AMOLED用园偏光片视角补偿技术

材料世界網　光電特刊「彭美枝M.Ch.Peng1、劉怡君Y.C.Liu2、鄭閔瑋M.W.Cheng3、謝葆如P.J.hsieh4工研院材化所(MCL/ITRI)1副研究員、2研究員、4研究主任工研院產服中心(CIS/ITRI)3副理　　　　　　　　　　　　　　　　　　　」AMOLED圓偏光片用之寬波域相位差補償膜技術WidebandCompensationFilmforCircularPolarizerLaminatedonAMOLEDAMOLED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，原因在於環境光的波長範圍，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製作，包括最夯的單膜延伸、傳統的疊膜法以及厚度最有競爭力的液晶塗佈等方式。雖然在三星主導的AMOLED產品中，以1/2λ+1/4λ延伸型相位差膜疊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、薄型與價格間作取捨。液晶塗佈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。OneofthechallengesforAMOLEDishowtoblocktheambientlightreflectionanditscontrastinterferencereduction.Equippedwithcircularpolarizerisonesolution.Consideringtheunselectiveenvironmentallight,1/4wavelengthplatewhereincircularlypolarizingplateshouldplayanimportantroleforAMOLEDcontrastimprovement.So-calledawidebandtype1/4wavelengthplateispreferred.Thisarticlewillintroducethewideband-waveretardationcompensationfilmtechnologies:traditional2-layerlaminationtype(1/2λ+1/4λ),progressivesinglelayertype,andliquidcrystalcoatingtype,etc.AccordingtoSamsung’sAMOLEDproductcomparison,2-layertypeshowsbetterperformancebutboththeoverallthicknessandthecostaresuperhigh.Eventually,highcontrast,thinfilm,andthepricewillbejudged.Ontheotherhand,LCcoatingtypehasbeendevelopedforyears;mostaredominatedbyJapanesemanufacturers.Viamolecularmanipulation,theopticalpropertiesofLCtyperetarderaretunableaswellasitsopticalaxis.Moreover,LCtypehasultra-thinfilmcharateristics,alsothecomparativecost-issue.Herewearelookingforwardtoalargebreakthoughinthenearfuture.關鍵詞/KeyWords相位差(PhaseRetardation)、補償膜(CompensationFilm)、寬波域(Wideband)096材料世界網　光電特刊前　言顯示器已成為人類生活中不可或缺的重要工具，舉凡日常生活娛樂、每日工作工具、重要資訊傳達等，因應人們追求更佳的顯示品質，產品也一直不斷推陳出新，從LCDTN/STN中小尺寸面板，一路發展至今極為成熟的VA/IPS面板，乃至當下韓國面板廠積極推展的AMOLED面板技術，提供觀賞者美好而豐富的視覺饗宴。從2000年三洋柯達公司試製出AMOLED面板開始，歷經十年的發展，2010年起三星公司結合5.5代LTPS設備和3.5代OLED設備，終於成功量產智慧型手機用AMOLED顯示器，令其邁入商品化。其所追求的方向不外乎輕薄、光學特性佳、大尺寸化等，目前AMOLED顯示器所面臨的挑戰之一，便是如何有效抗環境光，提高對比。其中的關鍵材料，是LCD產業發展已久的相位差補償膜技術，也是本文所要探討的課題。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資訊。而OLED為可發彩色光的發光二極體，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後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可以忠實地呈現資訊，對比度就提高了。有了這片圓偏光的遮蔽，即使在太陽光下，顯示的資訊依然清楚可見。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範圍涵蓋極寬，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後續發展趨勢關於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λ/4RetarderOLED▲圖一　圓偏光片的抗反射原理材料世界網　光電特刊星居於龍頭，此技術應用產品主要為Smart-phone、TabletPC；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。圖二為AMOLED應用市場預測，預計在2016年使用AMOLED面板技術的Smartphone需求將2011201220132014201520162017201820192020Others0.00.00.0–––0.00.00.00.00.00.00.0AutomobileMonitor0.00.00.00.00.00.00.0DigitalStillCamera0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0TabletPC0.00.00.00.10.20.60.91.21.51.8Smartphone0.40.81.42.12.52.72.92.93.03.0OLEDTV0.00.00.00.11.02.03.86.29.314.1024681012141618202011201220132014201520162017201820192020Samrtphone84134214292336368380385388389TabletPC010292339526578OLEDTV000012471321DigitalStillCamera3221222222AutomobileMonitor0000001111Amusement0000000000PMP431050100150200250300350400450MillionUnitsMillionm22016OLEDTVDisplaySearch(2014/01)▲圖二　AMOLED應用市場發展預測放量至一穩定程度，而使用AMOLED面板技術的TabletPC也將出現大幅成長，但終極目標亦是在大尺寸TV市場，大尺寸化生產將是AMOLED成本大幅下降的關鍵因素。關於投入AMOLED面板技術開發部分，除了韓國三星集團及LG集團外，圖三(1)顯示中國大陸對於AMOLED面板技術發展的野心，其規模絕不亞於韓國三星與LG兩大集團，目前有意投入開發的投資案098材料世界網　光電特刊件如雨後春筍般出現，相信AMOLED面板將會是下一個蓬勃發展的顯示器技術，因此相關的零組件、材料亦有另一片發展空間，是值得關注的。AMOLED用圓偏光片需求量預測AMOLED面板現階段發展技術上尚需使用圓偏光片，才能解決環境光與OLED自發光源之間的相互干擾的問題。表一針對AMOLED用偏光片預測需求面積，亦等同寬波域1/4λ補償膜需求，預估至2017年需求量將達360萬平方米/年。AMOLED面板技術應用產品AMOLED面板技術應用於3C產品，目前市場近100%來自韓國三星產品，三星智慧型手機Galaxy系列皆使用AMOLED面板，從第一代產品GalaxyS至GalaxyS4皆採用AMOLED面板，未來的GalaxyS5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WRFilm（帝人）、1/2λFilm+1/4λFilm(Zeon)、RMFilm（帝人）、AmondFilm(Kanaka)。其中，在顏色補償表現上僅1/2λFilm+1/4λFilm達到三星需求目標，其餘皆有暗態(RealBlack)不足問題，但1/2λFilmDisplaySearch(2014/01)AIV-BEXinHenan()Gen4(730×920mm)Oxide+ColorConversionAMOLED20K/M,Dec.’14~?????TrulyinHuizhou()Gen4(730×920mm)LTPS+RGBAMOLED15K/MQ4’15CPTinFuzhou()Gen4Oxide+RGBAMOLED30K/M,Q4’15~EverDisplay()inShanghai()Gen4(730×920mm)LTPS+RGBAMOLED15K/M,April’14~BOEB5inHefei()Gen8Oxide+WhiteOLED4K/MPilot-run,May’14~TianyiinChengdu()Gen6LTP5+RGBAMOLED8K/M,Mar.’15~BOEB8inChongqing()JVwithGovernmentGen8Oxide+WhiteOLED(OLEDisStillUnderConsideration)IMECinNanjing()Gen3LTPS+RGBAMOLED30K/M,Jan.’14~GoVisionoxinKu