唐昌研
汕头万顺包装材料股份有限公司光电薄膜分公司
摘要：光学薄膜的理论学科是以光的干涉效应的薄膜光学为基础的，研究光在层状介质中的传播方式。一排光波照射在透明薄膜上，两列光波分别从薄膜的上下表层或前后表层反射，两列相干光波相互叠加最终形成干涉反应。该理论能够准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚膜中的传播行为，从而能够设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。
关键词：光学薄膜；干涉原理；背光模组
引言
光学薄膜作为一类重要的光学器件，在现代光学、光电子学、光学工程和其他一些重要的技术领域中应用越来越广泛。伴随着科学技术的不断发展，光学薄膜及光学薄膜技术也正在迅猛的发展，并在其他科学技术领域中应用广泛，取得了相当大的成就。金刚石及类金刚石膜、软X射线多层膜等新型光学薄膜相继问世，新型光学薄膜技术与传统光学薄膜技术有机的结合，形成光学薄膜蓬勃发展的局面。
1光学薄膜技术相关领域
光学薄膜技术涉及多个技术领域。
（1）膜层功能。光学薄膜可实现诸如反射、增透、滤光、分束等不同功能，以满足多样化的设计要求。不同膜层功能需要用不同的技术指标去描述和评判。
（2）面形偏差。实际光学表面与理想光学表面必然存在一定的偏差，这称为面形偏差。在光学薄膜领域，面形偏差一方面由基片加工水平决定，另一方面也会受到膜层应力的影响而降低或加剧。
（3）环境适应性。光学薄膜必然工作于一定的环境条件（如：温度、湿度等），而在该条件下薄膜能否长久稳定工作，体现了光学薄膜环境适应性的强弱。环境适应性是评判光学薄膜的一项重要因素，需要用一定的环境试验来检验。
（4）产品应用。光学薄膜最终会形成产品（光学元件），安装在仪器中以满足一定的使用要求。一种应用类型的光学薄膜产品中可能涉及多个功能的膜层。
2光学薄膜在背光模组上的应用
2.1背光模组简介
背光模组（BLU）主要由光源（CCFL/LED等）、结构件（背板、框架）、导光板（LGP）、反射片、扩散膜、增亮膜，以及遮光/双面胶带组成。背光模组通过光源以及各种薄膜材料对光的影响实现光能的再分配，由于背光源必须使用反射膜、扩散膜等光学膜来实现光源的平均投影，因此经常会产生光损耗现象。根据研究，假设传统背光光源的光线为100%。经过反射膜、扩散膜等光学膜后，仅有60%左右的光通过背光模组进入偏光片，最后通过液晶和表面反射出来的光只剩余4-8%之间。
2.2光学薄膜的分类
传统的光学薄膜大多是基于光的干涉效应的。由于各种介质的性质不同，所以它们对光线的吸收性能也不同，介质的折射率不同对光的折射程度不同，对光的透射性能也不同。利用各种介质对光的吸收、透射不同，把它们镀到各种物体表面制成光学薄膜。背光模组中使用的光学薄膜有反射膜、扩散膜和增亮膜。
2.2.1反射膜
全介质反射膜基于多光束干涉。与棱镜相比，光学表面涂有比基层材料折射率更高的薄膜，用来增加光学表面的反射率。最常见的多层薄膜反射是经由反复蒸发高折射率和低折射率的两种不同材料来实现的。波长等于每一层光学厚度的2.5倍。在这种情况下，参与叠加平面的反射光矢量具有相同的振动方向。薄膜层数越多，复合振幅随之越大。使用高反射镜，可以提高反射镜的反射率，亮度和能源效率可以进一步提高，而不与其他技术冲突。到目前为止，最好的反射率反射镜是由数百个反射层组成的多层反射镜。其反射率可达99%-100%（普通反射镜的反射率约为95%）。这种反射镜在循环增亮系统中非常有用，因为它可以减少每次反射中循环光的损失。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然反射率相差并不是很多，但加上棱镜膜或反射偏振片后，增益变化可超过10%。
2.2.2增亮膜/棱镜片
