液晶顯示用光學薄膜技術現(xiàn)況與�(fā)�
前言：液晶顯示技�1973年問世之后歷�30年的進化，目前超�40寸以上全彩HD液晶電視不但已經商品�，它的影像畫質、電�、光學特性更凌駕傳統(tǒng)37寸CRT電視。隨著數(shù)位電視的開播、次世代DVD錄放影機、寬頻無線網路等�(shù)位週邊技術的推廣，大畫面、高畫質的平面顯示器，儼然成為全球顯示市場關注的焦點�
以目前來�，各個平面顯示技術之間的競爭可以說相當激烈，尤其液晶顯示和等離子顯示之間的競爭十分激�。從�(xiàn)狀看來，液晶顯示稍占優(yōu)�。然�，等離子顯示不僅在應答速度，和視野角這兩個液晶顯示的弱點上不斷自我提�。而且等離子顯示更利用�(yōu)質的色彩能力來平衡因為價格所帶來的弱勢條�，例�，在動態(tài)影像表現(xiàn)方面，也比液晶顯示更小耗電。即使背投與等離子電視最擅長的大畫面領域，若以影像細致度、明亮環(huán)境下的辨視�、消耗電力觀點而言，不可否認未來液晶顯示仍舊扮演關鍵性角色�
提升液晶顯示效能的市場需�
�2005年之�，平面技術在顯示市場上的占有比例越來越重，相信在幾年之內將會超過50%以上，雖然這對于液晶顯示技術而言，無非是蘊藏了巨大的市場潛力，但是另一方面，也因為如此，使得競爭日益白熱化，業(yè)者每年都不斷的面對降低價格的壓力，因此如果期望在競爭中存活下�，就必須持續(xù)地提升零件和材料的功能�，以及降低生產成�。原理上穿透式液晶顯示必須仰賴以偏光膜片為中心的各種光學膜片，包含可以使液晶的切換識認化的偏光膜片、位相差膜片、輝度提升膜�，以及AG、AR等表面處理層等各種光學膜��
2003 年大尺寸液晶電視正式跨入消費市場之后，立即成為次世代�(shù)位電子產品的所注目的焦�，同時還扮演影響全球市場興衰的重要角�。雖然在部分弱勢基礎上需要面對來自于其他平面技術的挑戰(zhàn)，但是液晶顯示技術仍舊保有一定程度的�(yōu)越�，并且為了在競爭中存活下來，提升液晶顯示材料的功能�，與降低成本將成為一件很重要的事��
從基本原理來看，依照液晶扭轉的動作區(qū)別的�，液晶顯示技術主要包括，TN(Twisted Nematic)、VA(Vertical Algnment)、IPS(In Plane Switching)、OCB(Optically Compenssted Bend)等等4種模式技�，來決定液晶面板的視�、反應速度、生產性等，目前VA與IPS模式的液晶技術已經達到成熟商品化的階��
雖然液晶配向的多域化(Multi domain)使得視角獲得大幅度的改善，不過以顯示效能的觀點而言，液晶顯示技術顯然比CRT、等離子顯示更具備競爭優(yōu)�(advantage)。目前大尺寸顯示器顯示效能較積極被提升的領域包括�，反應速度、輝�、對�、視角、色再現(xiàn)�，以及顯示均勻性等�，其中除了反應速度必須以液晶材料的黏性改善與驅動模式處理之外，其它特性的改善幾乎完全仰賴光學膜片�
偏光膜片呈現(xiàn)不同的特�
液晶電視非常重視色再�(xiàn)性，液晶顯示利用彩色濾光片來顯示紅藍綠三種基本色，當顯示紅藍綠時，色純度越高色則所獲得的再�(xiàn)性越�，提高色純度意味著必須控制顯示色以外的畫素漏光問�，以及提高各色的對比，即使是顯示中間色紅藍綠穿透率，同樣要求能夠以相同的百分比進行變化�
通常液晶顯示是由平行或是直交的兩片偏光膜片與液晶Cell構成，動作時則利用液晶Cell，控制穿透第一片偏光膜片的偏光狀�(tài)，同時調整穿透第二片偏光膜片的光�。偏光膜片是以PVA為中心使碘附�，接著再透過延伸產生雙色性吸收功�，不論偏光膜片平行或是直�，為達成中�(neutral)色相必須控制聚合碘離子種的產�，使它能夠在可視光全領域均衡吸收，同時使聚合碘離子有秩序配向�
