文/深圳市納微科技有限公司
我國對液晶顯示技術的研究起始于20世紀70年代末，從20世紀80年代開始，我國開始從國外整套引進液晶顯示器生產線，目前我國大陸約有146條TN/STN生產線，產品產量占全球的85%以上，有7條五代以下TFT LCD生產線，是全球第四大液晶顯示產品的生產國，是全球最大的TN/STN生產國。隨著我國多條高世代TFT-LCD的開工建設，到2012年我國將成為世界主要的LCD生產和銷售中心。
2009年2月國務院通過的《電子信息產業調整振興規劃》，把“新型顯示和彩電工業轉型”列為六大重點工程之一，明確支持6代以上液晶面板(TFT LCD)生產線的建設，支持骨干彩電企業提升模組一體化整機設計和生產能力。規劃的出臺，對LCD產業的支持范圍更明確、扶持力度更大，從而增強了企業投資液晶面板生產線的信心。據賽迪顧問統計，僅2009年投資（或擬投資）的LCD面板生產線就多達6條，面板生產線的世代覆蓋了6至8.5代，參與投資的企業除了傳統的面板生產廠商如京東方、龍騰光電等，還涉及到一些新進入的企業，如中電熊貓、TCL等。隨著明后年，這些高世代線的陸續投產，將在很大程度上改善我國LCD產業集中于下游整機制造、上游面板產業規模偏小、競爭力薄弱的現狀，有利于我國LCD產業布局的完善。
作為資金和技術密集的產業，中國在光電產業發展過程中，仍面臨薄弱環節多的現狀，突出表現在缺乏核心技術和相關原材料。現階段，歐美、日本以及韓國等國家在發展光電產業的過程中，都積極提升其前端研究實力，通過技術掌控來引領整個產業的發展，搶占先機，從而獲得市場競爭的優勢地位。另一方面，高世代面板生產技術主要掌握在日本和韓國手中，過去的十年內，日本的LCD產業似乎一直在走下坡路。全球LCD產業的銷售額增長了幾十倍，而日本廠商所占據的市場份額卻從95%的高位下降到了不足三成，但憑借著對核心技術的掌握，通過專利授權等手段，日本在產業發展過程中獲得更高的利潤。
在TFT-LCD產業鏈中，上中下游關系非常緊密，是一個有機體，上中下游產業之間的依賴性比較強。上游的設備及原材料產業，是中游面板產業發展的必要基礎。中游面板產業是整個TFT產業的核心紐帶，一方面通過需求拉動設備及原材料的發展，另外一方面推動下游產業的擴張，在我國密集布局高世代液晶面板生產線的情況下，缺乏核心技術和原材料是制約中國LCD產業發展的主要問題，在上游產業鏈如玻璃基板、濾光片、偏光片、液晶材料和微球材料等核心環節的建設相對滯后，隨著LCD行業競爭的加劇，行業的整體利潤率將逐漸下滑，為降低成本，提升競爭力，掌握核心技術，實現國產化原材料是我國顯示屏生產廠家必然的選擇，否則將給我國平板顯示產業的健康發展帶來了隱患。
因此，如何提高我國平板顯示產業的研發質量和改善產業生存環境，是我國平板顯示行業全體同仁需要一致努力的方向和目標。
一、間隔物材料
制盒是制造液晶顯示器最為關鍵的技術之一，TN/STN/CSTN和5代以下TFT-LCD生產線都需要用間隔物來控制液晶盒厚度，而5代線以上的TFT則采用PHOTO SPACER技術，不用噴灑間隔物。微球作為間隔物來保持LCD上下兩片玻璃基板之間的距離也就是液晶層的厚度，液晶盒厚度不均會造成液晶應答特性改變，畫面模糊，還會造成顏色不均、彩虹等，間隔物散布不良將改變對比值，影響視角大小，是影響液晶屏成品率最主要的因素，可以說沒有間隔物就沒有TN/STN液晶屏。
