偏光片知识解析课件

1、第四章 液晶显示技术第二节 偏光片知识介绍产品应用 偏光片或称为偏光膜，其应用范围相当广，在LCD应用上可分为供应TN、STN及TFT用三种等级，主要应用在行动电话、数位相机、PDA、笔记型计算机、桌上型液晶显示器、及未来潜力无穷的TV市场等。除了用于LCD外，亦可用于太阳眼镜、摄影器材滤光镜、防眩护目镜、汽车车头防眩处理及光量调节器，其他尚有偏光显微镜与特殊医疗用眼镜等用途。 产品特性 偏光片是利用化工及光学技术，使偏光材料具有偏极散射光的特性，是一种只允许某方向的光线才能透过的光板，用于制作液晶板过程中，必须上下各用一片，且成交错方向置入，主要用途系在有电场与无电场时使光源产生位相差而呈现

2、明暗的状态，用以显示字幕或图案。 主要内容偏光片的作用偏光膜的起源偏光膜的制造方法偏光片的结构各层的材质和主要功能偏光片的主要性能指标偏光膜的种类 影响偏光片性能的主要参数LCD用偏光膜的发展LCD用偏光膜的品質特性表面處理偏光片的工廠自適應測試方法及判定標準偏光片的使用方法偏光片的貯存及搬運方法偏光片符号表示系统的介绍偏光片角度的定义和识别偏光片的供应商偏光膜起偏器-通常又称之为偏光膜(Polarizing Film)或偏光板(Polarizing Plate or Sheet)。英文上另外一个更通俗的称呼是Polarizing Filter。偏光片的作用偏光片的作用是使自然光变成线偏振光。

3、偏光片是一种由多层高分子材料复合而成的具有产生偏振光功能的光学薄膜。偏振片人工制造的一种具有选择性吸收作用的膜片材料：聚合乙烯醇膜，硫酸碘奎宁晶粒起偏原理：由于在制造过程中是将聚合乙烯醇膜处于拉伸状态下蒸镀一层硫酸碘奎宁晶粒，使晶粒沿膜的拉伸方向定向排列。这种膜片具有很强的二向色性，能选择性地吸收某一方向的光振动，使透射光成为线偏振光。一、偏振光与自然光1. 横波的偏振性光矢量的振动方向总与光的传播方向垂直，在垂直于光传播方向的平面内, 可有不同的振动方向。v0HE只有横波才有偏振现象相关知识2.线偏振光-光矢量只在某一固定的方向上振动。E播传方向振动面3.自然光 普通光源发出的光,在垂直于传

4、播方向的平面上,所有可能方向的光矢量E 的振幅都相等。二、起偏和检偏 起偏：使自然光（或非线偏振光）变成线偏振光的过程。检偏：检查入射光的偏振性的过程。双折射现象：一束光射入各向异性晶体后有两束折射光的现象。尼科耳棱镜。 在生物样品中，肌肉纤维、骨骼和牙齿等具有各向异性，淀粉粒、染色体和纺锤体等具有双折射性，因此被用于组织细胞的化学研究。尼科尔棱镜寻常光线(o光):遵守折射定律。对于晶体一切方向都具有相同的折射率，且在入射面内传播。非常光线(e光):不遵守折射定律。它的折射率随方向而变化，并且不一定在入射面内传播 。o光和e光都是线偏振光,且振动方向相互垂直。二向色性：某些晶体（电气石、硫酸金

5、鸡钠碱晶体等）对光振动有强烈的选择性吸收能力，这种性质称为二向色性。如电气石晶体对自然光的某一振动方向上的光振动几乎完全吸收，而垂直于该方向的光振动只稍微减弱后通过。旋光现象：线偏振光通过某些透明介质后，它的光振动方向将绕着光的传播方向旋转某一角度 的现象，称为旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器检偏器自然光线偏振光.偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器检偏器自然光线偏振光.偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器检偏器自然光线偏振光.偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器检偏器自然光线偏振光.偏光膜的起源 偏

