偏光片原理及技术(之一)ppt课件

1、偏光片原理及技术,深圳市深纺乐凯光电子材料有限公司 2009.09.01,1,目 录,一、偏振光简介 二、偏光片生产技术浅析 三、偏光片产业现状概述,2,一、偏振光,1、光的理解 2、自然光 3、光的偏振状态 4、偏振光的定义 5、偏振光的产生,3,光的理解,人类对光的了解依序可分成以下四个重要阶段： 1.十七世纪中，牛顿的混色原理。 2.十九世纪初，杨氏(Thomas Young)的光的波动理论。 3.1873年，马克斯威尔的电磁波理论。 4.二十世纪初，爱因斯坦利用量子学解释了光同时具有波动及粒子两种特性。,4,自然光,普通光源发光： 在垂直传播方向的平面内 各个方向的光振动全有 各个振动

2、方向的强度相等,5,光的偏振状态,光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性 线偏振光 也叫面偏振光 偏振光 完全偏振光 线偏振光的图示,在纸面内振动,垂直纸面的振动,6,偏振光的定义,电磁波理论 电场(E)、磁场(H)与电磁波进行的方向(k),7,当光的电场向量E的分布不均时就称之为偏极化(Polarization)这样的光就称为偏极光（偏振光）,1、偏极光的理论是用波动学来解释的 2、在此光仅理解为电磁波 3、只考虑其电场向量E,8,非偏振光、部分偏振光和线性偏振光（当E只在一个方向

3、振动）,9,偏振光的产生,一般而言，制造偏振光的方法是由以下三个步骤：1.制造普通非偏振光。2.分解此非偏振光为两个相互垂直的线性偏振光。3.舍弃一条偏振光，应用另一条偏振光。,10,制造偏振光的例子,使自然光通过一系列玻璃片重叠在一起的玻璃堆，并使入射角为起偏角，则透射光近似地为线偏振光。,11,二、偏光片生产技术浅析,12,偏光片的定义,是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件，叫做偏光片。这个特定的方向叫做偏光片

4、的偏振化方向，用“ ”表示。 特别说明：本文所述的偏光片是由高分子材料加工而成。,13,腰横别扁担进不了城门,偏光片的理解,通光方向,形象说明偏光片的原理,14,形象说明偏光片的作用,15,再看一个实验,1、当偏光片光轴平行时，光通过最大； 2、当偏光片光轴垂直时，光通过最小； 3、当偏光片光轴夹角介于0-90之间，光通过也介于最大与最小之间。,16,看一个实例,玻璃门反光很强,带上偏光眼镜后,带上偏光眼镜，并调整好观察角度,17,偏光片的应用,18,偏光片的起源,美国拍立得公司(Polaroid)创始人兰特(Edwin H. Land)于1938年所发明。 灵感来源于碘掉入磺酸奎宁溶液中形成

5、的绿色小晶体，具有特异的光学性能。,19,最早在实验室里诞生的偏光片（1928年）,兰特把碘的大颗粒晶体研磨(ball mill)成微小晶体，并使这些小晶体悬浮在液体中； 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，碘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； 缺点：费时、成本高和模糊不透明，没有商业价值。,20,生产偏光片的关键因素,1、碘 2、高分子膜 3、取向（Orientation）,21,第一个偏光片专利的诞生（美国，发明者：兰特）,1、 US patent 2,445,581 (1943) 2、一张柔软

6、富化学活性的透明塑料板(通常用PVA) 3、 I2 / KI的水溶液作为浸渍液 4、取向 5、 I2的固定 6、干燥,22,偏光片的种类,(1) 金属偏光膜 ：将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上，再加以还原，使棒状金属有起偏的能力，没有产业化。 (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。信赖性最高可满足60/90%RH500h；80 500h的要求。 (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，使之具有偏光性能。信赖性最高可满足90/95%RH500h；105 500h的要求。 (4) 聚乙烯偏光膜：用酸为触媒，将PVA脱水，