偏光膜片可分為吸收型及非吸收型兩�，生產吸收型偏光膜片的技中有碘系偏光膜片和染料偏光膜�。目�，幾乎所有被使用的偏光膜片都是具有良好光學特性的碘系偏光�，然而能夠在高耐久型領域中使用的偏光膜片卻是染料偏光膜�。不�，在光學特性方面碘系偏光膜片卻略勝一籌，在能夠使用的�(huán)境條件上，碘系偏光膜片可承受的環(huán)境為攝氏90度，攝氏60�×90%RH;而染料偏光膜片能夠承受的使用�(huán)境則是攝�105�，攝�80�×90%RH，因此如果在高耐久性條件下，碘系偏光膜片便無法承受�
所以可攜式電子產品、液晶電視、監(jiān)視器，主要是利用高偏光度獲得高穿透率，因此大多使用碘系偏光膜�;車用電視、GPS等需要在較嚴苛使用環(huán)境下的車用顯�，則使用高耐久性的染料系偏光膜��
目前，液晶用偏光膜片屬于吸收�，它是在單軸延伸的多乙烯基醇(PVA: Poly Vinyl Alcohol使雙色性物質作染色、配�。然而經過染�、延伸的偏光膜片機械性非常脆�，兩側必須以三醋酸硝化纖維素(TAC: Triacetyl Cellulose)作為保護�
液晶顯示的黑�、白色顯示取決于偏光膜片平行直交的特性，因此抑制偏光片吸光造成的能量損失非常重�。為提高偏光膜片的特�，除了控制聚乙烯醇的碘吸附狀�(tài)之外，還必須使碘錯體在光軸方向依序配�，如此才能夠提高PVA膜片整體的單軸配向�，進而達成碘離子配向性的提升�
反射型偏光膜�
背光模組產生的光線在背光模組側的偏光膜片，大約有一半的光線被吸收形成所謂的光損，如果將背光模組的所有光線轉換成直線偏光，就可以消除在偏光膜片的光損�
具體方法是在背光模組與吸收型偏光膜片之間，插入不會吸收的反射型偏光膜�，如此一來與穿透軸直交的光線會折返至背光模組側，在背光模組內部反射時能夠消除偏光使光線再度被利��
合併使用反射型偏光膜片提高輝度，已經成為不可欠缺的重要技�，根�(jù)實驗結果證實相同背光模組可以獲得1.5倍的輝度，反過來說相同的輝度只需�2/3的背光模組亮度即�，它對消耗電力的降低與使用壽命的延伸具有重大貢獻�
偏光膜片的表面處�
液晶顯示的對比被定義成黑暗環(huán)境對比與明亮�(huán)境對比兩種，一般對比是指黑暗環(huán)境的對比，此時偏光膜片的偏光度具有支配性。然而液晶電視等大型顯示�，通常是在有照明影的空間觀視，因此明亮�(huán)境的對比反而更受重��
降低外亂光造成的反射光，是明亮�(huán)境下高對比化上非常重要的一�(huán)，為控制外亂反射�，在偏光膜片進行可以使反射光擴散的反強光(Anti-Glare)處理，以及可以削減反射光的強度的反反射光(Anti-Rrflection)處理，成為非常有效的方式�
AG處理是將微粒子分散在樹脂�，利用微粒子的大小與覆膜制程控制表面凹凸形狀;AR處理是在偏光膜片的表面堆疊誘電體薄膜�
在此同時支援大畫面顯示器的發(fā)展，要求大面積的AG處理技�，因此業(yè)者開�(fā)兼具高生產性與低制作成本的低折射率高分子材料的覆膜技術，此外組合AR與AG處理技�，還可以大幅提高明亮�(huán)境的對比�
偏光膜片特性與�(huán)境溫度的依存
碘系偏光膜片和染料系偏光膜片的老化構造不�。也就是�，相對于在碘系偏光膜片中具有偏光特性的構造會被破�，但是染料系偏光膜片并不被破壞，而是產生紊亂的現(xiàn)象了。染料系偏光膜片在乾�/濕熱條件�，偏光度幾乎不會�(fā)生變�。但是，碘系偏光膜片雖然能可以承受攝�60�×90%的耐久性試�，但是當出現(xiàn)攝氏65�×93%的環(huán)境條件下，就無法保持其特�，更糟糕的是當出�(xiàn)攝氏85�×85%更為嚴酷的條件下，會在短時間便失去了偏光特��
