液晶显示用光学薄膜技术现况与发展
媒介:液晶显示技术1973年问世之后历经30年的进化,目前超过40寸以上全彩HD液晶电视不只已经商品化,它的影像画质、电气、光学个性更超出传统37寸CRT电视。随着数位电视的开播、次世代DVD录放影机、宽频无线网路等数位週边技术的推广,大画面、高画质的平面显示器,俨然成为全球显示市场关注的焦点。
以目前来看,各个平面显示技术之间的竞争能够说相当强烈,尤其液晶显示和等离子显示之间的竞争极度强烈。从近况看来,液晶显示稍占优势。然而,等离子显示不仅在应答速度,和视野角这两个液晶显示的弱点上不休自我提升。并且等离子显示更利用优质的色彩能力来平衡由于价值所带来的弱势前提,例如,在动态影像阐发方面,也比液晶显示更幼耗电。即便背投与等离子电视最善于的大画面领域,若以影像详细度、明亮环境下的辨视性、亏损电力概想而言,不成否定未来液晶显示仍旧表演关键性角色。
提升液晶显示效力的市场需要
在2005年之后,平面技术在显示市场上的占有比例越来越沉,相信在几年之内将会超过50%以上,固然这对于液晶显示技术而言,无非是蕴藏了巨大的市场潜力,但是另一方面,也由于如此,使得竞争日益白热化,业者每年都不休的面对降廉价值的压力,因而若是进展在竞争中存活下来,就必须持续地提升零件和资料的职能性,以及降低出产成本。道理上穿透式液晶显示必须仰赖以偏光膜片为中心的各类光学膜片,蕴含能够使液晶的切换识认化的偏光膜片、位相差膜片、辉度提升膜片,以及AG、AR等表表处置层等各类光学膜片。
2003 年大尺寸液晶电视正式跨入消费市场之后,立即成为次世代数位电子产品的所瞩主张焦点,同时还表演影响全球市场兴衰的沉要角色。固然在部门弱势基础上必要面对来自于其他平面技术的挑战,但是液晶显示技术仍旧保有肯定水平的优越性,并且为了在竞争中存活下来,提升液晶显示资料的职能性,与降低成本将成为一件很沉要的事件。
从根基道理来看,遵循液晶旋转的作为区此外话,液晶显示技术重要蕴含,TN(Twisted Nematic)、VA(Vertical Algnment)、IPS(In Plane Switching)、OCB(Optically Compenssted Bend)等等4种模式技术,来决定液晶面板的视角、反映速度、出产性等,目前VA与IPS模式的液晶技术已经达到成熟商品化的阶段。
固然液晶配向的多域化(Multi domain)使得视角获得大幅度的改善,不外以显示效力的概想而言,液晶显示技术显然比CRT、等离子显示更具备竞争优势(advantage)。目前大尺寸显示器显示效力较积极被提升的领域蕴含了,反映速度、辉度、对比、视角、色再现性,以及显示均匀性等等,其中除了反映速度必须以液晶资料的黏性改善与驱动模式处置之表,其它个性的改善险些齐全仰赖光学膜片。
偏光膜片出现分歧的个性
液晶电视十吩祺沉色再现性,液晶显示利用彩色滤光片来显示红蓝绿三种根基色,当显示红蓝绿时,色纯度越高色则所获得的再现性越好,提高色纯度意味着必须节造显示色以表的画素漏光问题,以及提高各色的对比,即便是显示中央色红蓝绿穿透率,同样要求可能以一样的百分比进行变动。
通常液晶显示是由平行或是直交的两片偏光膜片与液晶Cell组成,作为时则利用液晶Cell,节造穿透第一片偏光膜片的偏光状态,同时调整穿透第二片偏光膜片的光量。偏光膜片是以PVA为中心使碘附着,接着再透过延长产生双色性吸收职能,不论偏光膜片平行或是直交,为达成中性(neutral)色相必须节造聚合碘离子种的产生,使它可能在可视光全领域平衡吸收,同时使聚合碘离子有秩序配向。
