AMOLED显示器所面临的挑战之一，是如何有效抵抗环境光、减少显示方面的干扰，搭载圆偏光片便是其中一个解决方法。

　　目前圆偏光片是以1/4波长相位膜与传统偏光片结合成的抗反射片。为有效提升对比，1/4波长相位膜是关键材料，原因在于环境光的波长范围，能涵盖可见光区的宽波域1/4波长相位膜才是首选。

　　本文将介绍适用AMOLED圆偏光片用之宽波域相位差补偿膜制作，包括最夯的单膜延伸、传统的迭膜法以及厚度最有竞争力的液晶涂布等方式。

　　虽然在三星主导的AMOLED产品中，以1/2λ + 1/4λ延伸型相位差膜迭层的方式补偿效果最好，但相对厚度及成本都相当可观。最终，业界将在高对比度、薄型与价格间作取舍。

　　液晶涂布型相位差补偿膜技术发展多年，以日本大厂最积极投入研究，透过分子的操控，具有可调的光学补偿特性、可任意调整光轴、且厚度薄、成本低等优点，期望在不久的将来有更突破性的发展。

　　关键词/Key Words相位差(Phase Retardation)、补偿膜(Compensation Film)、宽波域(Wideband)

　　AMOLED抗反射层相位差的补偿原理

　　LCD显示器是一个背光穿透与否的开关，需要背光源及上下偏光片才能产生有效的信息。而OLED为可发彩色光的发光二极管，不需要背光源也不需要彩色滤光片，就彩色显示而言，OLED结构相对简单许多，一直被认为是完美显示器。

　　不过，完美的OLED显示器却因为金属电极结构，在室内或外界强光下的反光，造成阅读的干扰，暗态不暗！一般解决之道是在外部再加上可抗环境光反射的圆偏光片。

图一　圆偏光片的抗反射原理

　　图一说明了圆偏光片的抗反射原理，经过最外的偏光片，光源仅剩一半的线性偏振，其下夹角45˚的1/4λ波长波板可将线性偏振转换至圆偏振光（ex.左旋光）；

　　当光被金属电极反射后会形成直交的圆偏振光（ex.右旋光），如此虽再经过1/4λ波长波板，最终偏光呈现与原偏光片透过轴垂直的偏振，无法再出光，外界光就被阻隔在圆偏光片之内。

　　因此，需求暗态时，OLED可以忠实地呈现信息，对比度就提高了。有了这片圆偏光的遮蔽，即使在太阳光下，显示的信息依然清楚可见。

　　如前所述，圆偏光片的组成为线偏振片搭配1/4λ相位差补偿膜，其中还1/4λ相位差补偿膜为关键。

　　主要是因环境光的波长范围涵盖极宽，因此首选的1/4波长相位膜至少要能涵盖大部分的可见光区。不过目前皆以对应单波长的1/4波长相位膜为大宗，而违反自然定律的宽波域(Wideband) 1/4波长相位补偿膜因着必须有特殊设计而奇货可居，价格更是居高不下。

　　在进入技术介绍前，我们先针对一些市场面作介绍。

　　AMOLED后续发展趋势

　　关于AMOLED面板技术方面，韩国三星与LG集团正积极开发中，目前由韩国三星居于龙头，此技术应用产品主要为Smart-phone、Tablet PC；然而在AMOLED大尺寸TV面板技术上，现阶段大尺寸所搭配的

　　偏光片及其光学补偿膜，在显示器四个边角的视觉呈现上有着明显的光学Mura，尺寸越大，Mura越明显，因此，AMOLED大尺寸面板技术与设计尚待突破。

图二　AMOLED应用市场发展预测

图三　中国AMOLED面板技术投资案件

　　AMOLED面板技术应用产品

　　AMOLED面板技术应用于3C产品，目前市场近100%来自韩国三星产品，三星智能型手机Galaxy系列皆使用AMOLED面板，从第一代产品Galaxy S至Galaxy S4皆采用AMOLED面板，未来的Galaxy S5应该也会选择AMOLED面板。

　　在这一整个系列面板，评估选择的偏光片所需搭配之宽波域补偿膜，因成本问题与补偿效果之间存在着角力拉锯，所以尚未有真正满足市场需要的胜利者。

　　在Galaxy系列产品被导入的宽波域补偿膜有WR Film（帝人）、1/2λ Film + 1/4λFilm (Zeon)、RM Film（帝人）、Amond Film(Kanaka)。

　　其中，在颜色补偿表现上仅1/2λFilm + 1/4λ Film达到三星需求目标，其余皆有暗态(Real Black)不足问题，但1/2λ Film + 1/4λ Film的价格为其他宽波域补偿膜之1.3~1.6倍，对于AMOLED产品将是不小的负担，无助于AMOLED面板成本下降。

