顯示器用光學薄膜的發展趨勢

刊登日期:2012/6/19
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偏光膜相關材料
偏光膜是液晶顯示器(Liquid Crystal Display; LCD)除了電池之外,最重要的零組件,決定通過光線亮暗、視角大小等。雖然LCD 模組及偏光膜的價格持續下降,如圖一及圖二所示,但偏光膜的性能仍在持續改進,而厚度、成本亦持續減小。
 
以材料開發而言,使用低成本的原物料是很重要的,幾個偏光膜的原材料是檢討的對象,例如三醋酸纖維素(TAC)膜,以往售價高且有環保疑慮(使用二氯甲烷),目前已開始有改採聚酯膜(PET)、環烯高分子(COP)、PMMA薄膜的研究;聚乙烯醇膜(PVA)目前還沒有替代的材料;光學感壓膠(PSA)則希望採用更低成本的物料;相位延遲膜則期待有創新性的製程提出。
 
圖三是三種偏光膜基材的亮、暗態比較, COP/PMMA 已具有TAC 相似的光學補償功能。但若由TAC 改為COP/PMMA 等薄膜,由於黏著的表面性質改變,相關PSA需要重新調整原先規格。


圖三、三種偏光膜基材的亮、暗態比較

在偏光膜減薄方面,圖五中理想的結構僅包含LCD Cell 、1~2 層相位補償膜及兩層PVA 等,期望移除沒有光學功能的其他薄膜或塗層(例如TAC 、PVA 水膠、PSA 等),但實際不可能做到,退而求其次, PSA 仍然需要, PVA 水膠可能可以PSA 代替, TAC 則可以部分移除或以其他低成本薄膜取代。如此各膜層厚度可降低達到TAC 或TAC 替代薄膜45 µm 、PSA 15µm 、相位補償膜(斜向延伸) 22 µm 、PVA < 20 µm ,偏光膜總厚度可達到約100µm,有機會以成卷的型態做成成品,並以卷對卷(Roll-to-Roll)的方式與LCD 貼合。


圖六、硼酸與PVA 的交聯反應

觸控面板相關材料技術
1. OGS (One Glass Solution)材料
由於將Touch Sensor 整合至Cover Lens(觸控面板上蓋), X 與Y 兩個垂直方向的ITO 導體須交錯排列,相關議題包含:黑框材料的材質、解析度、傾斜角、光學密度(Optical Density)等;ITO 電極微影蝕刻材料及製程技術;ITO 絕緣膜材料及製程技術。OGS 的元件結構為Glass/ 黑框/ITO/ 絕緣膜/ITO- Metal/ 絕緣膜。由於OGS 單片式觸控面板具有極薄的厚度,行動裝置製造業者莫不期望能儘快完成相關材料及技術開發,預計2012 年下半年會有廠商開始出貨。
 
2. 偏光膜與Touch Sensor 的整合
傳統的觸控面板與偏光膜是各自獨立的零組件,分開製作完成後再以OCA 膠(Optical Clear Adhesives)貼合。日本Zeon公司提出整合偏光膜及觸控面板的元件結構,以相位補償膜做為ITO 導電膜的基材,製作ITO/ Retardation Film/ ITO 雙面導電Touch Sensor ,再將PVA 置於Cover Lens與Touch Sensor 之間,達到薄化的目的,完成的元件結構為Cover Lens/ Polarizer/ ITO/Retardation Film/ ITO/ LCD 。如此,厚度與OGS 或In Cell 觸控面板幾乎一樣,具有相同的競爭力。唯一需要注意的是,所用的相位補償膜(Retardation Film)是經雙軸延伸的透明薄膜,耐熱性不容易超過120°C ,經過ITO 濺鍍製程,可能有變形或導電度不足等問題。 


圖八、Sony 公司研發的光學式In cell 觸控面板技術

6. 觸控面板用透明導電奈米銀線薄膜
由於ITO 中的銦有礦藏耗盡的疑慮,光電材料業者一直在找尋替代的透明導電材料技術, Cambrios 公司採用奈米銀線,以奈米銀線溶液塗佈製膜,在約1% 的奈米銀線覆蓋量下,有很好的導電度,如圖十七所示,在92% 的透光度下,導電度可達100 Ω/以下。Cambrios 透明導電奈米銀線薄膜的圖案製作方法,包含傳統的微影方法、網印阻劑、網印蝕刻劑(Etchant)或直接印刷等方法。
 
OLED 的抗反射技術-偏光膜及λ/4 膜(1/4 波長膜)
OLED 是自發光的光電元件,由於其陰極通常是高反射的金屬(例如鋁、銀等),所以來自外界的背景光會直接進入元件,並由陰極反射出來,如此顯示器的對比就會下降。為了解決此問題,需要在OLED 面板設計一個抗環境光的機制,通常的做法是……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文
 
作者:林顯光 / 工研院材化所 
★本文節錄自「工業材料雜誌306期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=10378


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