光学膜研究报告 7301资料文档格式.docx

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市场方面，LCD和AMOLED的发展都是光学材料发展的重大推动力。

3D电视的走热，国家节能新政对于液晶电视的销售补贴的推出，推动LCD面板发展，这无疑是光学膜发展的第一大动力，与此同时AMOLED也在快速发展中，虽说AMOLED在材料成本所占比例下降，但其还在普及过程中，并且从技术体系、工艺和产业布局上，OLED面板线将主要来自LCD线的改造：

二者同样属于薄膜半导体产业，亦都属于显示产业，将LCD生产线改造成OLED生产线是符合液晶产业升级发展和电视产业升级发展的趋势的。

这也是目前三星、LG加快OLED产业布局的主要原因之一：

三星和LG是较早布局LCD液晶面板线的企业。

所以AMOLED的发展是光学膜发展的又一大推动力。

2012年全球平板显示产业产值规模约1,220.8亿美元，TFT-LCD面板产值占整体平板显示产业比例达91.3%，至2019年，全球平板显示产业总产值规模将达到1756亿美元，年复合增长率为5.3%，新型半导体显示器件由于能生产的企业很少，今后5年产能将供不应求。

第二章光学材料产业概述

光学材料按照用途分为：

光介质材料、光学纤维、光学膜和其它光学材料。

光介质材料是指传输光线的材料，因此也可叫透射材料。

入射的光线经过光介质材料折射、反射会改变其方向、相位或偏振态，还可以经过光介质材料的吸收或散射改变其强度和光谱成分。

因此可以制成透镜、棱镜、反射镜、偏振器、窗口、光学纤维和光学膜等器件。

经过特殊烧结的陶瓷可以对红外线透明，有的陶瓷对可见光也透明。

光学纤维是一种新型信息、能量传输材料。

光学膜是附加在光学器件表面用于提高或实现器件光学性能的一类薄膜材料，在许多方面有广泛的应用。

其它光学材料：

包括发光材料、着色材料、激光材料以及光信息存储、显示、处理材料等，在现代光学领域有非常重要的地位。

其中光学膜这门学科已成为现代光学不可缺少的一个重要组成部分，没有光学膜，许多现代光学装置便无法发挥效能，失去作用，无论在提高或降低反射率、吸收率与透射率方面，在使光束分开或合并方面，或者在分色方面，在使光束偏振或检偏方面，以及在使某光谱带通过或阻滞方面，在调整位相方面等等，光学膜均起着至关重要的作用。