6、光膜是由美国拍立得公司(Polaroid)创始人兰特(Edwin H. Land)于1938年所发明。六十年后的今天，虽然偏光膜在生产技巧和设备上有了许多的改进，但在制程的基本原理和使用的材料上仍和六十年前完全一样。因此，在说明偏光膜的制程原理之前，先简单的叙述一下兰特当时是在什么情况下得到灵感，相信这有助于全面了解偏光膜的制程。偏光膜的起源兰特于1926年在哈佛大学念书时看了一篇由英国的一位医生Dr. Herapath在1852年发表的论文，内容提到Dr. Herapath的一位学生Mr. Phelps曾不小心把碘掉入 the solutiondisulfate of quinine奎宁化合

7、物溶液 ，他发现立即就有许多小的绿色晶体产生，Dr. Herapath于是将这些晶体放在显微镜下观察，发现如下图所示：当两片晶体相重叠时，其光的透过度会随晶体相交的角度而改变，当它们是相互垂直时，光则被完全吸收(图1)；相互平行时，光可完全透过(图2)。偏光膜的起源图1：光被完全吸收图2：光可完全透过偏光膜的起源 这些碘化合物的晶体非常小，所以在实际应用上有了很大的限制，Dr. Herapath花了将近十年的时间来研究如何才能做出较大的偏光晶体，可是他并没有成功。因此，兰特认为这条路可能是不可行的，于是他采用了以下的方式：兰特把大颗粒晶体研磨(ball mill)成微小晶体，并使这些小晶体悬浮

8、在液体中。将一塑料片放入上述的悬浮液中，然后再放入磁场或电场中定向。将此塑料片从悬浮液中取出，偏光晶体就会附盖在塑料片的表面上。将此塑料片留在磁场或电场中，干燥后就成为偏光膜。偏光膜的起源兰特的方法是将许多小的偏光晶体，有规则的排列好，这就相当于一个大的偏光晶体。他应用上述的方法，在1928年成功的做出了最早问世的偏光膜、J片。这种方法的缺点是费时、成本高和模糊不透明。但兰特已经发现了制造偏光膜的几个重要因素：(1)碘 (2)高分子 (3)定向(Orientation)。经过不断的研究改进，兰特终于在1938年发明了到现在还在沿用的制造方法 。偏光膜的制造方法 时下最通用的偏光膜是兰特在193

9、8年所发明的片，其制法如下：首先把一张柔软富化学活性的透明塑料板(通常用PVA)浸渍在I2 / KI的水溶液中，几秒之内许多碘离子扩散渗入内层的PVA，微热后用人工或机械拉伸，直到数倍长度，PVA板变长同时也变得又窄又薄，PVA分子本来是任意角度无规则性分布的，受力拉伸后就逐渐一致地偏转于作用力的方向，附着在PVA上的碘离子也跟随着有方向性，形成了碘离子的长链。偏光膜的制造方法因为碘离子有很好的起偏性，它可以吸收平行于其排列方向的光束电场分量，只让垂直方向的光束电场分量通过，利用这样的原理就可制造偏光膜 。 偏光膜的构造 高分子膜在经过延伸之后，通常机械性质会降低，变得易碎裂。所以在偏光基体(

10、PVA)延伸完后，要在两侧贴上三醋酸纤维(TAC)所组成的透明基板，一方面可做保护，一方面则可防止膜的回缩。此外，在基板外层可再加一层离型膜及保护膜，以方便与液晶槽贴合(如图3 )。偏光膜的构造简图(图3)偏光片的基本结构(图4) 偏光片的外观(图5)各层的材质和主要功能偏光层：是由PVA（聚乙烯醇）薄膜经染色拉伸后制成，该层是偏光片的主要部分，也称偏光原膜。偏光层决定了偏光片的偏光性能、透过率，同时也是影响偏光片色调和光学耐久性的主要部分。各层的材质和主要功能偏光层的基本加工工艺按染色方法可分为染料系和碘系两大系列；按拉伸工艺可分为干法拉伸和湿法拉伸两大系列，改变其材料和加工工艺可实现对偏光