增亮膜，又称棱镜或BEF（亮度增强膜），也是背光模组的重要组成部分。它利用棱镜的折射和反射来校正光线。有着高精密微结构的光学薄膜，可以将光源散射的光聚集在正面，将原来散射的光集中在大约70度的角度里，并将未使用的光在视角外回收，利用光的反射来减少损失，从而提高整体亮度。均匀性好，达到亮度效果。它是液晶显示器的重要节能元件。通常一片增亮膜可以增加亮度约40-60%。若是利用两张90度的垂直增亮膜，可以获得更高的亮度。增亮膜/棱镜膜通过折射和反射在透明光学薄膜上形成的细条纹来重新分配光能，由于表面均匀地覆盖着棱镜和圆锥体结构，提高了透射率、亮度和视角。生产过程包括光学设计、精密模具、化学配方和涂层。如今世界上先进的生产工艺是在已加工的模具辊上采用紫外光固化胶成形技术，实现精密光学结构的成形。提高亮度的最关键技术是在滚筒上雕刻棱柱图案。
2.2.3扩散膜
扩散膜是背光模组中的重要材料，它可以为TFT-LCD显示器提供均匀的表面光源。通常来说，传统的扩散膜主要是在扩散基板中添加化学粒子作为散射粒子，这些细颗粒分散在树脂层之间，因此当光通过扩散层时，它将连续通过两种折射率不同的介质，使光经历多次折射、反射和散射，从而发生光学扩散效应。在TFT-LCD模组中，当CCFL的线性光源或LED的点光源均匀地转换成表面光源时，需要扩散材料（例如扩散膜）来扩散光以达到均匀的光效果。TFT-LCD中扩散膜的原理是应用光线通过不同折射率的介质，产生很多折射、反射和散射反应，从而发生光学扩散效应。一般情况下，背光模组中需要两张扩散膜，分别是上扩散膜（透明白色）和下扩散膜（白色）。下扩散膜的主要功能是聚集光线，屏蔽导光板的印刷点或线性光源，以及灯的暗影。而上扩散膜具有很高的透光能力，可以提高视角，增加光源的柔软度，并具有扩散和保护增亮膜的功能。在背光模组的组成元件中，与LED、导光板，甚至是增光膜等光学薄膜相比，虽然扩散膜占总材料成本的比重很低，但在TFT-LCD产品高亮度规格的要求下，再加上电视、显示器等显示面板均齐度与辉度主要是通过材料对光的扩散来实现，扩散膜的重要程度自然不容小觑。扩散膜按生产工艺分类，有两种类型：印刷扩散和非印刷扩散。印刷扩散膜进一步分为散射粒子型湿粒子涂层和表面微观结构型紫外涂层，生产流程分为产品基材、表面处理、精密涂布、涂层固化、在线检测、成品收卷等6大步骤。印刷扩散膜拥有高光透过率、广雾度、表面质量好等特征，是高端背光模组产品扩散膜的首要选择。扩散膜按材料状态分类，又可以分为卷料和片料两种类型。背光模组中使用的是片材，大多数背光组装厂都是通过模切供应商购买到所需要的特定规格的片材。市场上的扩散膜结构基本相同，从上到下依次为：扩散层-基质-隔离层。基板通常是厚度为25-188μm的透明光学级聚酯薄膜。
结束语
由于市场的不断拓展和细分，用户对显示设备的性能提出了更高的要求：图像更美观、更节能、更雹更方便、更时尚、更具成本效益。作为目前显示领域市场的主要产品，高性能的TFT-LCD显示器件和使用低温多晶硅（LTPS）和氧化物材料的AMOLED器件应运而生。这些新的显示技术的出现导致了材料、工艺和设备技术的巨大飞跃。光学薄膜的研究已成为光学领域非常重要的一门学科，没有光学薄膜，许多光学器件将不能更好的地增加或减小透射率、吸收率和反射率。此外，光学薄膜在光束分离或组合、分色、光束偏振或偏振检测、光谱带通过或阻断、相位调整等方面发挥着重要作用。
参考文献
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[2]王学华，薛亦渝，赵利等﹒新型光学薄膜研究及发展现状[J].武汉理工大学学报，2002，24(2):20~23.
论文作者:唐昌研
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：光学薄膜论文; 模组论文; 光学论文; 反射论文; 反射率论文; 光源论文; 棱镜论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;