AMOLED顯示器所面臨的挑戰之一，是如何有效抵抗環境光、減少顯示方面的干擾，搭載圓偏光片便是其中一個解決方法。
目前圓偏光片是以1/4波長相位膜與傳統偏光片結合成的抗反射片。為有效提升對比，1/4波長相位膜是關鍵材料，原因在于環境光的波長范圍，能涵蓋可見光區的寬波域1/4波長相位膜才是首選。
本文將介紹適用AMOLED圓偏光片用之寬波域相位差補償膜制作，包括最夯的單膜延伸、傳統的迭膜法以及厚度最有競爭力的液晶涂布等方式。
雖然在三星主導的AMOLED產品中，以1/2λ + 1/4λ延伸型相位差膜迭層的方式補償效果最好，但相對厚度及成本都相當可觀。最終，業界將在高對比度、薄型與價格間作取舍。
液晶涂布型相位差補償膜技術發展多年，以日本大廠最積極投入研究，透過分子的操控，具有可調的光學補償特性、可任意調整光軸、且厚度薄、成本低等優點，期望在不久的將來有更突破性的發展。
關鍵詞/Key Words相位差(Phase Retardation)、補償膜(Compensation Film)、寬波域(Wideband)
AMOLED抗反射層相位差的補償原理
LCD顯示器是一個背光穿透與否的開關，需要背光源及上下偏光片才能產生有效的信息。而OLED為可發彩色光的發光二極管，不需要背光源也不需要彩色濾光片，就彩色顯示而言，OLED結構相對簡單許多，一直被認為是完美顯示器。
不過，完美的OLED顯示器卻因為金屬電極結構，在室內或外界強光下的反光，造成閱讀的干擾，暗態不暗！一般解決之道是在外部再加上可抗環境光反射的圓偏光片。
圖一 圓偏光片的抗反射原理
圖一說明了圓偏光片的抗反射原理，經過最外的偏光片，光源僅剩一半的線性偏振，其下夾角45˚的1/4λ波長波板可將線性偏振轉換至圓偏振光（ex.左旋光）；
當光被金屬電極反射后會形成直交的圓偏振光（ex.右旋光），如此雖再經過1/4λ波長波板，最終偏光呈現與原偏光片透過軸垂直的偏振，無法再出光，外界光就被阻隔在圓偏光片之內。
因此，需求暗態時，OLED可以忠實地呈現信息，對比度就提高了。有了這片圓偏光的遮蔽，即使在太陽光下，顯示的信息依然清楚可見。
如前所述，圓偏光片的組成為線偏振片搭配1/4λ相位差補償膜，其中還1/4λ相位差補償膜為關鍵。
主要是因環境光的波長范圍涵蓋極寬，因此首選的1/4波長相位膜至少要能涵蓋大部分的可見光區。不過目前皆以對應單波長的1/4波長相位膜為大宗，而違反自然定律的寬波域(Wideband) 1/4波長相位補償膜因著必須有特殊設計而奇貨可居，價格更是居高不下。
在進入技術介紹前，我們先針對一些市場面作介紹。
AMOLED后續發展趨勢
關于AMOLED面板技術方面，韓國三星與LG集團正積極開發中，目前由韓國三星居于龍頭，此技術應用產品主要為Smart-phone、Tablet PC；然而在AMOLED大尺寸TV面板技術上，現階段大尺寸所搭配的
偏光片及其光學補償膜，在顯示器四個邊角的視覺呈現上有著明顯的光學Mura，尺寸越大，Mura越明顯，因此，AMOLED大尺寸面板技術與設計尚待突破。
圖二 AMOLED應用市場發展預測
圖三 中國AMOLED面板技術投資案件
AMOLED面板技術應用產品
AMOLED面板技術應用于3C產品，目前市場近100%來自韓國三星產品，三星智能型手機Galaxy系列皆使用AMOLED面板，從第一代產品Galaxy S至Galaxy S4皆采用AMOLED面板，未來的Galaxy S5應該也會選擇AMOLED面板。
在這一整個系列面板，評估選擇的偏光片所需搭配之寬波域補償膜，因成本問題與補償效果之間存在著角力拉鋸，所以尚未有真正滿足市場需要的勝利者。
在Galaxy系列產品被導入的寬波域補償膜有WR Film（帝人）、1/2λ Film + 1/4λFilm (Zeon)、RM Film（帝人）、Amond Film(Kanaka)。
其中，在顏色補償表現上僅1/2λFilm + 1/4λ Film達到三星需求目標，其余皆有暗態(Real Black)不足問題，但1/2λ Film + 1/4λ Film的價格為其他寬波域補償膜之1.3~1.6倍，對于AMOLED產品將是不小的負擔，無助于AMOLED面板成本下降。