11、度、透过率、色调和光学耐久性的调整。各层的材质和主要功能偏光PVA膜的特性偏光膜PVA作为一种使用延伸方法制成的产品，具有以下一些独特的特性：光线选择性：选择通过偏振方向与延伸方向一致的光线通过；温度、湿度敏感性：吸潮或加温后，被拉伸的成线性的分子链将会自动还原回团状的分子链，失去光线选择性。脆弱性：很容易在外力的作用下失去光线选择性。 各层的材质和主要功能 TAC层：由PVA膜制成的偏光层易吸水、褪色而丧失偏光性能，因此需要在其两边用一层光学均匀性和透明性良好的TAC（三醋酸纤维素酯）膜来隔绝水分和空气，保护偏光层。采用具有紫外隔离（UV CUT）和防眩（Anti-Glare）功能的TAC膜

12、可制成防紫外型偏光片和防眩型偏光片。各层的材质和主要功能 粘着剂（adhesive）：可分为反射膜侧粘着剂和剥离膜侧粘着剂。反射膜侧粘着剂的作用：是将反射膜牢固地粘合在TAC膜上，其工艺要求不允许有再剥离性。剥离膜侧粘着剂是一层压敏胶，它决定了偏光片的粘着性能及贴片加工性能，其性能优劣是LCD偏光片使用者最为关心的问题之一。剥离膜（separate film）：为单侧涂布硅涂层的PET（对苯二甲酸乙二醇酯）膜，主要起保护压敏胶层的作用，同时其剥离力的大小对LCD贴片时的作业性有一定影响。 各层的材质和主要功能 保护膜（protective film）：为单侧涂布EVA层（乙烯醋酸乙烯共聚物）的

13、PE（聚乙烯）膜，具有低粘性，起保护TAC膜表面的作用。 偏光片的主要性能指标 1、吸光轴方向 应对吸光轴加以标记或说明。 偏光片的主要性能指标2、透过率（Transmittance） 偏光片的透过率指标可分为单体（single）、平行（Parallel）、直交（Crossed）三项。通常使用积分球式分光光度计依照JIS-Z-8701对其进行测定。其中，单体透过率指单片偏光片的透过率，平行透过率（H0）指两片吸光轴平行的偏光片叠加后的透过率，直交透过率（H90）指两片吸光轴直交的偏光片叠加后的透过率，在这三项指标中H0和H90影响LCD屏的亮度（H0）和对比度（H0/H90），对LCD制造商十

14、分重要，为了获得高亮度高对比度的良好显示效果，希望H0尽可能的高而H90尽可能的小。 偏光片的主要性能指标3、单体色相（ Hue）由a、b值来表示，通常使用积分球式分光光度计进行测定。a、b值为CIE（国际照明委员会）Lab表色系统中的色坐标值，一组a、b值所对应的大致颜色可从色坐标图中查得。 偏光片的主要性能指标4、 偏光度（Polarizing Co-Efficiency）偏光度（）是一个计算值，用来表示偏光片产生偏振光的综合效率，该公式可变换为H0/H90=（1+2）/（1-2），可以看出，值越趋近100%，则对比度（H0/H90）越高。 偏光片的主要性能指标5、剥离力偏光片的剥离力又分