第三章光学材料产业重点门类光学膜概述

1.光学膜的定义

光学膜是指具有各种特定光学性能的一类高分子复合膜材料，应用领域非常广阔，可分为以平板显示行业为主的电子类行业和非平板显示行业这两大应用市场。

光学膜的主要应用领域为：

液晶显示器用的背光模组；

智能手机、平板电脑、电子书终端、导航仪、工控设备等用的显示触摸屏；

立体显示用的3D膜；

机场、高铁、道路等用的反光膜；

LED节能灯用的匀光膜；

其他消费类电子产品外壳、家电薄膜开关的硬化膜以及太阳能电池聚光用膜等。

倘若没有光学膜技术作为发展基础，近代光电、通讯或是镭射技术将无法有所进展，这也显示出光学膜技术研究发展的重要性。

光学膜系指在光学元件或独立基板上，制镀上或涂布一层或多层介电质膜或金属膜或这两类膜的组合，以改变光波之传递特性，包括光的透射、反射、吸收、散射、偏振及相位改变。

故经由适当设计可以调变不同波段元件表面之穿透率及反射率，亦可以使不同偏振平面的光具有不同的特性。

光学膜的特点是：

表面光滑，膜层之间的界面呈几何分割；

膜层的折射率在界面上可以发生跃变，但在膜层内是连续的；

可以是透明介质，也可以是吸收介质；

可以是法向均匀的，也可以是法向不均匀的。

实际应用的薄膜要比理想薄膜复杂得多。

这是因为：

制备时，薄膜的光学性质和物理性质偏离大块材料，其表面和界面是粗糙的，从而导致光束的漫散射；

膜层之间的相互渗透形成扩散界面；

由于膜层的生长、结构、应力等原因，形成了薄膜的各向异性；

膜层具有复杂的时间效应。

一般来说，光学膜的生产方式主要分为干法和湿法的生产工艺。

所谓的干式就是没有液体出现在整个加工过程中，例如真空蒸镀是在一真空环境中，以电能加热固体原物料，经升华成气体后附着在一个固体基材的表面上，完成涂布加工。

日常生活中所看到装饰用的金色、银色或具金属质感的包装膜，就是以干式涂布方式制造的产品。

但是在实际量产的考虑下，干式涂布运用的范围小于湿式涂布。

湿式涂布一般的做法是把具有各种功能的成分混合成液态涂料，以不同的加工方式涂布在基材上，然后使液态涂料干燥固化做成产品。

2.光学膜种类

光学膜根据其用途分类、特性与应用可分为：

偏光片/偏光膜、扩散膜/片、增亮膜/棱镜片/聚光片、反射膜、增透膜/减反射膜、滤光片、遮光膜/黑白胶、补偿膜/相位差板、配向膜等。

背光模组用光学膜是应用光学膜的主战场，背光模组由多层光学膜组合而成，功能在于供应充足的亮度与分布均匀的光源，其中主要的光学膜为偏光片、扩散模、棱镜片（增亮膜）、反射膜等。

2.1偏光片

偏光片（PolarizingFilm）的全称应该是偏振光片。

液晶显示器的成像必须依靠偏振光。

偏光片的主要作用就是使不具偏极性的自然光产生偏极化，转变成偏极光，加上液晶分子扭转特性，达到控制光线的通过与否，从而提高透光率和视角范围，形成防眩等功能。

偏光片可广泛应用于现代的液晶显示产品:

液晶电视、笔记本电脑、手机、PDA、电子词典、MP3、仪器仪表、投影仪等，也可用于时尚偏光眼镜。

其中，LCD的应用是拉动偏光片产业发展的主要力量。

2009年，全球TFT-LCD用光学膜出货面积估计达到5.43亿平方米，出货金额达91亿美元，其中偏光片占了所有类型光学膜三分之一出货面积以及将近三分之二产值。

从需求结构上看，大尺寸偏光片将在偏光片市场占主导地位。

从应用类型上看，LCDTV的偏光片需求将是大尺寸偏光片的主要应用。

在LCDTV的驱动下，偏光片市场将维持稳定的成长，2010年、2011年与2012年整体产值分别达59.54亿美元、62.49亿美元与64.36亿美元，年增率分别达4%、5%与3%。