7、使PVA分子中含一定量乙烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏光性能。,23,TN、STN、TFT偏光片,这是按照LCD显示方式而分类的 TN(Twisted Nematic):扭曲向列显示类型 STN(Supper Twisted Nematic):超扭曲向列显示类型 TFT(Thin Film Transistor):薄膜晶体管显示类型,24,偏光片的工作原理,TN 型,25,扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD）（1971年1984年）,26,TN-LCD的特点,1、最常见的一种液晶显示器件 2、结构简单，易于制造 3、耗电量极低 4、 1971年由瑞士人发明,生产技术在日本迅速发展成熟，在1

8、9791984年间，其产量年均增长38%,成本年递减18%，销售额年增长12%，在显示器件领域的地位仅次于CRT 5、 TN-LCD的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数（16线以下）驱动的简单字符显示 6、电光响应前沿不够陡峭，反应速度慢，阈值效应不明显 7、不能实现大容量显示、彩色显示和动态显示,27,TN-LCD响应速度,28,STN型LCD显示器结构图(19851990),29,STN-LCD的发展及特点,1、 80年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到180270时，就可大大提高电光特性的响应速度 2、随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到270时，

9、斜率达到无穷大 3、曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角 4、 1985年1990年,LCD销售额年均增长率达32%。此阶段发展最快的是STN-LCD,它从发明到批量生产仅用了五年时间 5、由于STN-LCD具有扫描线多、视角较宽、对比度好等特点 ,很快在大信息容量显示的膝上型、笔记本型、掌上型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译机及其它办公和通信设备（手机）中获得广泛应用,并成为该时代的主流产品 6、 1990年销售额15亿美元,占整个LCD市场的83%,30,STN-LCD液晶分子的倾斜角与约化电压的关系,31,TFT-LCD显示器示意图,32,TFT LCD面

10、板都是由一些零部件包括玻璃基板，液晶，塑料框架和光学薄膜而组成的。光学薄膜在TFT LCD模块中发挥着重要的作用，比如协助控制，扩散以及亮度和对比度的增强。,33,TFT-LCD的特点,1、同一般液晶显示器类似，两片玻璃板之间封入普通TN型液晶 2、不同的是在玻璃基板上要放置扫描线和寻址线（行、列线），在交点上再制作上TFT有源器件和像素电极。上玻璃板是一共用电极，如果是彩色显示，则还要在上面用微细加工方式（染色法，或印刷法）制作上与下面矩阵对应的R、G、B滤色膜。TFT的栅极G接扫描电压主，漏极D接信号电压，源极S接ITO像素电极，与液晶像素串联，液晶像素可以等效成一个电阻RLC和一电容CL

11、C的并联。,34,TFT有源矩阵显示器件像素等效电路及驱动波形,CGP-分布电容；CST-补偿电容；RON-导通电阻；ROFF-截止电阻,由于超扭曲液晶显示器的发明及TFT液晶显示技术的突破，LCD技术进入了大容量化的新阶段，使便携计算机和液晶电视等新产品得以开发，并迅速商品化。LCD市场需求量大幅度增长,35,TN、STN、TFT显示比较,TN是最基本的LCD显示方式，只能显示黑白字段，画面分辨率低，适于静态图像显示。制作成本最低，对偏光片要求不高； STN是超扭曲型，可以显示彩色，分辨率有所提高，在小尺寸色彩还原性接近TFT，可显示静态图像及部分动画。制作成本适中，对偏光片有光学补偿功能的要求； TFT是点像素控制显示，分辨率最高，色彩还原性最好，显示效果与常规的CRT相当。但制作成本最高，对偏光片要求也最高。,36,STN-LCD以及TFT-LCD两者2吋面板比较,37,TN、STN、TFT对偏光片的要求（1）,TN：偏振度 95%，单体透过率40%，信赖性要求：40/90%RH500h；70 500h； STN：偏振度 99.5%，单体透过率42%，信赖性要求：60/90%RH500h；80 500h；有光学补偿功能； TFT：偏振度 99.95%，单体透过率