光學膜片之棱鏡膜

增亮膜Brightness Enhancement Film（BEF）是一種新型高性能光學薄膜，由于其外表面微觀棱鏡陣列結構這一特性，因此也被廣泛稱為棱鏡膜。在TFT-LCD 背光模塊中能夠提高整個背光系統發光效率的薄膜或薄片，由美國 3M 公司首先發明使用。利用增亮膜特殊的棱鏡結構，通過折射、全反射、光積累等光學原理，可以使各方向的光線向中心視角集中，進而提升 LCD 面板的亮度和控制可視角度，從而達到節能作用。

0.棱鏡膜微結構

在PET基膜上面建立棱鏡微結構層

Prism angle: 90°

Prism pitch: 50 μm

1.棱鏡膜的發現趣聞

二十多年前的一個冬天，加拿大魁北克的一個地下室，一位3M的研究員正在做實驗。由于地處北半球高緯度，冬日的太陽整日低低地掛在地平線上方，于是他發明了一種帶棱鏡的玻璃導管，斜射的陽光射入導管一端后，會沿著導管壁傳播，整個管子像個燈管通體發亮，令地下室頓時明亮許多。

在這之后，3M采用薄膜技術生產這種光導管，但在很多年內，這種棱鏡導管的應用一直局限在建筑物的照明或裝飾上，每年只有很小的銷售量。二十世紀九十年代，隨著筆記本電腦的普及，液晶顯示技術開始飛速發展。由于液晶板*的特性和構造，光的利用率很低，如何增加液晶顯示的亮度一直是困擾科研人員的難題。

偶然的一個奇思妙想讓3M的科學家嘗試著剪開這種棱鏡導管，平鋪在LCD背光源上。令人意想不到的事情發生了，由于棱鏡的聚光作用，這個新穎的嘗試方法讓液晶顯示屏正向的亮度大為提高。之前，3M的科學家曾經受到蝴蝶翅膀由于鱗片物理結構對光線的折射、反射產生不同斑點想象的啟發，利用高分子工業上先進的計算機模擬控制系統，成功地發明了3M多層光學膜（Multilayer Optical Film )技術，通過改變薄膜的結構來控制光的出射。

這種多層膜由上百層納米級的膜組成，每一層的材料性質都不同。通過膜層間的光學作用，終達到反射光的功能。

由此，3M的科學家想到了將這兩個特別的發現合二為一，經過一段時間的研究開發，3M結合微復制技術和薄膜技術，進一步優化了棱鏡導管的聚光功能，從而使其增亮*，并將其命名為增亮膜BEF。

為了讓客戶很好地接受這一產品，3M的工程師購買了兩臺對比試驗用筆記本電腦，將其中一臺加上兩片棱鏡方向相互垂直的增亮膜。在這層不起眼的薄膜的作用下，電腦屏幕亮度竟然比原來增加了一倍多！當這兩臺電腦擺在它的制造商面前，他們很快就被說服了。

從這一天起，增亮膜開始了它的神奇之旅，廣泛應用于小至手機、PDA，大至電腦顯示器、液晶電視等各種液晶顯示產品中，而這些產品的制造商也不再被如何既省電又能使屏幕亮度增加這個難題困擾了。

2.棱鏡膜增亮原理

增亮膜通常是使用UV固化的膠水，在PET的表面微復制成型棱鏡結構，通過光的折射和反射現象來校正光線?？梢詫⒃瓉砩⑸涞墓饧性诖蠹s 70 度的角度里，并將未使用的光在視角外回收，利用光的反射來減少損失，可使在軸中心亮度增加110%，從而提高整體亮度。通常一片增亮膜可以增加亮度約 40-60%。若是利用兩張 90 度的垂直增亮膜，可以獲得更高的亮度。增亮膜 / 棱鏡膜通過折射和反射在透明光學薄膜上形成的細條紋來重新分配光能，由于表面均勻地覆蓋著棱鏡和圓錐體結構，提高了透射率、亮度和視角。

3.棱鏡膜的生產工藝

增亮膜主要以PET或PC為原料，利用射出成型或貼上亞克力樹脂的方式，再利用預鑄微結構的滾輪轉印，配合高能紫外光將微細的棱鏡結構硬化，從而制作出鋸齒狀的板面，由上下兩片、垂直交錯地壓合于兩片擴散片中間，可讓原已擴散開的光線再度集中、減少光耗損率，以便增加亮度。

