光学膜片之棱镜膜

增亮膜Brightness Enhancement Film（BEF）是一种新型高性能光学薄膜，由于其外表面微观棱镜阵列结构这一特性，因此也被广泛称为棱镜膜。在TFT-LCD 背光模块中能够提高整个背光系统发光效率的薄膜或薄片，由美国 3M 公司首先发明使用。利用增亮膜特殊的棱镜结构，通过折射、全反射、光积累等光学原理，可以使各方向的光线向中心视角集中，进而提升 LCD 面板的亮度和控制可视角度，从而达到节能作用。

0.棱镜膜微结构

在PET基膜上面建立棱镜微结构层

Prism angle: 90° 

Prism pitch: 50 µm

1.棱镜膜的发现趣闻

二十多年前的一个冬天，加拿大魁北克的一个地下室，一位3M的研究员正在做实验。由于地处北半球高纬度，冬日的太阳整日低低地挂在地平线上方，于是他发明了一种带棱镜的玻璃导管，斜射的阳光射入导管一端后，会沿着导管壁传播，整个管子像个灯管通体发亮，令地下室顿时明亮许多。

在这之后，3M采用薄膜技术生产这种光导管，但在很多年内，这种棱镜导管的应用一直局限在建筑物的照明或装饰上，每年只有很小的销售量。二十世纪九十年代，随着笔记本电脑的普及，液晶显示技术开始飞速发展。由于液晶板*的特性和构造，光的利用率很低，如何增加液晶显示的亮度一直是困扰科研人员的难题。

偶然的一个奇思妙想让3M的科学家尝试着剪开这种棱镜导管，平铺在LCD背光源上。令人意想不到的事情发生了，由于棱镜的聚光作用，这个新颖的尝试方法让液晶显示屏正向的亮度大为提高。之前，3M的科学家曾经受到蝴蝶翅膀由于鳞片物理结构对光线的折射、反射产生不同斑点想象的启发，利用高分子工业上先进的计算机模拟控制系统，成功地发明了3M多层光学膜（Multilayer Optical Film )技术，通过改变薄膜的结构来控制光的出射。

这种多层膜由上百层纳米级的膜组成，每一层的材料性质都不同。通过膜层间的光学作用，终达到反射光的功能。

由此，3M的科学家想到了将这两个特别的发现合二为一，经过一段时间的研究开发，3M结合微复制技术和薄膜技术，进一步优化了棱镜导管的聚光功能，从而使其增亮*，并将其命名为增亮膜BEF。

为了让客户很好地接受这一产品，3M的工程师购买了两台对比试验用笔记本电脑，将其中一台加上两片棱镜方向相互垂直的增亮膜。在这层不起眼的薄膜的作用下，电脑屏幕亮度竟然比原来增加了一倍多！当这两台电脑摆在它的制造商面前，他们很快就被说服了。

从这一天起，增亮膜开始了它的神奇之旅，广泛应用于小至手机、PDA，大至电脑显示器、液晶电视等各种液晶显示产品中，而这些产品的制造商也不再被如何既省电又能使屏幕亮度增加这个难题困扰了。

2.棱镜膜增亮原理

增亮膜通常是使用UV固化的胶水，在PET的表面微复制成型棱镜结构，通过光的折射和反射现象来校正光线。可以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，可使在轴中心亮度增加110%，从而提高整体亮度。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。

3.棱镜膜的生产工艺

增亮膜主要以PET或PC为原料，利用射出成型或贴上亚克力树脂的方式，再利用预铸微结构的滚轮转印，配合高能紫外光将微细的棱镜结构硬化，从而制作出锯齿状的板面，由上下两片、垂直交错地压合于两片扩散片中间，可让原已扩散开的光线再度集中、减少光耗损率，以便增加亮度。

