OLED用偏光片的研究進展

OLED也稱為有機發光二極管，其和目前市場主流的LCD顯示技術*大的區別就是通過有機材料自發光控制顯示的信息。OLED具有全固態、主動發光、超高對比、超薄、低功耗、無視角限制、易于實現柔性顯示和3D顯示等諸多特點，將成為未來20年*具“錢景”的顯示技術。本文簡述了OLED用偏光片材料的進展，對面板生產中的關鍵材料偏光片的效用，以及隨著OLED研發技術及應用的發展，對偏光片的需求趨勢做了討論。

OLED用偏光片的發展歷程

目前，市場上偏光片生產使用量*大的原材料是TAC膜，而為了達到特定的光學效果，綜合成本等因素，市場已經使用PET、COP、PMMA等材料去取代一部分TAC材料。在OLED使用的產品中，對于其核心的PVA部分，日東在iPhone中已開始使用PVA涂布的方式來實現5微米的偏光子。

目前OLED的發光材料壽命*短的是藍光部分，日本的Masaya Adachi等提出了BECP的概念，通過在圓偏光片內層增加一層膽固醇液晶以實現OLED藍光部分的透出效率提升近50%，而整體的OLED耗能可以降低17%。

2012年，Norio Koma等研究人員提出：在偏光片的外層增加光致變色可用來提升產品在室外陽光下顯示的對比度。

OLED面板中的有機功能層和電極對空氣中的氧氣和水很敏感，接觸后容易使得OLED面板遭到腐蝕而降低壽命。2014年，和輝光電申請的一份關于“用于柔性OLED屏幕的偏光片**”里面提到：為了進一步降低偏光片的反射光，及提升對水汽和氧氣的阻隔能

2014年，臺灣工研院的彭梅織等人聯合發表了關于AMOLED用的補償膜技術的研究成果，其中提到了目前業界有兩種工藝生產的補償膜，一種是延伸工藝，另一種是液晶涂布的方式。目前延伸工藝大多是窄波長范圍的補償，要實現寬波長范圍的補償則需要通過多層膜堆疊來實現。而液晶涂布產品的光學特性易于調整，且可以實現更薄的補償方式，業界巨頭日東電工、富士和DNP都已投入開發。

2016年8月，臺灣工研院在觸控面板暨光學膜制程、設備、材料展覽會上發布了采用全涂布方式制造的圓偏光片，總厚度只有30微米，更耐高達100℃的制程，通過了3毫米曲率10萬次撓曲測試，可率先應用在可撓曲OLED產品中。

2016年12月7日至9日在日本福岡開幕的IDW顯示大器國際會議上，AUO展示了雙向可折疊AMOLED顯示屏，內部和外部顯示器均可彎曲180度。

OLED用偏光片原理

OLED偏光片的基本結構分為偏光部分（偏光片）和1/4λ功能性補償部分（1/4λ波片）。偏光片*理想的狀態需要偏光度＞99.9%，透過率達到45%以上，而1/4λ補償部分要求可見光區全波長進行補償。

目前，業界常規達到理想狀況的高偏高透的偏光片的光學參數是偏光度＞99.9%，而透過率在43%左右。近期OLED的發光壽命問題已經得到了改善，從過去的5000小時達到了50000小時，但是從OLED的節能角度來看還是需要更高的透過率，考慮到OLED的發光效率和壽命的平衡問題，透過率在基本滿足一體黑的情況下需要盡可能的提高，目前業內已有對偏光度做出調整以實現更高透過率的成功先例。

OLED用偏光片的功能要求

OLED用偏光片的功能要求分三個方面：可彎曲要求：為配合OLED面板的可繞曲性能，OLED用的圓偏光片需要足夠薄，而且具有一定的可彎折性能。業界目前對可彎曲部分的需求基本是需要達到60-70微米之間，在彎折性能方面需要能夠在2毫米曲率條件下完成10萬次測試。可靠性要求：OLED顯示面板的應用目前已經涵蓋了從消費類產品到工控車載類產品，LG和汽車廠商合作把OLED面板導入到汽車產品中。由于偏光片是處于*外層部分，所以對于其耐高溫和耐溫濕性能都要求達到車載產品的標準，如滿足高溫95℃×500 hrs，溫濕65℃×93%×500 hrs等條件。產品在經過此類嚴苛測試后，需要保證其光學變化少于3%，而且不可出現氣泡、分層或者剝離現象。防刮性能要求：考慮到用戶直接接觸到偏光片的表面，若沒有硬化處理，表面容易出現劃痕而影響屏幕顯示，故表面需要有硬化處理，同時要達到一定的耐摩擦要求。