　　图四为三星Galaxy系列偏光片所搭配之宽波域补偿膜结构。

　　AMOLED偏光片用之宽波域补偿膜后续发展方向包括：需达到Real Black、薄型化，以及结合透明导电功能；能开发出拥有市场需求功能之宽波域补偿膜，并且顾及价格成本，将会胜出，成为大赢家。

　　因此，开发出与1/2λ Film + 1/4λ Film补偿膜同等补偿效果之宽波域1/4λ Film，且价格优于1/2λ Film + 1/4λ Film，有其利基及市场急迫性。目前市面上宽波域补偿膜产品都以延伸方式进行生产。

图四　Galaxy系列产品之偏光片结构

　　基材不外乎PC、COP等，在价格成本允许的情况下，液晶涂布亦是另一个选择，市场尚未出现液晶涂布型宽波域补偿膜，然而许多知名日本大厂正积极开发中，如富士、DNP、日东电工等，1/2λ + 1/4λ双层液晶涂布方式、液晶涂布转写方式等皆在开发中，表二为目前宽波域补偿膜商品及发展现况。

表二　宽波域补偿膜发展状况

　　（图六），将溶融押出后的COP树脂先进行纵向延伸，再进行横向延伸，一次制程便能制造出双光轴相位差膜，用于补偿VA模式大尺寸液晶电视的视角。然而，此技术的困难点在于膜厚的控制，目前ZEON所开发的双光轴相位差膜，膜厚误差仅±0.5%。

　　同时，延伸后的相位差膜幅宽等同偏光片，可以与偏光片直接进行卷对卷贴合（图七），不但可以精简制程，同时可以省去偏光片的保护膜及中间资材等，大幅节省成本并提高良率。

　　一般光学膜，透明树脂膜延伸的方向即为分子配列的方向，但因为目前手持式装置在设计上，其相位差膜分子配列方向与偏光片的透过轴方向需有一定的夹角，。#p#分页标题#e#

　　因此，主流的方式是先将相位差膜以特定角度裁切后，再以片式的方式与偏光片贴合。

　　此方式不但费工，而且裁切后剩余的部分便成为无法再利用的废料，膜的利用效率变差，同时成本也会提高，因此，若能在膜延伸时，即以所设定的角度斜向延伸，则可以和偏光片进行卷对卷贴合，可以减少工数及膜的浪费（图八）。

图五　溶融押出法示意图

图六　ZEON开发的逐次二轴延伸技术

　　斜向延伸的困难点在于一般纵向延伸时，膜的幅方向产生的应力是左右对称的，然而，进行斜向延伸的话，幅方向产生的应力左右会有差别，如此会造成幅方向厚度及光学特性（配向角，Re）不均一。

　　因此，ZEON由延伸机的改造做起，逐步调整押出机涂头唇嘴的开度、树脂押出流量、冷却滚轮的速度、温度以及Edge Pin-ning（图九(a)）等参数，才成功开发出业界最先进的斜向延伸制程。并在2011年底建置斜向延伸专用制造线，正式迈入量产。

　　由于斜向延伸，膜的分子配列方向可以配合偏光片透过轴的方向改变， 因此便可以实施卷对卷贴合，如此一来，材料的减少、制程的减少、超薄型偏光片都成为可能。

　　斜向延伸相位差膜（ZEON之ZD系列）目前可应用于AMOLED、中小型VA LCD、3D电视等。

　　用于行动装置上，可兼具反射防止、提高对比度，以及液晶光学补偿的作用，因具有反射防止的机能，也可应用于数字电子广告牌(Digital Signage)。目前ZEON斜向延伸相位差膜在行动装置使用的市占率约70%。此外，斜向延伸膜还可以应用于3D电视，即使眼睛不与画面呈水平，甚至是躺卧着看，也能享受到鲜明的三维效果。

图八　一般相位差膜与使用斜向延伸相位差膜之偏光片制程比较

　　虽然ZEON在相位差膜的押出、延伸上拥有优异的技术，然而，由于一般单一光轴材料双折射率Δn > 0时，其吸收极大波长会在长波长侧，因此在可见光范围之折射率分布为正斜率（图十），造成其相位差膜大多为窄波域(Narrow Band)，仅在波长550nm附近可将光完全转换成另一个偏振态。

　　因此，暗态时部分的光会损失，用于AMO-LED时，显示器的对比会降低并发生漏光和色差。

图九　ZEON斜向延伸用(a)押出成形机及(b)斜向延伸机

　　所以AMOLED用的圆偏光片如欲得到较佳的补偿效果，便需要具有理想相位值的宽波域1/4λ相位差补偿膜。

　　要达成较理想的宽波域补偿效果，一般必须利用两层以上之相位差膜进行加成削减。

　　例如折射率分布差异不大(Flat Dis-persion)的材料做成1/2λ波板，再与窄波域正常分布(Normal Dispersion) 的1/4λ波板，以直交或非直交的方向堆栈，Re值相减后，便可对光波长形成一近似理想线性的关系，可有效提升圆偏光在暗态的遮蔽情形。

