前言：液晶顯示技術1973年問世之后歷經30年的進化，目前超過40寸以上全彩HD液晶電視不但已經商品化，它的影像畫質、電氣、光學特性更凌駕傳統37寸CRT電視。隨著數位電視的開播、次世代DVD錄放影機、寬頻無線網路等數位週邊技術的推廣，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。

　　以目前來看，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烈。從現狀看來，液晶顯示稍占優勢。然而，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升。而且等離子顯示更利用優質的色彩能力來平衡因為價格所帶來的弱勢條件，例如，在動態影像表現方面，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、明亮環境下的辨視性、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求

　　在2005年之后，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來，就必須持續地提升零件和材料的功能性，以及降低生產成本。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、輝度提升膜片，以及AG、AR等表面處理層等各種光學膜片。

　　2003 年大尺寸液晶電視正式跨入消費市場之后，立即成為次世代數位電子產品的所注目的焦點，同時還扮演影響全球市場興衰的重要角色。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，但是液晶顯示技術仍舊保有一定程度的優越性，并且為了在競爭中存活下來，提升液晶顯示材料的功能性，與降低成本將成為一件很重要的事情。

　　從基本原理來看，依照液晶扭轉的動作區別的話，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種模式技術，來決定液晶面板的視角、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段。

　　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勢(advantage)。目前大尺寸顯示器顯示效能較積極被提升的領域包括了，反應速度、輝度、對比、視角、色再現性，以及顯示均勻性等等，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。

　　偏光膜片呈現不同的特性

　　液晶電視非常重視色再現性，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現性越好，提高色純度意味著必須控制顯示色以外的畫素漏光問題，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態，同時調整穿透第二片偏光膜片的光量。偏光膜片是以PVA為中心使碘附著，接著再透過延伸產生雙色性吸收功能，不論偏光膜片平行或是直交，為達成中性(neutral)色相必須控制聚合碘離子種的產生，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種，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片。目前，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膜，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片。不過，在光學特性方面碘系偏光膜片卻略勝一籌，在能夠使用的環境條件上，碘系偏光膜片可承受的環境為攝氏90度，攝氏60度×90%RH;而染料偏光膜片能夠承受的使用環境則是攝氏105度，攝氏80度×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片;車用電視、GPS等需要在較嚴苛使用環境下的車用顯示，則使用高耐久性的染料系偏光膜片。

　　目前，液晶用偏光膜片屬于吸收型，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、配向。然而經過染色、延伸的偏光膜片機械性非常脆弱，兩側必須以三醋酸硝化纖維素(TAC: Triacetyl Cellulose)作為保護。

　　液晶顯示的黑色、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要。為提高偏光膜片的特性，除了控制聚乙烯醇的碘吸附狀態之外，還必須使碘錯體在光軸方向依序配向，如此才能夠提高PVA膜片整體的單軸配向性，進而達成碘離子配向性的提升。

　　反射型偏光膜片

　　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片，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用。

　　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術，根據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要2/3的背光模組亮度即可，它對消耗電力的降低與使用壽命的延伸具有重大貢獻。

　　偏光膜片的表面處理

　　液晶顯示的對比被定義成黑暗環境對比與明亮環境對比兩種，一般對比是指黑暗環境的對比，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器，通常是在有照明影的空間觀視，因此明亮環境的對比反而更受重視。

　　降低外亂光造成的反射光，是明亮環境下高對比化上非常重要的一環，為控制外亂反射光，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內，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展，要求大面積的AG處理技術，因此業者開發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處理技術，還可以大幅提高明亮環境的對比。

　　偏光膜片特性與環境溫度的依存

　　碘系偏光膜片和染料系偏光膜片的老化構造不同。也就是說，相對于在碘系偏光膜片中具有偏光特性的構造會被破壞，但是染料系偏光膜片并不被破壞，而是產生紊亂的現象了。染料系偏光膜片在乾熱/濕熱條件下，偏光度幾乎不會發生變化。但是，碘系偏光膜片雖然能可以承受攝氏60度×90%的耐久性試驗，但是當出現攝氏65度×93%的環境條件下，就無法保持其特性，更糟糕的是當出現攝氏85度×85%更為嚴酷的條件下，會在短時間便失去了偏光特性。