15、为保护膜剥离力、剥离膜剥离力、对玻璃基板剥离力三项。三种剥离力的测定均使用拉力实验机参照JIS-C-2107标准进行测定，其中保护膜剥离力和剥离膜剥离力的测定是沿180方向剥离，而对玻璃基板则是沿90方向剥离。偏光片的主要性能指标对LCD制造商而言，偏光片对玻璃基板的剥离性能十分重要。如粘贴后短时间（46小时）内剥离困难或剥离后玻板上有残胶，则该偏光片返工性差，贴片不良会导致整块LCD屏报废。但如果剥离力很小，则易造成偏光片在玻璃基板上贴合后压敏胶耐久性和耐湿性能下降以及剥离膜表面凹陷等不良多发，从而影响偏光片的使用性能。 偏光片的主要性能指标6、耐久性 偏光片的耐久性测试是将偏光片剥去剥离膜

16、和保护膜后贴合在玻璃基板上，经加压脱泡后放入恒温恒湿箱中，观察其实验前后的变化。其中的发泡剥离指标主要是考核粘着剂的耐久性能，光学变化指标是考核PVA层的耐久性能。偏光片的耐久性要求应根据不同类型LCD产品的设计要求（使用环境）而定。 偏光膜的种类现今所使用偏光膜的种类：偏光膜的应用范围很广，不但能使用在LCD做为偏光材料，亦可用于太阳眼镜、防眩护目镜、摄影器材之滤光镜、汽车头灯防眩处理及光量调整器，其它尚有偏光显微镜与特殊医疗用眼镜。为了满足轻量化及使用容易的要求，所以偏光膜的选择以高分子二色性型为主，这种类型起偏材料的种类有四种：起偏材料的种类(1) 金属偏光膜将金、银、铁等金属盐吸附在高

17、分子薄膜上，再加以还原，使棒状金属有起偏的能力，现在已不使用这种方法生产。(2) 碘系偏光膜PVA与碘分子所组成，为现今生产偏光膜最主要的方法。(3) 染料系偏光膜将具有二色性的有机染料吸着在PVA上，并加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。(4) 聚乙烯偏光膜用酸为触媒，将PVA脱水，使PVA分子中含一定量乙烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。偏光片的类型碘系：易获得高偏振度、高透过率的偏光特性，但碘的分子结构在高温高湿的条件下容易被破坏，所以耐久性差。染料系：耐久性好，但难于获得高偏振度、高透过率的偏光特性。偏光片的分类：按温度分为：普通型偏光片、宽温型偏光片；按透过率分为：普通透射片

18、、高透射片；按底色分为：灰白类偏光片、彩色偏光片；按复合不同功能的光学膜分为：全透射片、半透射半反射片、全反射片、光学补偿片、视角控制片。LCD用偏光膜的发展(1) 碘系偏光膜 PVA及碘所构成的偏光膜长久以来都在LCD的市场上占有相当大的比例。现今材料与延伸技术不断改良下偏光度及透过率都相当接近理论值(偏光度100%；透过率50%)。LCD用偏光膜的发展(2) 耐久性偏光膜 使用染料配方让偏光膜具有耐高温高湿、耐光等特性，大多使用在车、船舶或飞机用的LCD上。但偏光率不及碘系且价格昂贵是其缺点。现今发展是藉由PVA的延伸配向及开发在可见光区有均匀吸收的高偏旋光性能染料分子，其偏旋光性能已可与

19、碘系偏光膜相当，唯价格方面仍比碘系偏光膜高。LCD用偏光膜的发展(3) 光学补偿膜 随着LCD产品技术愈来愈进步，故针对偏光膜之着色、视角、漏光等等要求相对提高，因此需要各种光学补偿膜去做补偿。例如(STN-LCD)因液晶分子之扭转超过90度造成使用直线偏光之偏光膜会有着色现象出现，其解决方法为加上一片位相差膜。 补偿膜的介绍补偿膜的作用：补偿相位差，实现黑白显示。 LCD用偏光膜的质量特性1.由于偏光膜的素材为PVA及TAC，所以其上不可有异物及未溶的树脂。2.在偏光膜的贴合过程中，不可在涂胶、贴合及加工时有任何异物混入。3.保护膜或离型膜等材料不可有任何缺陷。4.在成品的表面及切断面，或包