間隔物材質以塑料和玻璃最為普遍。玻璃材質價格低，粒徑控制佳，但容易劃傷玻璃；塑料材質柔軟，粒徑均一性不易控制，應用工藝簡便，是市場的主流產品。間隔物形狀有棒狀和球形，但以球形為主。隨著技術的發展，又有了黑色、粘性等新型間隔物。
間隔物（SPACER）是影響液晶屏質量和成品率的主要因素，因此必須滿足粒徑均勻、分散性好、高純度、優異的彈性和硬度，好的耐熱耐寒性等嚴格的要求，制備技術難度極大，因此有很高的技術壁壘，此前該產品一直被少數日本企業寡占，連液晶屏產業發達的韓國和臺灣地區也沒有實現本土化。
隨著我國TN-LCD、STN-LCD產量躍居世界第一，我國已經基本實現TN-LCD、STN-LCD的材料和設備的國產化，其中的間隔物國產化使命則是納微科技完成的。
二、間隔物市場
國內主要使用球形間隔物。間隔物需求量大約在每月100公斤，每年的市場容量為1200公斤，市場總值為1億元（不包括黑色、粘性和3D眼鏡用間隔物）。
作為一個LCD產業必不可少的部件，之前國內97%的間隔物市場被日本積水、早川和觸媒等少數企業壟斷，但是，在這一領域尚未出現能夠挑戰日本企業的新進入者。國內的納微科技是除日本外，唯一能夠將間隔物產業化的企業。
三、間隔物國產化
間隔物產品雖然占TN/STN LCD材料成本的比例很低，但卻是不可缺少的重要原材料，之前國內也有多家高校和科研院所等單位嘗試開發，由于種種原因，并沒有量產成功。
納微科技作為國內首家開發出適合TN/STN LCD用間隔物的廠家，不僅打破了日本企業對液晶間隔物市場幾十年的壟斷，也在無形中改善我國中小尺寸液晶屏的產業生存環境。目前的產品規格有與積水規格對應的HT和HS系列間隔物產品，也有硬度等性能指標與早川對應的A系列間隔物產品，粒徑從2微米到45微米，步長為0.05微米，并能量產粒徑小于2微米或大于45微米的LCOS和觸摸屏等特殊用途的間隔物，近期開發出3D眼鏡用硅質間隔物。此外，納微科技還是國內量產PDLC用微球材料的廠家。
四、微球材料的拓展應用
聚合物微球的最大優點在于其制備與改質的方法更具有彈性，除了微粒的形狀及其大小可輕易改變之外，微粒的表面性質更可藉由各種不同的改質方法而導入多元化的機能。例如，可調控的折射率、分散性、流動性、彈性等特性，使其早已廣泛地被運用作為光學膜片(擴散膜（板）、抗眩光膜)等。表面鍍有金屬層的聚合物微球則可用來作為電子構裝和電子防護用材料。這里主要將介紹聚合物微粒在FPD領域的其它應用。
1、導電金球
LCD 驅動IC部分與TFT基板上細小線路的接合，主要是藉由異向性導電膠來達成。異向性導電膠膜的主要組成包括可熱硬化的絕緣樹脂材料以及導電微球材料，其上下各有一層保護膜。在使用時先將保護膜撕去，并把異向性導電膠膜貼附至基板的電極上，再把另一層保護也撕掉。在精準對位后將上方對象與下方基板壓合，經過加熱及加壓一段時間后使絕緣膠材固化，在垂直的加壓過程中原本分離的導電金球便會互相接近碰觸，而橫向部份則仍維持分離的絕緣狀態，因此可以形成垂直的導通電路，而橫向則仍然保持絕緣的穩定結構。異向性導電膠膜中所使用的導電金球，一般以鍍金鎳的聚合物微球為主流，由于聚合物微球具有彈性，不但不會傷害TFT基板上的銦錫氧化物(ITO, Indium tin oxide)線路，而且在加壓膠合的過程中，聚合物微粒可以變形呈橢球狀以增加接觸面積，一般所使用的聚合物微球成份主要為亞克力材料所制成的球體形狀。
