液晶顯示器用導(dǎo)光板概述

沈玉國，王保平，王 平，張洪響，昌 皓

(蚌埠中光電科技有限公司，蚌埠 233000)

隨著顯示行業(yè)飛速更新?lián)Q代，顯示技術(shù)逐漸向高清化、大尺寸化、薄型化發(fā)展。其中OLED顯示技術(shù)因其具有優(yōu)異的特性，諸如亮度、色彩飽和度、動(dòng)態(tài)等，已成為主流顯示技術(shù)，同時(shí)，在顯示行業(yè)中，OLED的出現(xiàn)對(duì)LCD顯示造成巨大沖擊。LCD需要背光源，這無疑增加了顯示器的厚度問題，與薄型化發(fā)展趨勢相悖。因此，從某種角度看來，薄型化競爭將是兩種顯示器的技術(shù)差異。受制于背光模組，LCD顯示呈現(xiàn)薄型化問題亟待技術(shù)突破。2015年LG推出厚度僅為4.33 mm的OLED電視，LCD電視厚度約為30 mm以上，僅背光模組的厚度就在4 mm以上，其厚度差可見之大。在LCD電視中一般采用側(cè)光式背光模組，其材質(zhì)采用壓克力導(dǎo)光板，其厚度大概為3～5 mm，在此基礎(chǔ)上電視機(jī)厚度很難降低。

LCD的組成包括液晶面板和背光模組，背光模組(Backlight Unit，BLU)作為液晶顯示面板關(guān)鍵部件，液晶組件中需要背光源，背光模組的功能是提供液晶面板足夠的均勻性好的光源，使液晶顯示器呈現(xiàn)彩色圖案[1]，液晶顯示器光源置于顯示器面板背面，故稱為背光模組。在整個(gè)背光模組(BLU)中最關(guān)鍵的構(gòu)成就是導(dǎo)光板。最早1986年日本名拓公司首次推出LCD導(dǎo)光板導(dǎo)光技術(shù)，逐漸成為液晶顯示背光照明的主流技術(shù)。LCD導(dǎo)光板主要利用了光在透明板接口全反射的原理及光散射定理，將端面射入的光偏轉(zhuǎn)90°從正面射出，發(fā)揮功能性導(dǎo)光的作用[2,3]。隨著液晶顯示產(chǎn)業(yè)和背光模組產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，全球?qū)Ч獍逍枨笸?，帶?dòng)導(dǎo)光板產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展。

1 LCD顯示用導(dǎo)光板分類

LCD導(dǎo)光板可按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類：1)按形狀不同可分為平板、楔形板及復(fù)雜結(jié)構(gòu)導(dǎo)光板。平板型導(dǎo)光板厚度不變﹐常用于小尺寸的設(shè)計(jì)，楔形導(dǎo)光板厚度成線性變化，其優(yōu)點(diǎn)是成本低，重量輕，有光源調(diào)制性。2)按導(dǎo)光網(wǎng)點(diǎn)制作方法不同可分為印刷式導(dǎo)光板和非印刷式導(dǎo)光板[4]。3)按入光方式不同可分為邊光式導(dǎo)光板和直下式導(dǎo)光板。4)按制作成型方式不同可分為射出成型導(dǎo)光板和裁切成型導(dǎo)光板。

2 LCD顯示用導(dǎo)光板材質(zhì)

傳統(tǒng)LCD導(dǎo)光板基板普遍采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)、PC(聚碳酸脂)、MS(苯乙烯共聚物)、ZEONOR(環(huán)烯烴聚合物)。其中，PMMA是一種高透明的無定形塑性聚合物，透光率90%～92%[5]，并能透紫外線達(dá)73.5%，折射率1.49，機(jī)械強(qiáng)度高，韌性好，拉伸強(qiáng)度60～75 MPa，沖擊強(qiáng)度12～13 kJ/m2，可拉伸定向，耐紫外線和抗大氣老化性能，成本低，是目前最為普遍的材料。在LCD背光模組，所用PMMA為光學(xué)級(jí)。各種材料性能對(duì)比如表1所示，其中ZEONOR與PMMA比較雖然有重量輕、不易吸水等特點(diǎn)，但成本高，較易刮傷。

表1 各種材質(zhì)性能對(duì)比

3 玻璃導(dǎo)光板

3.1 玻璃導(dǎo)光板廠家

為了在高端市場與OLED顯示抗衡，LCD面板廠商急需解決超薄型外觀，要解決LCD顯示厚度的問題，導(dǎo)光板的輕薄化是關(guān)鍵。因此玻璃基板廠商康寧、旭硝子分別推出玻璃導(dǎo)光板，使得LCD顯示變得纖薄，導(dǎo)光板厚度降至1～2 mm左右。

隨著康寧玻璃導(dǎo)光板的面世，推出“Iris”玻璃產(chǎn)品，作為傳統(tǒng)PMMA的更替品，主要應(yīng)用于薄型化電視側(cè)光式(edge-light)背光LCD電視的導(dǎo)光板(light-guide plate，LGP)。隨著玻璃基板生產(chǎn)工藝技術(shù)越來越精細(xì)，玻璃基板最薄可達(dá)到0.1 mm，同時(shí)具備較好的機(jī)械性能、出色的尺寸穩(wěn)定性。玻璃在導(dǎo)光板技術(shù)上得到極大發(fā)揮，其導(dǎo)光板厚度降至1～2 mm，LCD顯示變得纖薄，它的應(yīng)用給LCD顯示帶來巨大生機(jī)。