（图1）

1.全球偏光片市场状况（2007-2012）

日本企业在偏光片生产上居于全球领先地位，在技术上更是居于垄断地位。

尤其是生产偏光片所需的关键原材料方面，日本企业对技术和生产的严密控制保证了其在市场上的独占地位。

TAC膜、PVA膜、AG膜和光学补偿膜的技术和市场被日本绝对掌控。

TAC膜和PVA膜分别占到偏光片原材料成本的54%和17%。

起初，仅FUJIFILM和KONICA能够生产TAC膜，后台湾新光合成纤维的子公司达辉光电、国内的乐凯和南韩晓星（Hyosung）也可以生产。

但是FUJILIM和KONICA的市场占有率仍有65%和23%左右，两者占据近全球90%的份额。

目前全球TAC薄膜产能为12亿平方米左右。

虽然PVA是常见的化学材料，但是偏光片用的PVA目前仅日本的KUARARY和合成化学能够制造，价格高达20美金每平米。

KURARAY占据了全球约80%的市场份额。

最近有传国内最大的PVA厂商皖维高新计划从日本引入偏光用PVA膜技术，年产300万平米，投资40亿日元。

另外在偏光片的其他原材料膜方面，日本也居于垄断地位，例如，90%AG膜市场由日东电工和大日本印刷占据。

偏光片市场占有率前三名依次为韩国LG化学、日本日东电工、日本住友化学。

韩国企业于2000年开始进军TFT用偏光片市场，首家厂商LG化学于2000年3月量产。

尽管在偏光片的技术上有一定的实力，但是其在偏光片关键原材料方面的技术仍与日本差距较大。

我国台湾企业虽然在偏光片的生产上有一定规模，但其技术完全依赖于日本，实际是日本企业的加工厂。

我国内地企业在偏光片领域生产规模较小，主要供应TN-LCD用和部分STN-LCD用偏光片。

但已有报道称深纺织集团的盛波光电及深圳三利谱于2011年上TFT-LCD用偏光片生产线。

从全球角度来看，中国的面板生产2010-2012年在全球的占比分别是3-5%、9%、20-22%。

而国内生产偏光片在全球占比目前只有1%，发展空间巨大。

反射型偏光片或DBEF（DualBrightnessEnhancementFilm），是3M独有的专利产品，属于反射式偏光板，为最重要之增亮膜，设计原理为利用回收光机制，重复利用背光源输出的光，以高低不同折射率的光学材料层层叠制，让光在800多层的介质中全反射，使之通过二色性吸收型偏光板时不被吸收，工艺多达百层。

效能可增亮1.6倍，优于BEF。

不过目前有些韩国厂商也开始推出类似功能的产品，如MNTech的NPRF，Shinwha的CLC与Woongjin以及日本Zeonor的Zeno等。

2.2扩散膜

扩散膜（图2）为TFT-LCD背光模块中之关键零组件,它将CCFL的线性光源或LED的点状光源均匀转换成面光源，为液晶显示器提供一个均匀的面光源。

一般传统的扩散膜主要是在扩散膜基材中,加入一颗颗的化学颗粒,作为散射粒子,而现有之扩散板其微粒子分散在树脂层间,所以光线在经过扩散层时,会不断于2个折射率相异的介质中穿过,故光线就会发生许多折射、反射与散射的现象,如此便造成了光学扩散的效果。

2.扩散膜原理

一般而言，LCD需要两片扩散膜，上扩散膜（透明白色）与下扩散膜（白色）各一。

下扩散膜主要功能是集光、遮蔽导光板印刷网点或线光源、灯管黑影；

上扩散膜具高光穿透能力，可改善视角、增加光源柔和性，兼具扩散及保护棱镜片的功能，加工易有损伤，要求更高。

在背光模组材料中，相较于棱镜片等光学膜片，扩散膜所占成本比重虽不高，但在LCDTV高亮度规格要求下，电视产品显示出的均匀度与亮度主要受扩散材料的品质影响下，扩散膜的重要性自是不言可喻。

市面上的扩散膜结构大同小异，从上至下分别是：

扩散层—基材—隔离层。

特殊一点的有，底部光背光源用扩散膜在基材上下各有一层扩散层，在下扩散层的下面一般还有粘接层。

基材通常为透明光学级PET薄膜（康得新产品），厚度有25、38、50、75、100、125、150、188um几个规格。

2008年尽管受到金融危机的影响,全球扩散膜的市场规模仍然达到了5.22亿美元。

扩散膜片的主要营收来源亦来自大尺寸应用的贡献，约占95%，其中LCDTV的应用为4成，2012年已超过5成。

扩散膜原本由Keiwa、Kimoto、Tsujiden等日本厂商所掌控，但近年在韩国SKC、Shinwha的积极抢攻下，除Keiwa仍位居领导地位外，其余已拱手让给韩国厂商。