圖四為三星Galaxy系列偏光片所搭配之寬波域補償膜結構。
AMOLED偏光片用之寬波域補償膜后續發展方向包括：需達到Real Black、薄型化，以及結合透明導電功能；能開發出擁有市場需求功能之寬波域補償膜，并且顧及價格成本，將會勝出，成為大贏家。
因此，開發出與1/2λ Film + 1/4λ Film補償膜同等補償效果之寬波域1/4λ Film，且價格優于1/2λ Film + 1/4λ Film，有其利基及市場急迫性。目前市面上寬波域補償膜產品都以延伸方式進行生產。
圖四 Galaxy系列產品之偏光片結構
基材不外乎PC、COP等，在價格成本允許的情況下，液晶涂布亦是另一個選擇，市場尚未出現液晶涂布型寬波域補償膜，然而許多知名日本大廠正積極開發中，如富士、DNP、日東電工等，1/2λ + 1/4λ雙層液晶涂布方式、液晶涂布轉寫方式等皆在開發中，表二為目前寬波域補償膜商品及發展現況。
表二 寬波域補償膜發展狀況
（圖六），將溶融押出后的COP樹脂先進行縱向延伸，再進行橫向延伸，一次制程便能制造出雙光軸相位差膜，用于補償VA模式大尺寸液晶電視的視角。然而，此技術的困難點在于膜厚的控制，目前ZEON所開發的雙光軸相位差膜，膜厚誤差僅±0.5%。
同時，延伸后的相位差膜幅寬等同偏光片，可以與偏光片直接進行卷對卷貼合（圖七），不但可以精簡制程，同時可以省去偏光片的保護膜及中間資材等，大幅節省成本并提高良率。
一般光學膜，透明樹脂膜延伸的方向即為分子配列的方向，但因為目前手持式裝置在設計上，其相位差膜分子配列方向與偏光片的透過軸方向需有一定的夾角，。#p#分頁標題#e#
因此，主流的方式是先將相位差膜以特定角度裁切后，再以片式的方式與偏光片貼合。
此方式不但費工，而且裁切后剩余的部分便成為無法再利用的廢料，膜的利用效率變差，同時成本也會提高，因此，若能在膜延伸時，即以所設定的角度斜向延伸，則可以和偏光片進行卷對卷貼合，可以減少工數及膜的浪費（圖八）。
圖五 溶融押出法示意圖
圖六 ZEON開發的逐次二軸延伸技術
斜向延伸的困難點在于一般縱向延伸時，膜的幅方向產生的應力是左右對稱的，然而，進行斜向延伸的話，幅方向產生的應力左右會有差別，如此會造成幅方向厚度及光學特性（配向角，Re）不均一。
因此，ZEON由延伸機的改造做起，逐步調整押出機涂頭唇嘴的開度、樹脂押出流量、冷卻滾輪的速度、溫度以及Edge Pin-ning（圖九(a)）等參數，才成功開發出業界最先進的斜向延伸制程。并在2011年底建置斜向延伸專用制造線，正式邁入量產。
由于斜向延伸，膜的分子配列方向可以配合偏光片透過軸的方向改變， 因此便可以實施卷對卷貼合，如此一來，材料的減少、制程的減少、超薄型偏光片都成為可能。
斜向延伸相位差膜（ZEON之ZD系列）目前可應用于AMOLED、中小型VA LCD、3D電視等。
用于行動裝置上，可兼具反射防止、提高對比度，以及液晶光學補償的作用，因具有反射防止的機能，也可應用于數字電子廣告牌(Digital Signage)。目前ZEON斜向延伸相位差膜在行動裝置使用的市占率約70%。此外，斜向延伸膜還可以應用于3D電視，即使眼睛不與畫面呈水平，甚至是躺臥著看，也能享受到鮮明的三維效果。
圖八 一般相位差膜與使用斜向延伸相位差膜之偏光片制程比較
雖然ZEON在相位差膜的押出、延伸上擁有優異的技術，然而，由于一般單一光軸材料雙折射率Δn > 0時，其吸收極大波長會在長波長側，因此在可見光范圍之折射率分布為正斜率（圖十），造成其相位差膜大多為窄波域(Narrow Band)，僅在波長550nm附近可將光完全轉換成另一個偏振態。
因此，暗態時部分的光會損失，用于AMO-LED時，顯示器的對比會降低并發生漏光和色差。
圖九 ZEON斜向延伸用(a)押出成形機及(b)斜向延伸機
所以AMOLED用的圓偏光片如欲得到較佳的補償效果，便需要具有理想相位值的寬波域1/4λ相位差補償膜。
要達成較理想的寬波域補償效果，一般必須利用兩層以上之相位差膜進行加成削減。
例如折射率分布差異不大(Flat Dis-persion)的材料做成1/2λ波板，再與窄波域正常分布(Normal Dispersion) 的1/4λ波板，以直交或非直交的方向堆棧，Re值相減后，便可對光波長形成一近似理想線性的關系，可有效提升圓偏光在暗態的遮蔽情形。
