涂布成型，涂布材料为特殊Acrylic Resin (PMMA)材质与UV剂溷合配置而成，将此材质涂布在PET基材上，经过模具滚压出微结构后，照UV光使涂布材料硬化。最后是后段加工，将滚压涂佈完成的稜镜片贴上保护膜后捲收成筒状，再依需求的大小进行分条、裁切。

图1-4 稜镜片製程流程图(资料来源：友辉光电)

来源：《PET/PMMA光學膜之共押製程分析與研究》