偏光膜片可分为吸收型及非吸收型两种,出产吸收型偏光膜片的技中有碘系偏光膜片和染料偏光膜片。目前,险些所有被使用的偏光膜片都是拥有优良光学个性的碘系偏光膜,然而可能在高耐久型领域中使用的偏光膜片却是染料偏光膜片。不外,在光学个性方面碘系偏光膜片却略胜一筹,在可能使用的环境前提上,碘系偏光膜片可接受的环境为摄氏90度,摄氏60度×90%RH;而染料偏光膜片可能接受的使用环境则是摄氏105度,摄氏80度×90%RH,因而若是在高耐久性前提下,碘系偏光膜片便无法接受。
所以可携式电子产品、液晶电视、监督器,重要是利用高偏光度获得高穿透率,因而大多使用碘系偏光膜片;车用电视、GPS等必要在较严苛使用环境下的车用显示,则使用高耐久性的染料系偏光膜片。
目前,液晶用偏光膜片属于吸收型,它是在单轴延长的多乙烯基醇(PVA: Poly Vinyl Alcohol使双色性物质作染色、配向。然而经过染色、延长的偏光膜片机械性极度脆弱,两侧必须以三醋酸硝化纤维素(TAC: Triacetyl Cellulose)作为;。
液晶显示的玄色、白色显示取决于偏光膜片平行直交的个性,因而抑造偏光片吸光造成的能量损失极度沉要。为提高偏光膜片的个性,除了节造聚乙烯醇的碘吸附状态之表,还必须使碘错体在光轴方向依序配向,如此才可能提高PVA膜片整体的单轴配向性,进而达成碘离子配向性的提升。
反射型偏光膜片
背光模组产生的光线在背光模组侧的偏光膜片,约莫有一半的光线被吸收形成所谓的光损,若是将背光模组的所有光线转换成直线偏光,就能够解除在偏光膜片的光损。
具体步骤是在背光模组与吸收型偏光膜片之间,插入不会吸收的反射型偏光膜片,如此一来与穿透轴直交的光线会折返至背光模组侧,在背光模组内部反射时可能解除偏光使光线再度被利用。
合併使用反射型偏光膜片提高辉度,已经成为不成欠缺的沉要技术,凭据尝试了局证实一样背光模组能够获得1.5倍的辉度,反过来说一样的辉度只必要2/3的背光模组亮度即可,它对亏损电力的降低与使用寿命的延长拥有沉大贡献。
偏光膜片的表表处置
液晶显示的对比被界说成阴郁环境对迸纂明亮环境对比两种,通常对比是指阴郁环境的对比,此时偏光膜片的偏光度拥有摆布性。然而液晶电视等大型显示器,通常是在有照明影的空间观视,因而明亮环境的对比反而更受器沉。
降低表乱光造成的反射光,是明亮环境下高对比化上极度沉要的一环,为节造表乱反射光,在偏光膜片进行能够使反射光扩散的反强光(Anti-Glare)处置,以及能够削减反射光的强度的反反射光(Anti-Rrflection)处置,成为极度有效的方式。
AG处置是将微粒子分散在树脂内,利用微粒子的大幼与覆膜造程节造表表凹凸状态;AR处置是在偏光膜片的表表堆叠诱电体薄膜。
在此同时增援大画面显示器的发展,要求大面积的AG处置技术,因而业者开发兼具逾越产性与低造作成本的低折射率高分子资料的覆膜技术,此表组合AR与AG处置技术,还能够大幅提高妙亮环境的对比。
偏光膜片个性与环境温度的依存
碘系偏光膜片和染料系偏光膜片的老化机关分歧。也就是说,相对于在碘系偏光膜片中拥有偏光个性的机关会被粉碎,但是染料系偏光膜片并不被粉碎,而是产生错乱的景象了。染料系偏光膜片在乾热/湿热前提下,偏光度险些不会产生变动。但是,碘系偏光膜片固然能能够接受摄氏60度×90%的耐久性试验,但是当出现摄氏65度×93%的环境前提下,就无法维吃熹个性,更糟糕的是当出现摄氏85度×85%更为严格的前提下,会在短功夫便失去了偏光个性。