日東與住友皆是利用此法制成寬波域相位差膜。以a-PO (Amorphous Polyolefin)材料為例（圖十一），做成一層λ/2波板與一層1/4λ波板堆棧成的寬波域相位差膜，其相位差分布最接近理想值。
圖十 一般單一光軸材料相位差分布
圖十一 多層a-PO材料堆棧之相位差分布
相對于上述幾種相位差膜利用光學設計的方式堆棧，帝人化成則是由樹脂材料著手，開發出具有正、負雙折射率分散性的構成單元體(Segment Unit)，依體積分率調整形成共聚合物(Copolymer)或混合聚合物(Blend Polymer)，以單軸延伸方式配向高分子鏈，形成單層、寬波域1/4λ相位差膜。
表三為帝人化成在專利中發表的結構，制膜法可采用溶融押出法或溶液澆鑄法，拉伸則可采橫向/縱向單軸拉伸，制法簡單。
表三 帝人化成在專利中發表結構
圖十二 (11,12) 為帝人化成數個系列產品的相位差對波長關系。其中WR-S、WR-W及RM型均為寬波域產品。
單層寬波域1/4λ相位差膜的優點在于可以節省成本、重量及厚度，在目前手持式行動裝置應用上，是業界極力追求的目標。因此，三星Galaxy S及S4產品均采用了帝人化成寬波域1/4λ相位差膜搭配偏光片，以提高AMOLED面板的對比。
圖十二 帝人化成數個系列產品之相位差分布
液晶涂布型相位差膜
以延伸法制作相位差補償膜時，高分子材料因熱延伸導致的裂解再配列，會使折射率減小，所以想要獲得理想的相位延遲值，商品化的膜厚度會增加，然而膜厚度的增加又會引起光的損耗。而液晶分子本身具有雙折射率的特性且液晶折射率大，所需厚度較薄，并且可用配向方式調整任意角度以搭配偏光片軸向，減少廢料，降低對貼難度及成本，因此，許多知名日本大廠正積極開發中。例如日東電工便提出一種可應用在AMOLED面板的寬波
域、寬視角薄型橢圓偏光片。如表四所示，分別利用1/2λ液晶涂布膜+1/4λ液晶涂布膜的組合及1/2λ液晶涂布膜+1/4λ延伸膜的組合為寬波域橢圓偏光片。
表四 日東電工所提AMOLED用寬波域、寬視角薄型橢圓偏光片
另外，為了得到寬波域相位延遲片，常需要將兩片聚合液晶膜以特定的角度貼合。因此必須先裁切成小片，再將小片對貼。但因軸向角度不容易對位，貼合后的膜片常有質量不良、生產率下降等問題，造成生產成本增加。為了解決此問題，Fu-jifilm提出利用一種液晶組合物如表五所示，即可達到寬波域波長分布的專利，類似帝人化成單膜寬波域的概念。#p#分頁標題#e#
表五 Fujifilm一種液晶組合物，即可達到寬波域波長分布的專利
涂布液晶組合物于配向層上，配向層的角度可視需求定義，以一般涂布方式（例如線棒涂布法、擠出涂布法、直接凹版涂布法、反向凹版涂布法及模涂法）涂布液晶溶液后，再以UV光固化，制程相當簡便快速。成品即為單膜寬波域1/4λ相位差膜，而且可以隨偏光片的需求調整相位差膜的光軸角度，有利于卷對卷貼合制程。
結 論
理想的AMOLED用圓偏光片，應具備在可見光波長范圍內有高穿透度、補償膜與線偏振光匹配良好、可以實施高量產性之卷對卷貼合、低材料成本等條件，才能將AMOLED顯示器的整體表現再往上提升。
目前搭配偏光片的寬波域1/4λ相位補償膜有延伸型及涂布型兩種方式，由于延伸型多屬窄波域，須以迭層的方式來達到寬波域的要求，因此，其厚度目前仍無法小于50 μm，售價也居高不下，不利于未來行動裝置薄型化的趨勢。至于單層寬波域的產品，其暗態補償的效果目前還無法完全趕上迭層的作法。因此，業界極需暗態完
美補償，薄型且價格具競爭力的產品。液晶涂布型相位差補償膜目前技術發展雖還未成熟，但因其光學補償特性佳且易于調整，厚度薄相對地成本也可降低，同時，透過斜向配向液晶即可達成如同斜向延伸的效果，大大降低制程難度，亦可以實現與偏光片卷對卷貼合，進一步降低成本。
因此，許多日本大廠正積極投入研究，足見液晶涂布型相位差補償膜技術將是極具潛力的明日之星，可望在不久的將來推出滿足業界需求的產品。
參考文獻
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