20、装袋上不可有任何异物附着混入。若无法满足上述条件，则无法做出高解析、大尺寸、高精细化的偏光膜。LCD用偏光膜的质量特性由于LCD的显示非发光型，为了达到显示器明亮、易辨识的要求，偏光膜就必须具有清晰、高透过及高偏光性。近来LCD的使用愈来愈广泛，如民生、军事、高科技等。因应LCD的多样化及耐用性的提升，必须加强偏光膜的耐久性及耐旋光性。LCD用偏光膜的质量特性另外、在外观特性上，配合LCD画素的提高，偏光膜的表面必须是平滑且高精细化；若是在高温高湿的环境之下长时间使用，也必须维持偏光性能，且所用的黏着剂其安定性也是要求的要点之一。通常在偏光膜的制造过程中，都是在无尘室进行。表面处理表面加工处理

21、可增加偏光膜的光学及机械性能。现今为了满足LCD多样化的要求，具有复合功能的偏光膜已在市场上销售。(1). 抗反射(AR)处理 当光经过偏光膜的表面时，会有5%左右的反射损失，由于光度的损失及反射光将造成LCD辨识度的降低。改善的方法是在偏光膜的表面蒸镀上一层金属膜，利用光的干涉原理来降低反射值，将反射率降至1%以下。 表面处理(2) 抗眩(AG)处理 为了避免光线被过度集中，将偏光膜的表面加工做成凹凸状，将光线均匀地分散，可达到防眩的效果。 有经AG处理，其表面可达铅笔3H硬度较耐刮，另硬度高可适用于大尺寸产品(大于12.1”)，主要是因LCD之背光源强的关系。另外随着LCD之分辨率要求增加

22、如UXGA级(1600 x 1200)对AG要求更细致化处理，目前偏光板制造商亦开始注意到此方面，相信最近会有对应产品供市场评估。 偏光片的工厂自适应测试方法及判定标准：尺寸:A、测试方法：用直尺、千分尺或卡尺测量待测偏光片原片的长度、宽度、厚度。B、判定标准：测量结果在供应商所提供的参数范围之内为合格。偏光片的工厂自适应测试方法及判定标准：光电性能:A、测试方法：把偏光片贴在产品上与贴有现用同类偏光片的同一型号产品一起测试比对其光电性能。B、判定标准：测试样品透过率与生产产品透过率相当；测试样品对比度大于生产产品对比度；测试样品底色与要求底色一致。偏光片的工厂自适应测试方法及判定标准：可靠性

23、:A、测试方法：把待测偏光片贴在玻璃上与贴有同类偏光片的产品一起测试比对其可靠性性能。B、判定标准：经可靠性试验后光学及电学性能与可靠性测试结果与同类偏光片结果相当，并在测试产品型号要求范围之内。偏光片的工厂自适应测试方法及判定标准：粘贴、剥离性能：A、测试方法：把待测偏光片贴在玻璃上，重复贴覆、剥离多次。B、判定标准：可以重复贴覆、剥离三次以上，剥离三次后玻璃上没有残胶，贴覆后结合稳固，按生产所设定参数消泡完全，通过高温高湿试验。偏光片的使用方法：轻拿轻放，不能用硬物在表面上推划。取放时不能折叠。对等级片和边角料片在投入生产前要进行分色筛选。贴片时，一定要让LCD表面上残留的清洁液完全挥发干