另表,染料系偏光膜片在长功夫的耐久性试验中,通常作为偏光膜片;げ惚皇褂玫腡AC,会产生薄膜被侵蚀的问题。目前的近况是通过扭转黏合剂等步骤来改善这一个问题。
碘系偏光膜片耐久性的改善
碘系偏光膜片和染料系偏光膜片的分歧点在于,PVA上的是多碘分子还是二色性色素。碘系偏光膜目前有两种技术,I3或I5的多碘分子被包在PVA螺旋结构上的机关,以及多条PVA键组合包抄在碘周围的机关。此表,也一些日本业者提出,PVA和硼酸的架桥在溶液中变会成Monodiol Type,再乾燥后的状态,则会形成Didiol Type。因而由于硼酸拥有可逆反映,因而在分歧的状态下,酯架桥偏移会对偏光膜的耐久性产生影响。
关于碘系偏光膜片的高耐久化方面,目前业界正透过几个方面来强化,蕴含了,;げ愕母纳,透过降低TAC水蒸气的透过性,使PVA/多碘离子/硼酸产生膨润等成效以改善络化物的不安谧性,在黏接胶剂方面,则是改善PVA系的黏接胶剂,并且延长PVA结晶机关的强度(乾式延长),改善黏接胶剂处于高耐久前提下,会产生剥离/冒泡的景象,来抑造侵蚀的景象等等。
染料系偏光膜片的高偏光化
就如前面所敍述的,染料系偏光膜片所拥有的光学耐久性,与碘系偏光膜片有所分歧,所以若是利用在汽车中的导航产品面板根基上是不会有太大的问题,不外对于染料系偏光膜片来说,若何提高偏光个性,切合汽车导航系统或汽车电视利用中,高品质画面显示要求,就成了染料系偏光膜片最为沉要的问题。其中怎么达到提高染料分子的配向性,来维吃飓光个性这一问题最为沉要。
染料系偏光膜片的偏光个性的道理,是将染料分子进行特定方向分列,特定方向的迁徙力矩扩大,因而在某一方向上的吸收就会产生异常。梦想上来说,延长方向上染料分子的配向方向一致,在此基础上,最但愿染料的迁徙力矩可能尽可能与染料分子方向一致。染料配向方向与迁徙力矩并列的节造,是从Guest-host效应显示的染料开发时就起头进行的,并且透过扭转偶氮色素的置换基,来提升配向性。因而在使用二色性色素偏光膜片的开发过程中,必要关注几点才可能开发出高品质的偏光膜片,蕴含了,色素分子的设计及合成、色素共同的仿照、染色步骤的改善。
整体来说,若是进发展发出高配向性,必要透过几点的改善来获得更好的偏光个性,例如像为了提高PVA的配向度,尝试乾式延长法或压延长法、延长前提(延长温度等)的最适化、为了提高PVA分子键和染料的配向度,扭转色素的机关,以及为了节造、维持染料吸附于PVA分子键上,对染色步骤进行改善等等。
在高浓度硼酸溶液中产生的延长,当延长温度较低时,由于分子键被堵截,偏光个性会急速降落。此表,相反在高温延长中,会产生分子键的flow景象,由于配向度没有上升,因而偏光个性也不会有所提高。因而为了使其拥有偏光个性,必须拥有适当的延长严重状态。在色素分子设计上,沉要的是要设计出使分子轴和迁徙力矩尽可能地维持一致,并削减二色比力低的副天生物。
位相差膜片克服视角问题
对液晶电视而言视角越大,越能感触临场感的视听成效。传统525条电视的NTSC只有100,1080条高画质电视的NTSC为300,次世代4000条超高画质电视的NTSC预约1000,高精密大画面显示器在此视角内的影像显示必须十吩旖均,同时还要求广视角化必须是克服视角造成的光学个性差,这意味着液晶特有的光学异方性(多沉折射)与偏光膜片的视角个性,必须利用位相差膜片作光学赔偿。