旭硝子玻璃導(dǎo)光板產(chǎn)品XCV于2017年8月份進(jìn)入市場，該玻璃產(chǎn)品厚度僅為1.8 mm，與傳統(tǒng)的導(dǎo)光板比較，其硬度高達(dá)20倍以上，熱膨脹率約為1/8，濕度膨脹約為1/100，膨潤性更是塑膠導(dǎo)光板的1%左右，具有足夠堅(jiān)固和非常低的濕度擴(kuò)張和熱膨脹系數(shù)的特性。顯示器在高溫和高濕度狀態(tài)下不易變形，可以彌補(bǔ)塑膠材質(zhì)的缺點(diǎn)，同時(shí)減少使用材料量，大大降低電視機(jī)顯示器和機(jī)身的厚度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電視機(jī)的窄邊框化。

國內(nèi)玻璃導(dǎo)光板廠家實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線生產(chǎn)的僅有南玻咸寧公司，2016年6月份開始建設(shè)，2018年1月份正式投產(chǎn)。一期投資5.1億元，年產(chǎn)400萬m2用于新型超薄LCD顯示器的光電玻璃。主要產(chǎn)品為0.2～2.5 mm電子A級(jí)導(dǎo)光板，導(dǎo)光板光電玻璃材料目前只有日本旭硝子和美國康寧公司可以供貨，國內(nèi)生產(chǎn)尚屬空白。

玻璃作為革命性新材料，具有輕薄化、穩(wěn)定性好、降低成本等巨大優(yōu)勢，為玻璃基板用途開辟了新的領(lǐng)域，給液晶顯示帶來了更多的發(fā)展空間與機(jī)會(huì)。

3.2 導(dǎo)光板玻璃料方專利

國內(nèi)共檢索出44篇玻璃導(dǎo)光板配方專利，涉及到的同行公司有：康寧(10篇)、電氣硝子(3篇)、旭硝子(10篇)、肖特(2篇)、LG化學(xué)(3篇)、南玻(4篇)、東旭(10篇)、洛玻(1篇)等。從專利申請量看，專利申請主要集中在旭硝子、康寧、東旭。從圖1可以看出，2014年-2018年為專利集中公開期，在此之前未檢索出配方方面的專利。在這個(gè)期間，旭硝子和康寧分別推出了產(chǎn)品XCV、Iris。國內(nèi)廠家只有南玻有產(chǎn)品下線，但其申請量僅為4篇。

玻璃導(dǎo)光板配方中均含有SiO2、Al2O3、B2O3三種基礎(chǔ)成分，包括Li、Na、K等堿金屬氧化物，還包括Mg、Ca、Sr、Ba等堿土金屬氧化物，還限定了Fe2O3的含量，F(xiàn)e2O3在玻璃中以Fe3+或Fe2+或兩種狀態(tài)同時(shí)存在，F(xiàn)e3+在波長380 nm附近具有吸收峰，使紫外區(qū)域、短波長側(cè)的可見區(qū)域中的透射率降低，F(xiàn)e2+在波長1 080 nm附近具有吸收峰，使長波長側(cè)的可見區(qū)域中的透射率降低，若Fe2O3的含量變多會(huì)影響玻璃導(dǎo)光板的最大透射率。東旭玻璃導(dǎo)光板配方專利中，在主要成分基礎(chǔ)上增加了La2O3、Y2O3和CeO2等氧化物，其主要效果具有較大的應(yīng)變點(diǎn)、彈性模量變小、在生產(chǎn)中具有優(yōu)異的澄清效果等。

通過專利分析，電氣硝子和旭硝子均在獨(dú)權(quán)中增加了關(guān)于透過率的限定。玻璃導(dǎo)光板的主要功能是用于改變或引導(dǎo)光的方向，其材料與普通的基板玻璃相似。玻璃導(dǎo)光板最主要的性能是透光率，由于玻璃導(dǎo)光板與基板玻璃配方相似，而基板玻璃料方已經(jīng)非常成熟，相對(duì)而言，玻璃導(dǎo)光板配方還需要找尋創(chuàng)新點(diǎn)，也就導(dǎo)致目前單純的玻璃導(dǎo)光板配方專利較少，另一方面，國內(nèi)相關(guān)研究起步晚，許多關(guān)鍵技術(shù)還掌握在美日企業(yè)手中，并且均有大量專利公開，想在國內(nèi)有所突破，還需尋找技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)。

從導(dǎo)光板發(fā)揮的作用來看，結(jié)合已檢索到的料方專利分析，在組成上以高堿、低鋁、無硼的硅酸鹽超白玻璃為主。該種組成玻璃的熔化溫度一般較低，使用普通浮法線即可生產(chǎn)(難度在于配料段氧化鐵等著色雜質(zhì)含量的準(zhǔn)確控制)。另該產(chǎn)品玻璃厚度要求在1.5～2.5 mm，因此更適合于浮法工藝生產(chǎn)，故初步推測使用溢流法生產(chǎn)該種玻璃不占優(yōu)勢。

4 結(jié) 論

隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，LCD顯示用導(dǎo)光板技術(shù)也不斷推陳出新。盡管目前傳統(tǒng)導(dǎo)光板仍然占據(jù)市場主導(dǎo)地位，但是由于玻璃導(dǎo)光板具有重量輕、耐熱性好、高硬度的特點(diǎn)，同時(shí)在節(jié)約顯示組件成本方面有很大優(yōu)勢，使得超薄型LCD顯示成為可能。因此，LCD顯示用導(dǎo)光板具有自身巨大的優(yōu)勢，使得它在未來的市場競爭中會(huì)占據(jù)有利的地位和相當(dāng)?shù)姆蓊~。機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，期待在不久的將來，導(dǎo)光板技術(shù)會(huì)給我們帶來更多的全新體驗(yàn)。