24、净后，才能贴上偏光片。超宽温偏光片分切时一定要胶水面朝下放置。偏光片的贮存及搬运方法：偏光片的贮存方法：偏光片应贮存在室温条件下，湿度在75%以下遮光保存；贮放时要求平放；供应商完整包装偏光片按供应商标识的堆放高度和堆放位置堆放；快递包装的偏光片、散装堆偏光片，堆放时每300张需单独隔离支撑堆放。偏光片的贮存及搬运方法：偏光片的搬运方法：偏光片搬运时要放置在搬运物最上层，高度不能超过堆放高度，并且要轻拿轻放，不能竖放，不能碰压。偏光片角度的定义和识别偏光片角度的定义和识别零度边的定义：不管LCD视角为几点 钟都以6点钟所在对应的边为零度边。 偏光片角度定义：偏光片的吸收轴和LCD的零度边的夹角

25、 。（顺时针为负，逆时针为正；上偏光片粘面向下，下偏光片粘面向上 ）偏光片的供应商日本：日东（NITTO） 三立子（SANRITZ） 住友（SUMITOMO） 宝来（POLATECHNO）韩国：ACE国内：东莞福地、温州侨业偏光片符号表示系统的介绍材料类型厚度透过率防UV性能其它性能偏光片符号表示系统NITTO（日东）偏光片 符号表示系统ACE DIGITECH（韩国） 偏光片符号表示系统SANRITZ符号表示系统SUMITOMO符号表示系统NITTO（日东）偏光片符号表示系统 NPF- F 1 2 2 5 DU AG20 : F-普通型；FW-普通偏白型； G-高偏振度型； EG、HEG-高

26、透过率、高偏振度型； EGW-EG偏白型 SEG-超高透过率、高偏振度型；T-薄型：1-有粘胶透射片； 3-有粘胶反射片； 4-有粘胶半透片； 5-无粘胶透射片； 6-无粘胶反射片色相：0-烟灰色； 2-中灰色（平行）； 4-中灰色（直交）偏光厚度：0-120m； 2-240m；4-400m； 6-100m单体透过率：3-33%；9-39%；0-42%；5-45%；8-48%；4-43%颜色：V-紫色；T-蓝紫色：DU-防紫外光：M-白底反射片； S-银底反射片； P1-低透高反半透片； P2-高透低反半透片； P3-高透高反半透片； P5-高反细颗粒半透片； PG-高亮度、滑底半透片 AG2

27、0-高磨砂； AG25-中磨砂； AG30-低磨砂 ACE DIGITECH（韩国）偏光片符号表示系统 A S 1 - 3 0 5 ST 21A ：A-APOLIGHT(商标名)类型：G-普通型； S-特殊型； V-紫色染料型； H-高透过率、 高偏振度 D-灰色染料型 色相：1-中灰色（带蓝色）； 2-蓝灰色； 3-中灰色（带黄色）； N-中灰色（带红色）厚度：1-120m； 3-180m； 5-400m防UV光性能： 0-不防UV； 1- 一面防UV； 2-两面防UV透过率：3-33%； 4-38%； 5-43%； 6-48%；其他由数字表示 TP-粘性透射片 NT-非粘性透射片 RP-粘

28、性反射片 NR-非粘性反射片 MP-无指向性粘性反射片 NM-无指向性非粘性反射片 AG-粘性磨砂透射片 NA-非粘性磨砂透射片 ST、SG-粘性半透片 NS-非粘性半透片 RT-带补偿膜 RG-带磨砂补偿膜特殊性能：磨砂性能：AG20、AG25、 AG30 半透透过率： ST12A-12% ； ST18A-18%； ST21A-21% SG04-4% ； SG07-7%SANRITZ符号表示系统LL C2 - 92 18 AGH S F 染料类型：LL-碘型 ；HL-超高对比度（碘型）；UL-超超高对比度（碘型）；H-染料型 ；SC、KC、U、C-染料型（带彩色）。防UV性能： C1- 一面防UV ； C2-两面防UV色相、单体透过率：11-38%（蓝灰）；12-43%（蓝灰）；22-43%（中灰）41-41%（中灰）；46-46%（中灰）；55-44.5%（中灰,超高对比度）；56-45.5%（中灰,超高对比度）； 60-38%（中灰,高对比度染料型）61-40% （