另外，染料系偏光膜片在長時間的耐久性試驗中，一般作為偏光膜片保護層被使用的TAC，會�(fā)生薄膜被腐蝕的問題。目前的�(xiàn)狀是通過改變黏合劑等方法來改善這一個問��
碘系偏光膜片耐久性的改善
碘系偏光膜片和染料系偏光膜片的不同點在于，PVA上的是多碘分子還是二色性色�。碘系偏光膜目前有兩種技�，I3或I5的多碘分子被包在PVA螺旋結構上的構�，以及多條PVA鍵組合包圍在碘周圍的構�。此外，也一些日本業(yè)者提�，PVA和硼酸的架橋在溶液中變會成Monodiol Type，再乾燥后的狀�(tài)，則會形成Didiol Type。因此由于硼酸具有可逆反�，因此在不同的狀�(tài)�，酯架橋偏移會對偏光膜的耐久性產生影響�
關于碘系偏光膜片的高耐久化方�，目前業(yè)界正透過幾個方面來強化，包括了，保護層的改�，透過降低TAC水蒸氣的透過性，使PVA/多碘離子/硼酸�(fā)生膨潤等效果以改善絡化物的不安定�，在黏接膠劑方面，則是改善PVA系的黏接膠劑，并且延伸PVA結晶構造的強度(乾式延伸)，改善黏接膠劑處于高耐久條件�，會產生剝離/冒泡的現(xiàn)�，來抑制腐蝕的現(xiàn)象等��
染料系偏光膜片的高偏光化
就如前面所敍述�，染料系偏光膜片所具有的光學耐久�，與碘系偏光膜片有所不同，所以如果應用在汽車中的導航產品面板基本上是不會有太大的問題，不過對于染料系偏光膜片來說，如何提高偏光特�，符合汽車導航系�(tǒng)或汽車電視應用中，高品質畫面顯示要求，就成了染料系偏光膜片最為重要的問題。其中怎樣達到提高染料分子的配向�，來維持偏光特性這一問題最為重��
染料系偏光膜片的偏光特性的原理，是將染料分子進行特定方向排列，特定方向的遷移力矩擴大，因此在某一方向上的吸收就會�(fā)生異常。理想上來說，延伸方向上染料分子的配向方向一�，在此基礎上，最希望染料的遷移力矩能夠盡可能與染料分子方向一致。染料配向方向與遷移力矩并列的控�，是從Guest-host效應顯示的染料開�(fā)時就開始進行�，并且透過改變偶氮色素的置換基，來提升配向�。因此在使用二色性色素偏光膜片的開發(fā)過程�，需要關注幾點才能夠開發(fā)出高品質的偏光膜�，包括了，色素分子的設計及合�、色素配合的模擬、染色方法的改善�
整體來說，如果期望開�(fā)出高配向�，需要透過幾點的改善來獲得更好的偏光特性，例如像為了提高PVA的配向度，實行乾式延伸法或壓延伸�、延伸條�(延伸溫度�)的最適化、為了提高PVA分子鍵和染料的配向度，改變色素的構造，以及為了控制、維持染料吸附于PVA分子鍵上，對染色方法進行改善等等�
在高濃度硼酸溶液中發(fā)生的延伸，當延伸溫度較低時，由于分子鍵被切斷，偏光特性會急速下�。此�，相反在高溫延伸�，會�(fā)生分子鍵的flow�(xiàn)�，由于配向度沒有上升，因此偏光特性也不會有所提高。因此為了使其具有偏光特�，必須具有適�?shù)难由炀o張狀�(tài)。在色素分子設計�，重要的是要設計出使分子軸和遷移力矩盡可能地保持一致，并減少二色比較低的副生成��
位相差膜片克服視角問�
對液晶電視而言視角越大，越能感受臨場感的視聽效�。傳�(tǒng)525條電視的NTSC只有100�1080條高畫質電視的NTSC�300，次世代4000條超高畫質電視的NTSC預定1000，高精細大畫面顯示器在此視角內的影像顯示必須非常均勻，同時還要求廣視角化必須是克服視角造成的光學特性差，這意味著液晶特有的光學異方�(多重折射)與偏光膜片的視角特性，必須利用位相差膜片作光學補償�
制作位相差膜片時要求的技�，是同時從材料與制程控制分子配向，與自由控制三次元折射率橢圓�，此外位相差膜片還需要提高RGB對光線的補償強度，該技術包含控制材料造成的複折射波長依存性等精密光學補償技��
隨著液晶電視的問世市場不斷要求液晶顯示的廣視角化，然而實際上即使擁有TFT-液晶顯示廣視角化技�，仍然無法完全滿足液晶電視要求的�(guī)格，因此VA模式(VA: Vertically Aligned Mode)與IPS模式(In Panel Switching Mode)成為有力的補強技��
VA 模式使用非晶硅聚烯烴(Amorphous Polyolefine)當作雙軸膜片，經過覆膜后的負單軸性補償膜片已經在2002年商品化;以單層光學補償層作視角補�?shù)母材ぱa償膜�，則�2004 年實用化。而有關IPS模式的發(fā)展方面，同樣為滿足液晶電視要求的�(guī)格導入廣視角技�，IPS模式的視角主要依賴偏光膜片的視角，偏光膜片的廣視角化使用具備nx>nz>ny折射率關係的位相差膜片。然而偏光膜片的保護層使用的三醋酸纖維素(TAC: Triacetyl Cellulose)膜片具有位相�，因此當視角改變時會影響色彩移動，必需改用無位相差的保護層，目前無位相差的保護層已經實用化�
光學膜片的材料現(xiàn)�
隨著大型顯示器的大畫面化、高輝度化、高對比�，各式各樣光學性不�，亦即所謂的“MURA”極易�(fā)�，例如高對比液晶顯示器與低對比液晶顯示器比較�，黑色輝度差容易被視認成不均，因此要求高對比的大畫面液晶顯示的MURA對策非常重要�
�(fā)生MURA主要原因是光學膜片面內部位造成不均一所�，換言之偏光膜片的穿透率不均，位相差膜片的位相差值不�，光軸方向部位造成的偏差，表面處理時的凹凸形狀分布不均，反射率分布不均，都是產生MURA的潛在原因�
如果進一步調查MURA的發(fā)生原�，可以發(fā)�(xiàn)MURA甚至涉及膜片材料厚度的不�，材料的不均質�，制程的處理條件變動等細節(jié)問題，為抑制MURA的發(fā)�，必須改善制程技�、開�(fā)生產設備�
實際使用狀況初期被視認的MURA反而比較多，例如背光照明模組造成液晶面板溫升，透過機殼結構的改善可以防止面板內部發(fā)生溫度分布，即使�(fā)生溫度分�，透過材料設計同樣可以防止光學特性發(fā)生變化�
在此�(huán)境變化下光學膜片受到各構成材料的膨脹與收縮影響產生應�，光學膜片一旦承受應力，會發(fā)生位相差、偏離光學補償狀�(tài)，其結造成該部位被視認� MURA。減緩應力必須充分考慮各構成材料的彈性率、線膨脹係數(shù)、吸濕膨脹係�(shù)，有效對策例如即使發(fā)生應�，也能夠緩和應力的方法，或是設計不易�(fā)生光學特性變化的低光彈性係�(shù)�
提高光學膜片的特性成為提高液晶顯示的顯示效能必要條件，大型液晶顯示用光學膜片除了持續(xù)提高效能之外，面積擴大與無瑕疵化等材�、制�，同樣要求革命性的技術進化�
高耐久性材料讓技術立于不�
未來不斷更好地維持甚或是提高光學特�，需要確保能夠達到光學膜片耐久性的目標。因�，無論是有機偏光膜片還是無機偏光膜片，都應該強化材料的開�(fā)。以電視為主體的大型平面顯示器市�，還處在成長�(fā)展過展過程中，面臨顯示器大型�、高細致化的�(fā)展趨�，未來光學膜片勢必扮演更重要的角�。今后以偏光膜片為中心的光學膜片，除了光學特性設計之外還需進行材料、制程多方面的技術開�(fā)�
在乘著數(shù)位化浪潮�，液晶電視、PDP、背投電視機之間的競爭正日趨激烈。如果期望液晶顯示器能夠力于不敗地位的話，那么對于所使用的材�，就必須研發(fā)出讓壽命延長化的技術，來透過原材料的開發(fā)、生產方法的改善等方式開�(fā)出具有高耐久性的材料