由于導電金球是間隔物的衍生產品，在間隔物的表面進行修飾，把金屬鎳和金鍍到間隔物的表面，也有很高的技術壁壘，目前能夠商業化生產導電金球的廠家只有日本積水和日本化學，其中積水使用自己的間隔物產品作為基材，日本化學則從早川采購微球。索尼和日立是世界上最大的兩家ACF生產廠商，其生產ACF所需的導電金球就來源于這積水和日本化學。
各向異性導電膜(ACF)自20世紀70年代第一次用于連接電子計算器的液晶顯示器面板以來，隨著液晶產業的發展而不斷發展，已廣泛應用于液晶涉及的各個領域，比如用于薄膜電子晶體管（TFT）液晶顯示，TFT 液晶顯示的外引線鍵合（OLB）互連，倒裝芯片封裝（FCP），薄膜上芯片（COF）和玻璃上芯片（COG）等等，其后也開始應用于半導體制造等其它工業領域。隨著小型超薄、大平面顯示器的發展，超精細線路設計的需求以及移動通訊等行業的快速發展，特別是未來幾年，我國的高世代生產線的投產和境外模組廠加快遷移到大陸，ACF封裝材料的市場將超過100億元。
2、抗眩光膜
顯示器在使用時一般有外界的環境光存在，而當外界光線照在未經處理的平整屏幕上時，反射光線容易集中在某一個角度進入人眼，此一集中的反射光強度往往超過人眼所能承受的程度，因而會看不清屏幕上的內容，造成所謂的眩光。解決眩光問題的方法就是使屏幕的表面變得粗糙不平整，這不平整狀態可使得照射在上面的光線產生散射的效果，反射光線因為散射到各個角度因此不會集中在某一個特定角度。使表面不平整的方法有幾種，可以使用機械的方法對表面作噴砂處理，也可以在表面上均勻涂布一層聚合物微球做成凹凸狀，但是所涂布的物質仍須具有高透明性及一定的穩定性。
3、擴散板/擴散膜
擴散膜（板）所用的樹脂材料主要為PET、PC、PMMA，產生光擴散的機理主要靠表面結構或是內部充填擴散微球兩種方式。擴散膜主要結構是在透明的塑料薄膜基材上涂布一層含有擴散微球的涂料，擴散板主要結構是在塑料基質如PMMA中混合擴散微球，光擴散微球將點光源（LED燈）和線光源（CCFL燈）處理成面光源的原理是，當光線通過微球時，利用微球的球面和光線穿過不同材質時有折射的原理來實現。藉由添加擴散微球來達到勻光效果的擴散板材料，為聚合物微球在大尺寸TFT-LCD液晶顯示器面板中最主要的應用部分。一般LCD需要兩片擴散膜，上擴散膜與下擴散膜各一，上擴散膜更有消除棱鏡片的圖案與保護棱鏡片的功能，最多的LCD可用到七張擴散膜，取消增亮膜。
擴散膜（板）在背光模組中的作用主要是使下方的光源在透過它時，能夠產生擴散作用，從而使得光線均勻地分布。對于大尺寸TFT-LCD，不僅提供光線處理的作用，擴散板能在機構上起到對TFT面板提供支撐作用。由于LCD的能量利用率只有大約4%左右，因此，各界都在想辦法提高背光各種膜片的光學效率，一般擴散板的厚度約為2mm，目前則是朝降低厚度的方向發展，均勻性微球作為光擴散劑，可以有效地降低光學膜片的厚度，減少光路行程，從而降低光線的損耗，另外，均勻性的微球作為光擴散劑，還可以利用軟件進行光學膜片的設計和光線的模擬，降低開發周期和成本。
在背光模塊材料中，相較于棱鏡片等光學膜片，擴散膜所占成本比重雖不高，但在LCD TV高亮度規格要求下， 電視產品顯示出的均勻度與亮度主要受擴散材料的質量影響。韓國和我國臺灣的多數模切公司，本身并不生產光學膜，而只是代理國外的品牌或進口半成品進行分切包裝，即便是SKC廠家，其需要的光擴散微球也是從日本企業采購。