Keiwa向来在LCDMonitor的上扩散片拥有极大的市场占有率，有鉴于下游客户的成本考量，上扩散片需求有减少趋势，未来该公司将加强扩大下扩散膜片的占有率。

Tsujiden是90年代首次推出扩散膜产品的厂商。

Kimoto则在行动电话与LCDTV的应用上大幅斩获，目前亦积极扩大笔记型电脑等相关应用市场。

Kimoto主要生产地点除了日本国内的三重与茨城两工厂外，在美国亦有两条生产线。

在韩国市场上，SKC原系PET底材的供应商，是韩国第一家制造扩散膜的本土厂商，国内主要客户为LPL，因先进入者优势曾拥有韩国90%的市占率。

然而在后进者积极抢攻下，已不复当年的亮丽表现。

ShinwhaIntertek于2002年进入市场后，除积极蓄积其产品技术能量外、亦专注在产品品质的提升。

2006年SKC的占有率已降至40%左右，反而是Shinwha因抢占Samsung90%的订单，因此一跃成为韩国市场的龙头，市场占有率约45%，亦在全球市场上前进至仅次Keiwa第二名的地位。

其余如PET底材的供货商ToarySeahan、Kolon等亦加入扩散膜的生产行列，不同于台湾多以下游厂商向上整合的状况。

就扩散膜而言，PET材料占其其高比重的成本，因此在来自下游厂商CostDown的要求下，拥有上游材料来源自是在成本竞争上具有极大的优势，而韩国下游大厂如Samsung与LG提出使用本土材料厂商产品的政策也多少扶植了韩系的本土厂商。

随着台湾成为LCD的生产重镇，吸引了包括日、韩等上游材料厂商来台竞逐。

综观日韩在LCD扩散膜的竞争态势，在处处以成本效益为优先考虑的LCD领域，日本厂商面对韩国业者的低价策略，似有节节败退的倾向，不过目前仍以下扩散膜的情形较为明显，在质量要求较高的上扩散膜，日本厂商仍掌握其技术优势。

凭借技术与品质优势、以及与国内厂商较早建立的合作关系，仍保有一定的市场版图。

根据保守估计国内约7成以上扩散膜片被日系与韩系厂商所控制。

国内目前尚处于起步阶段，暂无较大批量供货厂家。

但是也有不少企业正在着手上线扩散膜的项目。

台湾跨入LCD扩散膜领域的厂商，其最初的经营模式是与日韩厂商合作，如华宏新技与Keiwa、伸昌光电与Kimoto，宏森光电与SKC合作，进行后段工作。

华宏是国内主要的扩散膜供货商，目前在台湾扩散膜的市场占有率约50%。

宣茂科技是国内第一家本土制造商，提供从前段至后段的一贯制程。

至于近年由传统化工业积极转型至电子材料领域的长兴化工，一如前述在背光光学膜的布局亦显相当积极；

在扩散膜片的发展上，亦已建构相关制程技术的专利。

至于岱棱科技、致和光电、捷晟等公司亦少量或即将切入国内扩散膜片的市场。

2.3增亮膜/棱镜片/聚光片

增亮膜又叫棱镜片（PrismSheet）,常简称BEF（BrightnessEnhancementFilm），为TFT-LCD背光模块中之关键零组件，主要是借由光的折射与反射原理，利用棱镜片修正光的方向，使光线正面集中，并将视角外未被利用的光线回收与利用，同时提升整体辉度与均匀度，达到增亮的效果，又称聚光片。

复合型光学膜，主要是将原本聚光片的功能与扩散功能加以整合，如此将可减少使用1片扩散片，有利於下游厂商简化背光设计、节省工序、降低成本，同时亮度效率还可提升。

对於光学膜厂商来说，虽然复合型增亮膜会取代传统聚光片（增亮膜），但单价和利润都较佳。

增亮膜/棱镜片的分类主要有四种类型，一般棱镜片（normalprismsheet）、多功能棱镜片、micro-lensfilm与反射型偏光片（reflectivepolarizer）等，每种光学膜也有着不同的市场特性。