　　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，會發生薄膜被腐蝕的問題。目前的現狀是通過改變黏合劑等方法來改善這一個問題。

　　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素。碘系偏光膜目前有兩種技術，I3或I5的多碘分子被包在PVA螺旋結構上的構造，以及多條PVA鍵組合包圍在碘周圍的構造。此外，也一些日本業者提出，PVA和硼酸的架橋在溶液中變會成Monodiol Type，再乾燥后的狀態，則會形成Didiol Type。因此由于硼酸具有可逆反應，因此在不同的狀態下，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面，目前業界正透過幾個方面來強化，包括了，保護層的改善，透過降低TAC水蒸氣的透過性，使PVA/多碘離子/硼酸發生膨潤等效果以改善絡化物的不安定性，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下，會產生剝離/冒泡的現象，來抑制腐蝕的現象等等。

　　染料系偏光膜片的高偏光化

　　就如前面所敍述的，染料系偏光膜片所具有的光學耐久性，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，如何提高偏光特性，符合汽車導航系統或汽車電視應用中，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性，來維持偏光特性這一問題最為重要。

　　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發生異常。理想上來說，延伸方向上染料分子的配向方向一致，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制，是從Guest-host效應顯示的染料開發時就開始進行的，并且透過改變偶氮色素的置換基，來提升配向性。因此在使用二色性色素偏光膜片的開發過程中，需要關注幾點才能夠開發出高品質的偏光膜片，包括了，色素分子的設計及合成、色素配合的模擬、染色方法的改善。

　　整體來說，如果期望開發出高配向性，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法、延伸條件(延伸溫度等)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，偏光特性會急速下降。此外，相反在高溫延伸中，會發生分子鍵的flow現象，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性，必須具有適當的延伸緊張狀態。在色素分子設計上，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物。

　　位相差膜片克服視角問題

　　對液晶電視而言視角越大，越能感受臨場感的視聽效果。傳統525條電視的NTSC只有100，1080條高畫質電視的NTSC為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性(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術，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體，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術。

　　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術，仍然無法完全滿足液晶電視要求的規格，因此VA模式(VA: Vertically Aligned Mode)與IPS模式(In Panel Switching Mode)成為有力的補強技術。

　　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償的覆膜補償膜片，則在2004 年實用化。而有關IPS模式的發展方面，同樣為滿足液晶電視要求的規格導入廣視角技術，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)膜片具有位相差，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。

　　光學膜片的材料現況

　　隨著大型顯示器的大畫面化、高輝度化、高對比化，各式各樣光學性不均，亦即所謂的“MURA”極易發生，例如高對比液晶顯示器與低對比液晶顯示器比較時，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。

　　發生MURA主要原因是光學膜片面內部位造成不均一所致，換言之偏光膜片的穿透率不均，位相差膜片的位相差值不均，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的發生原因，可以發現MURA甚至涉及膜片材料厚度的不均，材料的不均質性，制程的處理條件變動等細節問題，為抑制MURA的發生，必須改善制程技術、開發生產設備。

　　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生溫度分布，即使發生溫度分布，透過材料設計同樣可以防止光學特性發生變化。

　　在此環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力，光學膜片一旦承受應力，會發生位相差、偏離光學補償狀態，其結造成該部位被視認成 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、吸濕膨脹係數，有效對策例如即使發生應力，也能夠緩和應力的方法，或是設計不易發生光學特性變化的低光彈性係數。

　　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提高效能之外，面積擴大與無瑕疵化等材料、制程，同樣要求革命性的技術進化。

　　高耐久性材料讓技術立于不敗

　　未來不斷更好地維持甚或是提高光學特性，需要確保能夠達到光學膜片耐久性的目標。因此，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發。以電視為主體的大型平面顯示器市場，還處在成長發展過展過程中，面臨顯示器大型化、高細致化的發展趨勢，未來光學膜片勢必扮演更重要的角色。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發。

　　在乘著數位化浪潮上，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料，就必須研發出讓壽命延長化的技術，來透過原材料的開發、生產方法的改善等方式開發出具有高耐久性的材料。