國際主要領導廠商為日本的Keiwa(惠和)、Tsujiden、Kimoto與韓國的SKC、Shinwha等廠商，臺灣則有宣茂、長興跨入全制程，華宏與日本擴散膜大廠Keiwa合作，進行后段的切割、印刷、包裝等工作，并計劃跨入前段的制程。因此，總體來看，光學擴散膜市場是一個高增長、高附加值、典型的技術主導的市場，有著良好的前景。
4、反射板
反射板可將自底面漏出的光反射回模塊中，以增加光的使用效率。除此反射板在搭配偏光轉換膜使用時，另具有將被反射回來的偏光再次散亂成一般光源后再發射出去的功能。美國專利US2008/0049419中提及在反射板的反射層上加上一層透明層，在透明層中添加入加入5-50μm聚合物微球，這些微球主要使用亞克力材料，藉由增加表面的曲率來增加光線的使用率。
5、抗黏著(anti-blocking)
一般表面平滑聚合物膜材會因為卷繞或推迭而產生黏著的現象，特別是當卷繞的膜材儲存在較高的溫度與濕度的環境下時，很容易產生粘著現象。傳統上的做法會在聚合物膜材中加入抗黏著劑(anti-block agent)來增加表面的粗度以避免產生黏著現象，并降低摩擦力與提升膜材間的滑動能力，傳統的抗黏著劑主要有無機微球或是有機聚合物微球兩大類，均可達到相當好的抗黏著性能。
6、LED光擴散劑
發展LED應用時最常面臨的問題之一，就是要克服其“點”光源的特性，使光線能更均勻地擴散，達到照明的效果。納微科技利用動態交聯技術，將納微米級擴散微球混于A/B膠中，再封裝成各型LED燈。這種技術也可用來制作擴散型導光板和擴散板，將納微米擴散微球混于透明的高分子材料中，如亞克力或PC等，再搭配精密加工射出技術，成為高效擴散型導光材料。
運用封裝在LED燈珠或導光板/擴散板中的納微米微球，可將光線進行多向散射，使LED發出的光能均勻擴散到整個燈珠或面板，形成球面光源或面光源，達到勻光的效果。勻光LED，可用于電子顯示牌、數碼管、點陣和光磚等產品。而擴散型導光板和擴散板能廣泛應用在LED、面板、及光電相關產品上，包括家具、家電、燈具，或是3C用品、戶外廣告牌、商品外殼等，例如與家具結合，就能成為可發光的桌、椅、柜等。
而要達到勻光效果，須滿足兩個條件：一是，光擴散劑的光折射率要比樹脂的折射率高。一般光擴散劑的折射率為1.54，亞克力樹脂的光線折射率為1.49。過高或低于樹脂折射率會造成大量的反射，影響了透光率，接近樹脂折射率，會減少光散射的路徑，透明度下降少，無法有效的遮蔽光源。二是，光擴散劑微球的粒徑要大于可見光波長。由于光擴散劑的直徑要比可見光的波長（0.4～0.75um）大，所以分散在樹脂里的足量的光擴散劑能有效的遮蔽光源，而相臨兩個光擴散粒子之間的距離很小。因此，要產生多次散射，使耀眼的入射光變成柔和光。
總之，微球材料作為平板顯示產業的關鍵材料，不僅用作間隔物和導電金球，還是制作LCD擴散膜、LED封裝料和IC制造用CMP拋光液的關鍵原料，一直以來被外企壟斷，我國每年要從國外進口幾十億元的微球用于平板顯示產業。因此，納微科技的微球產品研發及產業化，可填補我國這一關鍵材料的空白，對促進TFT-LCD配套材料國產化、建立完整的TFT-LCD產業鏈，增強我國平板顯示乃至光電產業的國際競爭力有著巨大的推動作用。
關注我們
公眾號：china_tp
微信名稱：亞威資訊
顯示行業頂級新媒體
掃一掃即可關注我們