1.一般棱镜片（NormalPrismSheet）

棱镜片的主要功能为将灯源（包括CCFL与LED）发出的光线予以导正，以增加发光效率。

目前最主要的供货商为3M公司，其它供货商有MitsubishiRayon,LGElectronics，MNTech,Shinwha，DNP，LGS，Gamma（台湾嘉威），E-fun（台湾迎辉）Suntech，SKCHaas以及SamsungCheil等。

2.多功能棱镜片（Multi-FunctionalPrismSheet）

多功能棱镜片是一种较高阶的产品，它整合了棱镜片与扩散片的功能，较一般型棱镜片有更好的发光效率；

主要的供货商有3M，Shinwha，MNTech，SamsungCheil，E-fun与LGElectronics。

同时韩国面板厂商较日本与台湾厂商更快地由一般型棱镜片转换为多功能棱镜片，而台湾面板厂商则是较快地达成降低CCFL灯管的目标。

3.Micro-LensFilm

micro-lens膜藉由mico-lens数组架构同样地将棱镜片与扩散片功能整合到一张膜里，有许多面板采用二张mico-lens膜以取代一张棱镜片加二张上下扩的架构，目前主要应用的产品为32"

，37”与40”液晶电视面板，主要的供货商为韩国公司如MNTech，SKCHass，Shinwha，LGChemical以及LGMicron。

4.反射型偏光片（ReflectivePolarizer）

2.4反射膜

反射膜一般可分为两类，一类是金属反射膜，一类是全电介质反射膜。

此外，还有将两者结合的金属电介质反射膜，功能是增加光学表面的反射率。

一般金属都具有较大的消光系数。

当光束由空气入射到金属表面时，进入金属内的光振幅迅速衰减，使得进入金属内部的光能相应减少，而反射光能增加。

消光系数越大，光振幅衰减越迅速，进入金属内部的光能越少，反射率越高。

人们总是选择消光系数较大，光学性质较稳定的金属作为金属膜材料。

在紫外区常用的金属薄材料是铝，在可见光区常用铝和银，在红外区常用金、银和铜，此外，铬和铂也常作一些特种薄膜的膜料。

由于铝、银、铜等材料在空气中很容易氧化而降低性能，所以必须用电介质膜加以保护。

常用的保护膜材料有一氧化硅、氟化镁、二氧化硅、三氧化二铝等。

金属反射膜的优点是制备工艺简单，工作的波长范围宽；

缺点是光损大，反射率不可能很高。

为了使金属反射膜的反射率进一步提高，可以在膜的外侧加镀几层一定厚度的电介质层，组成金属电介质反射膜。

需要指出的是，金属电介质射膜增加了某一波长（或者某一波区）的反射率，却破坏了金属膜中性反射的特点。

2.5增透膜/减反射膜

减反射膜又称增透膜，它的主要功能是减少或消除透镜、棱镜、平面镜等表面的反射光，从而增加这些元件的透光量，减少或消除系统的杂散光。

减反射膜是以光的波动性和干涉现象为基础的。

二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；

如果二个光波原由相同，波程相差，如果这二个光波叠加，那么互相抵消了。

减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜（AR-coating），使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。