OLED用偏光片的效用

OLED顯示面板本身是自發光的顯示模式，但是當外界光源照射到OLED的金屬電極上反射回來，就會在OLED的顯示屏表面造成反射光干擾，降低對比度。因此，在OLED的結構設計（如圖１）中，會在外層放有一層帶1/4λ波片的偏光片來阻隔外界光的反射，以確保屏幕保持較高的對比度。

圖1  OLED用偏光片結構及工作原理

早期的PMOLED產品只有單色、雙色等，對于偏光片的要求只是單純降低外界反射光，并沒有對其提出需達到整體黑態的要求。當時使用的偏光片只需要一般Polarizer搭配1/4λ波片就可以滿足需求。而到了現在AMOLED的階段，產品已經是全彩色，而且對比度達到了10000:1以上，這就要求偏光片能夠實現**隔斷外界可見光譜，從而達到一體黑的效果。從圖２可以看出搭配偏光片前后的OLED呈現出的暗態效果的差別。

圖2  OLED面板黑態效果圖：①一體黑效果；②普通片1/4λ偏光片抗反射的效果；③無偏光片的效果

另一方面，為取得更佳的一體黑效果，全可見光譜反射率需要足夠低、且不會有特別的色光顯示出來，在使用足夠偏光度的偏光片的同時需要搭配理想的全可見光譜的1/4λ材料。按照業界早期對不同材料的位相差光譜的分析，大部分材料都是正波長分布。圖３為一般單一光軸材料位相差分布情況，其中APO材料的分布*為理想，而進一步通過1/4λ和1/2λ的A-PO材料的疊加可以得到更接近理想狀態的1/4λ材料---也就是逆波長分布。

圖3  一般單一光軸材料位相差分布圖

圖４為多層A-PO材料疊加位相差分布圖。本文用PC、COP和液晶這三種目前*常用的補償材料搭配偏光片做了一個實際對比測試。理論上來說反射率越低，一體黑的效果越好。從數據對比結果來看，COP補償膜一體黑效果*好。而從實際效果來看，也是COP補償膜的一體黑效果*好。

圖4  多層A-PO材料疊加位相差分布圖

圖5  不同材料反射率對比圖

圖6  實際效果圖

但如果結合透過率來考慮（使用相同的偏光片，透過率是45.2%），貼合液晶補償膜、PC補償膜和COP補償膜后，得到圖７為不同補償材料反射率Rt和透過率Tt對比圖，可以看出：液晶補償膜對貼合后的整體透過率基本沒有影響，而PC補償膜和COP補償膜對貼合后的整體透過率均有影響。隨著OLED向薄型化和柔性化發展，厚度只有2～10微米的液晶補償膜將會成為其*大的優勢。

圖7  不同材料反射率Ｒt和透過率Ｔt對比圖

所以，綜合以上評價，液晶補償膜將會成為OLED偏光片未來的主要發展方向。OLED顯示設備正快速的向曲面和柔性方向發展。為滿足曲面和柔性的要求，與其搭配的OLED用偏光片也會向薄型化和柔性化方向發展。

OLED用偏光片市場預測

市場研究機構UBI Research表示，2017年**季度AMOLED收入達43.1億美元，較去年同期增長15%。數量方面，一季度AMOLED面板出貨9910萬片，同比增長9%。由此可以看出，面板單價有所上漲，這或許是因為絕大部分的增長是來自**柔性AMOLED顯示屏和大尺寸OLED電視面板。UBI預計，未來幾個季度內，將有超1億片AMOLED面板出貨，OLED電視面板將超30萬片。AMOLED市場將以33%的復合年增長率增長，到2020年將達593億美元，見圖８。

圖8  市場預測

未來幾年內柔性曲面顯示設備市場預計將強勢增長。據行業研究機構Touch Display的市場分析師預測，2023年柔性和曲面顯示器將占據全球設備市場16%的份額。

結束語

現在的OLED屏幕的光學性能在不斷提升，能夠在實現平衡透光效果的同時實現一體黑的效果，這就要求偏光片的光學性能發揮到**。一方面為滿足AMOLED實現更高的光學性能，兼顧一體黑效果和產品的透光率，另一方面為了適應未來柔性顯示化的需求，業界在不斷的研發改進，通過使用新方式、新材料來進一步降低偏光片的厚度。從*早的TAC基材到COP，PMMA，PVA的采用，延伸方式也從無載體的濕式延伸到日東發布的在載體上延伸，一切都是為了達到更薄化的效果。同時，補償膜已經進一步從PC，COP，到LC逐步變化，以實現在一體黑化的同時整體厚度進一步降