　　日东与住友皆是利用此法制成宽波域相位差膜。以a-PO (Amorphous Polyolefin)材料为例（图十一），做成一层λ/2波板与一层1/4λ波板堆栈成的宽波域相位差膜，其相位差分布最接近理想值。

图十　一般单一光轴材料相位差分布

图十一　多层a-PO材料堆栈之相位差分布

　　相对于上述几种相位差膜利用光学设计的方式堆栈，帝人化成则是由树脂材料着手，开发出具有正、负双折射率分散性的构成单元体(Segment Unit)，依体积分率调整形成共聚合物(Copolymer)或混合聚合物(Blend Polymer)，以单轴延伸方式配向高分子链，形成单层、宽波域1/4λ相位差膜。

　　表三为帝人化成在专利中发表的结构，制膜法可采用溶融押出法或溶液浇铸法，拉伸则可采横向/纵向单轴拉伸，制法简单。

表三　帝人化成在专利中发表结构

　　图十二 (11,12) 为帝人化成数个系列产品的相位差对波长关系。其中WR-S、WR-W及RM型均为宽波域产品。

　　单层宽波域1/4λ相位差膜的优点在于可以节省成本、重量及厚度，在目前手持式行动装置应用上，是业界极力追求的目标。因此，三星Galaxy S及S4产品均采用了帝人化成宽波域1/4λ相位差膜搭配偏光片，以提高AMOLED面板的对比。

图十二　帝人化成数个系列产品之相位差分布

　　液晶涂布型相位差膜

　　以延伸法制作相位差补偿膜时，高分子材料因热延伸导致的裂解再配列，会使折射率减小，所以想要获得理想的相位延迟值，商品化的膜厚度会增加，然而膜厚度的增加又会引起光的损耗。而液晶分子本身具有双折射率的特性且液晶折射率大，所需厚度较薄，并且可用配向方式调整任意角度以搭配偏光片轴向，减少废料，降低对贴难度及成本，因此，许多知名日本大厂正积极开发中。例如日东电工便提出一种可应用在AMOLED面板的宽波

　　域、宽视角薄型椭圆偏光片。如表四所示，分别利用1/2λ液晶涂布膜+1/4λ液晶涂布膜的组合及1/2λ液晶涂布膜+1/4λ延伸膜的组合为宽波域椭圆偏光片。

表四　日东电工所提AMOLED用宽波域、宽视角薄型椭圆偏光片

　　另外，为了得到宽波域相位延迟片，常需要将两片聚合液晶膜以特定的角度贴合。因此必须先裁切成小片，再将小片对贴。但因轴向角度不容易对位，贴合后的膜片常有质量不良、生产率下降等问题，造成生产成本增加。为了解决此问题，Fu-jifilm提出利用一种液晶组合物如表五所示，即可达到宽波域波长分布的专利，类似帝人化成单膜宽波域的概念。#p#分页标题#e#

表五　Fujifilm一种液晶组合物，即可达到宽波域波长分布的专利

　　涂布液晶组合物于配向层上，配向层的角度可视需求定义，以一般涂布方式（例如线棒涂布法、挤出涂布法、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，制程相当简便快速。成品即为单膜宽波域1/4λ相位差膜，而且可以随偏光片的需求调整相位差膜的光轴角度，有利于卷对卷贴合制程。

　　结　论

　　理想的AMOLED用圆偏光片，应具备在可见光波长范围内有高穿透度、补偿膜与线偏振光匹配良好、可以实施高量产性之卷对卷贴合、低材料成本等条件，才能将AMOLED显示器的整体表现再往上提升。

　　目前搭配偏光片的宽波域1/4λ相位补偿膜有延伸型及涂布型两种方式，由于延伸型多属窄波域，须以迭层的方式来达到宽波域的要求，因此，其厚度目前仍无法小于50 μm，售价也居高不下，不利于未来行动装置薄型化的趋势。至于单层宽波域的产品，其暗态补偿的效果目前还无法完全赶上迭层的作法。因此，业界极需暗态完

　　美补偿，薄型且价格具竞争力的产品。液晶涂布型相位差补偿膜目前技术发展虽还未成熟，但因其光学补偿特性佳且易于调整，厚度薄相对地成本也可降低，同时，透过斜向配向液晶即可达成如同斜向延伸的效果，大大降低制程难度，亦可以实现与偏光片卷对卷贴合，进一步降低成本。

　　因此，许多日本大厂正积极投入研究，足见液晶涂布型相位差补偿膜技术将是极具潜力的明日之星，可望在不久的将来推出满足业界需求的产品。

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