造作位相差膜片时要求的技术,是同时从资料与造程节造分子配向,与自由节造三次元折射率椭圆体,此表位相差膜片还必要提高RGB对光线的赔偿强度,该技术蕴含节造资料造成的複折射波长依存性等精密光学赔偿技术。
随着液晶电视的问世市场不休要求液晶显示的广视角化,然而现实上即便占有TFT-液晶显示广视角化技术,依然无法齐全满足液晶电视要求的规格,因而VA模式(VA: Vertically Aligned Mode)与IPS模式(In Panel Switching Mode)成为有力的补强技术。
VA 模式使用非晶硅聚烯烃(Amorphous Polyolefine)当作双轴膜片,经过覆膜后的负单轴性赔偿膜片已经在2002年商品化;以单层光学赔偿层作视角赔偿的覆膜赔偿膜片,则在2004 年实用化。而有关IPS模式的发展方面,同样为满足液晶电视要求的规格导入广视角技术,IPS模式的视角重要依赖偏光膜片的视角,偏光膜片的广视角化利用具备nx>nz>ny折射率关係的位相差膜片。然而偏光膜片的;げ闶褂玫娜姿嵯宋(TAC: Triacetyl Cellulose)膜片拥有位相差,因而当视角扭转时会影响色彩移动,必须改用无位相差的;げ,目前无位相差的;げ阋丫涤没。
光学膜片的资料现况
随着大型显示器的大画面化、高辉度化、高对比化,形形色色光学性不均,亦即所谓的“MURA”极易产生,例如高对比液晶显示器与低对比液晶显示器比力时,玄色辉度差容易被视认成不均,因而要求高对比的大画面液晶显示的MURA对策极度沉要。
产生MURA重要原因是光学膜单方面内部位造成不均一所致,换言之偏光膜片的穿透率不均,位相差膜片的位相差值不均,光轴方向部位造成的误差,表表处置时的凹凸状态散布不均,反射率散布不均,都是产生MURA的潜在原因。
若是进一措施查MURA的产生原因,能够发现MURA甚至涉及膜片资料厚度的不均,资料的不均质性,造程的处置前提改观等细节问题,为抑造MURA的产生,必须改善造程技术、开发出产设备。
现实使用情况初期被视认的MURA反而比力多,例如背光照明模组造成液晶面板温升,透过机壳结构的改善能够预防面板内部产生温度散布,即便产生温度散布,透过资料设计同样能够预防光学个性产生变动。
在此环境变动下光学膜片受到各组成资料的膨胀与收缩影响产生应力,光学膜片一旦接受应力,会产生位相差、偏离光学赔偿状态,其结造成该部位被视认成 MURA。减缓应力必须充分思考各组成资料的弹性率、线膨胀係数、吸湿膨胀係数,有效对策例如即便产生应力,也可能缓和应力的步骤,或是设计不易产生光学个性变动的低光弹性係数。
提高光学膜片的个性成为提高液晶显示的显示效力必要前提,大型液晶显示用光学膜片除了持续提高效力之表,面积扩大与无瑕疵化等资料、造程,同样要求革命性的技术进化。
高耐久性资料让技术立于不败
未来不休更好地维持甚或是提高光学个性,必要确保可能达到光学膜片耐久性的指标。因而,无论是有机偏光膜片还是无机偏光膜片,都应该强化资料的开发。以电视为主体的大型平面显示器市场,还处在成长发展过展过程中,面对显示器大型化、高详细化的发展趋向,未来光学膜片势必表演更沉要的角色。今后以偏光膜片为中心的光学膜片,除了光学个性设计之表还需进行资料、造程多方面的技术开发。
在乘着数位化海潮上,液晶电视、PDP、背投电视机之间的竞争正日趋强烈。若是进展液晶显示器可能力于不败职位的话,那么对于所使用的资料,就必须研发出让寿命耽搁化的技术,来透过原资料的开发、出产步骤的改善等方式开发出拥有高耐久性的资料。