增亮膜生产工艺包括光学设计、精密模具、化学配方及涂布。国际先进国家的方法是在加工完的模辊上通过光固化UV胶成型工艺技术，实现微细光学结构的成型工艺。

增亮膜最关键的技术是在辊筒上雕刻棱形花纹技术。透镜挤压生产中，透镜挤压辊筒加工技术直接影响产品的棱形透镜成型质量。目前世界上通行的做法是在加工好的钢辊上镀上一层硬度较低的金属如铜等，使用金刚石刀具加工所需要的微细棱形结构表面。

这一层表面是无法达到挤压生产状态，必须在加工好的微细结构表层再镀上一层较硬的镍或铬，最先进的工艺是镀上一层镍-磷合金，才能满足金刚石刀具雕刻棱形透镜的工艺要求。同时，由于透镜需要的表面精度和表面光洁度都非常高，这一制辊技术目前还是世界性的难题。

4.棱镜膜的发展趋势

随着液晶显示设备轻薄化、高清化的发展趋势，增亮膜未来也将超薄型化、复合化的方向发展，复合膜的优势在于厚度减薄，同时用一张薄膜的功能取代了两张，一张膜的售价有机会低于两张膜价格总和，可以降低成本，同时一张膜的热稳定性能也优于两张。目前市场上出现的增亮复合膜技术主要包括如下几种：

一体成型棱镜

一体成型棱镜主要通过原料挤压成型后，再经过滚筒转印技术达到顶部特殊角设计及棱镜高度的变化来实现增强光视野角度与光强度的平衡；同时底部增加不影响光特性的防刮伤设计，抗刮性能好

复合增亮膜：

复合增亮膜又称为POP（Prism on Prism），是将两张增亮膜通过粘结胶粘合成为一张复合增亮膜，其优点在于复合增亮膜比两张增亮膜的厚度减薄45%，辉度比两张增亮膜减少6%，但比一张提高8%，提高组装效率。缺点在于两张膜容易分层。光学辉度下降。

光学膜层压形成的复合膜：

其中一项专利，其主要将构成背光源的下扩散膜、增亮膜及上扩散膜层结合出一张复合膜，减少了层压构成背光源的各个光学膜所需的费用和时间消耗，并且防止了产生静电等引起的异物的附着或划痕等表面缺陷，从而提高了生产率。

逆增亮膜：

日本某公司制作的逆增亮膜，将微结构制作在基材入光面，但需要搭配其对应设计的LGP，LGP上下表面做成不同的微结构，背光模块中心辉度可提升14%。该技术已经出现有一段时间，但受困于LGP微结构制作良率偏低，对组装精度要求高，未得到大规模应用。

集成复合膜：

一种新型集成导光板，其上下表面分别直接熔合非球面半柱状微结构阵列和微棱镜结构阵列。此集成导光板实现了目前背光模块中常用的两张正交增亮膜—扩散膜—导光板四层复杂膜系的功能，验证了集成导光板设计的可行性

5.3M系列棱镜膜信息

6.棱镜膜的选用原则

我们在设计产品时可供选择的棱镜膜很多，如何选择是我们作为设计者面临的难题，厂家生产的每一张膜片都有其优点，也有其缺点，我们要根据自己产品的应用场景和客户的需求以及成本的控制来选择。如：

1.如果我们的产品定位为中小尺寸，就要选择中等厚度的膜片，太厚的话占据我们的产品空间；若定位为大尺寸产品，就要选择厚一些的膜片，防止太薄的膜片容易翘起不好组装和环境类实验waving的问题。

2.根据客户亮度的需求我们时选择用一张BEF膜片还是两张BEF膜片，还是通过加LED灯或者加功耗来提升亮度；首先要看是否有空间能放下两张膜片，其次看成本方面，哪一种方案更优；权衡利弊，做出选择；最主要的目的，还是要让客户满意。

3.增亮效果好的膜片，遮蔽效果就差，容易在特定视角下看到亮线之类的不良；是注重外观还是注重亮度，也要根据实际情况做出选择，或者通过其他部件来弥补此处的不足。

审核编辑：汤梓红