增亮膜生產工藝包括光學設計、精密模具、化學配方及涂布。國際先進國家的方法是在加工完的模輥上通過光固化UV膠成型工藝技術，實現微細光學結構的成型工藝。

增亮膜最關鍵的技術是在輥筒上雕刻棱形花紋技術。透鏡擠壓生產中，透鏡擠壓輥筒加工技術直接影響產品的棱形透鏡成型質量。目前世界上通行的做法是在加工好的鋼輥上鍍上一層硬度較低的金屬如銅等，使用金剛石刀具加工所需要的微細棱形結構表面。

這一層表面是無法達到擠壓生產狀態，必須在加工好的微細結構表層再鍍上一層較硬的鎳或鉻，最先進的工藝是鍍上一層鎳-磷合金，才能滿足金剛石刀具雕刻棱形透鏡的工藝要求。同時，由于透鏡需要的表面精度和表面光潔度都非常高，這一制輥技術目前還是世界性的難題。

4.棱鏡膜的發展趨勢

隨著液晶顯示設備輕薄化、高清化的發展趨勢，增亮膜未來也將超薄型化、復合化的方向發展，復合膜的優勢在于厚度減薄，同時用一張薄膜的功能取代了兩張，一張膜的售價有機會低于兩張膜價格總和，可以降低成本，同時一張膜的熱穩定性能也優于兩張。目前市場上出現的增亮復合膜技術主要包括如下幾種：

一體成型棱鏡

一體成型棱鏡主要通過原料擠壓成型后，再經過滾筒轉印技術達到頂部特殊角設計及棱鏡高度的變化來實現增強光視野角度與光強度的平衡；同時底部增加不影響光特性的防刮傷設計，抗刮性能好

復合增亮膜：

復合增亮膜又稱為POP（Prism on Prism），是將兩張增亮膜通過粘結膠粘合成為一張復合增亮膜，其優點在于復合增亮膜比兩張增亮膜的厚度減薄45%，輝度比兩張增亮膜減少6%，但比一張提高8%，提高組裝效率。缺點在于兩張膜容易分層。光學輝度下降。

光學膜層壓形成的復合膜：

其中一項專利，其主要將構成背光源的下擴散膜、增亮膜及上擴散膜層結合出一張復合膜，減少了層壓構成背光源的各個光學膜所需的費用和時間消耗，并且防止了產生靜電等引起的異物的附著或劃痕等表面缺陷，從而提高了生產率。

逆增亮膜：

日本某公司制作的逆增亮膜，將微結構制作在基材入光面，但需要搭配其對應設計的LGP，LGP上下表面做成不同的微結構，背光模塊中心輝度可提升14%。該技術已經出現有一段時間，但受困于LGP微結構制作良率偏低，對組裝精度要求高，未得到大規模應用。

集成復合膜：

一種新型集成導光板，其上下表面分別直接熔合非球面半柱狀微結構陣列和微棱鏡結構陣列。此集成導光板實現了目前背光模塊中常用的兩張正交增亮膜—擴散膜—導光板四層復雜膜系的功能，驗證了集成導光板設計的可行性

5.3M系列棱鏡膜信息

6.棱鏡膜的選用原則

我們在設計產品時可供選擇的棱鏡膜很多，如何選擇是我們作為設計者面臨的難題，廠家生產的每一張膜片都有其優點，也有其缺點，我們要根據自己產品的應用場景和客戶的需求以及成本的控制來選擇。如：

1.如果我們的產品定位為中小尺寸，就要選擇中等厚度的膜片，太厚的話占據我們的產品空間；若定位為大尺寸產品，就要選擇厚一些的膜片，防止太薄的膜片容易翹起不好組裝和環境類實驗waving的問題。

2.根據客戶亮度的需求我們時選擇用一張BEF膜片還是兩張BEF膜片，還是通過加LED燈或者加功耗來提升亮度；首先要看是否有空間能放下兩張膜片，其次看成本方面，哪一種方案更優；權衡利弊，做出選擇；最主要的目的，還是要讓客戶滿意。

3.增亮效果好的膜片，遮蔽效果就差，容易在特定視角下看到亮線之類的不良；是注重外觀還是注重亮度，也要根據實際情況做出選擇，或者通過其他部件來彌補此處的不足。

審核編輯：湯梓紅