最简单的增透膜是单层膜。

一般情况下，采用单层增透膜很难达到理想的增透效果,为了在单波长实现零反射,或在较宽的光谱区达到好的增透效果，往往采用双层、三层甚至更多层数的减反射膜。

减反射膜的实际应用非常广泛，最常见的是镜片及太阳能电池，通过制备减反射膜来提高光伏组件的功率瓦值。

目前晶体硅光伏电池使用的减反射膜材料是氮化硅，采用等离子增强化学气相淀积技术，使氨气和硅烷离子化，沉积在硅片的表面，具有较高的折射率，能起到较好的减反射效果。

早期的光伏电池采用二氧化硅和二氧化钛膜作为减反射层。

2.6滤光片

滤光片是塑料或玻璃片再加入特种染料做成的，红色滤光片只能让红光通过，如此类推。

玻璃片的折射率原本与空气差不多，所有色光都可以通过，所以是透明的，但是染了染料后，分子结构变化，折射率也发生变化，对某些色光的通过就有变化了。

比如一束白光通过蓝色滤光片，射出的是一束蓝光，而绿光、红光极少，大多数被滤光片吸收了。

滤光片产品主要按光谱波段、光谱特性、膜层材料、应用特点等方式分类。

光谱波段：

紫外滤光片、可见滤光片、红外滤光片；

光谱特性：

带通滤光片、截止滤光片、分光滤光片、中性密度滤光片、反射滤光片；

膜层材料；

软膜滤光片、硬膜滤光片。

硬膜滤光片不仅指薄膜硬度方面,更重要的是它的激光损伤阈值,所以它广泛应用于激光系统当中。

软膜滤光片则主要用于生化分析仪当中。

带通型：

选定波段的光通过，通带以外的光截止。

短波通型（又叫低波通）：

短于选定波长的光通过，长于该波长的光截止。

比如红外截止滤光片，IBG-650。

长波通型（又叫高波通）：

长于选定波长的光通过，短于该波长的光截止比如红外透过滤光片，IPG-800。

彩色滤光片是TFT-LCD背光模组的重要组成部分。

2.7遮光膜/黑白胶

黑白遮光胶|遮光膜主要应用于背光源上，起固定、遮光作用（遮掉边光和灯位的光），也叫遮光片、黑白膜，简称黑白胶（可说是种双面胶带）。

相对TFT-LCD所使用的背光源遮光要求较高，所以大部分的黑白胶都应用在TFT-LCD的背光源上面。

除黑白胶外，还有黑黑胶（双面为黑色），主要作用仍然是固定，遮光；

黑银胶（单面黑色，单面银色），除遮光外，银色面有反射作用。

相对黑白胶是LCD市场的主流产品。

黑面与白面的粘性对比，白面需要更大一些，因为白面与橡胶框相连接，而黑面与玻璃相连接，相对玻璃对胶的附着性，橡胶框更差一些，所以需要白面的粘性更大来保证整个模组的稳定性。

2.8补偿膜/相位差板

补偿膜的补偿原理，是将各种显示模式下（TN/STN/TFT（VA/IPS/OCB））液晶在各视角产生的相位差做修正,简言之，即是让液晶分子的双折射性质得到对称性的补偿。

若要从其功能目的来区分则可略分为单纯改变相位的相位差膜、色差补偿膜及视角扩大膜。

补偿膜能降低液晶显示器暗态时的漏光量，并且在一定视角内能大幅提高影像之对比、色度与克服部分灰阶反转问题。

2.9配向膜

配向膜是具有直条状刮痕的薄膜，作用是引导液晶分子的排列方向（图3）。

在已有透明导电膜（ITO）的玻璃基板上，用PI涂液和转轮（roller），在ITO膜上印出一条一条平行的沟槽，到时候液晶可依此沟槽的方向横躺於沟槽内，达到使液晶呈同一方向排列之目的。

此具有一条一条方向的膜，即为配向膜。

3.配向膜

液晶之所以可应用于萤幕上，乃因其在平行分子方向与垂直分子方向之诱电率不同，因此可用电场驱动之，另一方面，由于液晶也具有视分子方向而变化之折射率（也就是具有双折射），可改变偏极光之偏极方向，最后更因液晶与配向膜之界面有很强之作用力（AnchoringStrength），在电场关闭后液晶就靠着弹性系数（恢复力）而恢复到原来之排列，由此可知没有配向膜之存在，液晶是无法工作的。

但在液晶萤幕之应用上，其液晶分子与配向膜表面呈某一角度的倾斜（即预倾角，PretiltAngle），如此才能达到均一配向的效果。

配向膜涉及的涂布非卷式湿法涂布