偏光片原理及技術(shù)

偏光片原理及技術(shù)深圳市深紡樂凱光電子材料有限公司2009.09.011偏光片原理及技術(shù)5/8/2024目錄一、偏振光簡介二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析三、偏光片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀概述2偏光片原理及技術(shù)5/8/2024一、偏振光1、光的理解2、自然光3、光的偏振狀態(tài)4、偏振光的定義5、偏振光的產(chǎn)生3偏光片原理及技術(shù)5/8/2024光的理解人類對(duì)光的了解依序可分成以下四個(gè)重要階段：

1.十七世紀(jì)中，牛頓的混色原理。

2.十九世紀(jì)初，楊氏(ThomasYoung)的光的波動(dòng)理論。

3.1873年，馬克斯威爾的電磁波理論。

4.二十世紀(jì)初，愛因斯坦利用量子學(xué)解釋了光同時(shí)具有波動(dòng)及粒子兩種特性。4偏光片原理及技術(shù)5/8/2024自然光普通光源發(fā)光：在垂直傳播方向的平面內(nèi)各個(gè)方向的光振動(dòng)全有各個(gè)振動(dòng)方向的強(qiáng)度相等亂是各個(gè)振動(dòng)的無規(guī)混雜5偏光片原理及技術(shù)5/8/2024光的偏振狀態(tài)光矢量的振動(dòng)方向總是與光的傳播方向垂直的，即光矢量的橫向振動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于傳播方向不具有對(duì)稱性，這種光矢量的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，稱為光的偏振性線偏振光也叫面偏振光偏振光完全偏振光線偏振光的圖示在紙面內(nèi)振動(dòng)垂直紙面的振動(dòng)6偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏振光的定義電磁波理論電場(E)、磁場(H)與電磁波進(jìn)行的方向(k)7偏光片原理及技術(shù)5/8/2024當(dāng)光的電場向量E的分布不均時(shí)就稱之為偏極化(Polarization)

這樣的光就稱為偏極光（偏振光）1、偏極光的理論是用波動(dòng)學(xué)來解釋的2、在此光僅理解為電磁波3、只考慮其電場向量E8偏光片原理及技術(shù)5/8/2024非偏振光、部分偏振光和

線性偏振光（當(dāng)E只在一個(gè)方向振動(dòng)）9偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏振光的產(chǎn)生一般而言，制造偏振光的方法是由以下三個(gè)步驟：

1.制造普通非偏振光。

2.分解此非偏振光為兩個(gè)相互垂直的線性偏振光。

3.舍棄一條偏振光，應(yīng)用另一條偏振光。10偏光片原理及技術(shù)5/8/2024制造偏振光的例子

使自然光通過一系列玻璃片重疊在一起的玻璃堆，并使入射角為起偏角，則透射光近似地為線偏振光。?????1.51.51.51.01.01.01.0????????11偏光片原理及技術(shù)5/8/2024二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析12偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏光片的定義是一種人工膜片，對(duì)不同方向的光振動(dòng)有選擇吸收的性能，從而使膜片中有一個(gè)特殊的方向，當(dāng)一束自然光射到膜片上時(shí)，與此方向垂直的光振動(dòng)分量完全被吸收，只讓平行于該方向的光振動(dòng)分量通過，即只允許沿某一特定方向的光通過的光學(xué)器件，叫做偏光片。這個(gè)特定的方向叫做偏光片的偏振化方向，用“”表示。特別說明：本文所述的偏光片是由高分子材料加工而成。13偏光片原理及技術(shù)5/8/2024腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門偏光片的理解通光方向形象說明偏光片的原理14偏光片原理及技術(shù)5/8/2024形象說明偏光片的作用

15偏光片原理及技術(shù)5/8/2024再看一個(gè)實(shí)驗(yàn)1、當(dāng)偏光片光軸平行時(shí)，光通過最大；2、當(dāng)偏光片光軸垂直時(shí)，光通過最?。?、當(dāng)偏光片光軸夾角介于0-90°之間，光通過也介于最大與最小之間。16偏光片原理及技術(shù)5/8/2024看一個(gè)實(shí)例

玻璃門反光很強(qiáng)帶上偏光眼鏡后帶上偏光眼鏡，并調(diào)整好觀察角度17偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏光片的應(yīng)用

18偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏光片的起源美國拍立得公司(Polaroid)創(chuàng)始人蘭特(EdwinH.Land)于1938年所發(fā)明。靈感來源于碘掉入磺酸奎寧溶液中形成的綠色小晶體，具有特異的光學(xué)性能。19偏光片原理及技術(shù)5/8/2024最早在實(shí)驗(yàn)室里誕生的偏光片（1928年）蘭特把碘的大顆粒晶體研磨(ballmill)成微小晶體，并使這些小晶體懸浮在液體中；將一塑料片放入上述的懸浮液中，然后再放入磁場或電場中定向；將此塑料片從懸浮液中取出，碘晶體就會(huì)附蓋在塑料片的表面上；將此塑料片留在磁場或電場中，干燥后就成為偏光膜；缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)、成本高和模糊不透明，沒有商業(yè)價(jià)值。20偏光片原理及技術(shù)5/8/2024生產(chǎn)偏光片的關(guān)鍵因素1、碘2、高分子膜3、取向（Orientation）21偏光片原理及技術(shù)5/8/2024第一個(gè)偏光片專利的誕生

（美國，發(fā)明者：蘭特）1、USpatent2,445,581(1943)

2、一張柔軟富化學(xué)活性的透明塑料板(通常用PVA)3、I2/KI的水溶液作為浸漬液4、取向5、I2的固定6、干燥22偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏光片的種類(1)金屬偏光膜：將金、銀、鐵等金屬鹽吸附在高分子薄膜上，再加以還原，使棒狀金屬有起偏的能力，沒有產(chǎn)業(yè)化。(2)碘系偏光膜：PVA與碘分子所組成，為現(xiàn)今生產(chǎn)偏光膜最主要的方法。信賴性最高可滿足60℃/90%RH×500h；80℃×500h的要求。(3)染料系偏光膜：將具有二色性的有機(jī)染料吸著在PVA上，并加以延伸定向，使之具有偏光性能。信賴性最高可滿足90℃/95%RH×500h；105℃×500h的要求。(4)聚乙烯偏光膜：用酸為觸媒，將PVA脫水，使PVA分子中含一定量乙烯結(jié)構(gòu)，再加以延伸定向，使之具有偏光性能。23偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TN、STN、TFT偏光片這是按照LCD顯示方式而分類的TN(TwistedNematic):扭曲向列顯示類型STN(SupperTwistedNematic):超扭曲向列顯示類型TFT(ThinFilmTransistor):薄膜晶體管顯示類型

24偏光片原理及技術(shù)5/8/2024偏光片的工作原理

TN型25偏光片原理及技術(shù)5/8/2024

扭曲向列液晶顯示器件（TN-LCD）

（1971年～1984年）26偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TN-LCD的特點(diǎn)1、最常見的一種液晶顯示器件2、結(jié)構(gòu)簡單，易于制造3、耗電量極低4、1971年由瑞士人發(fā)明,生產(chǎn)技術(shù)在日本迅速發(fā)展成熟，在1979～1984年間，其產(chǎn)量年均增長38%,成本年遞減18%，銷售額年增長12%，在顯示器件領(lǐng)域的地位僅次于CRT5、TN-LCD的信息容量小，只能用于筆段式數(shù)字顯示及低路數(shù)（16線以下）驅(qū)動(dòng)的簡單字符顯示6、電光響應(yīng)前沿不夠陡峭，反應(yīng)速度慢，閾值效應(yīng)不明顯7、不能實(shí)現(xiàn)大容量顯示、彩色顯示和動(dòng)態(tài)顯示27偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TN-LCD響應(yīng)速度

28偏光片原理及技術(shù)5/8/2024STN型

LCD

顯示器結(jié)構(gòu)圖

(1985～1990)29偏光片原理及技術(shù)5/8/2024STN-LCD的發(fā)展及特點(diǎn)1、80年代初，人們經(jīng)過理論分析和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要將分子的扭曲角增加到180°～270°時(shí)，就可大大提高電光特性的響應(yīng)速度2、隨著扭曲角的增大，曲線的斜率增加，當(dāng)扭角達(dá)到270°時(shí)，斜率達(dá)到無窮大3、曲線斜率的提高可以允許多路驅(qū)動(dòng)，且可獲得敏銳的銳度和寬的視角4、1985年～1990年,LCD銷售額年均增長率達(dá)32%。此階段發(fā)展最快的是STN-LCD,它從發(fā)明到批量生產(chǎn)僅用了五年時(shí)間5、由于STN-LCD具有掃描線多、視角較寬、對(duì)比度好等特點(diǎn),很快在大信息容量顯示的膝上型、筆記本型、掌上型微機(jī)及中英文打字機(jī)、圖形處理機(jī)、電子翻譯機(jī)及其它辦公和通信設(shè)備（手機(jī)）中獲得廣泛應(yīng)用,并成為該時(shí)代的主流產(chǎn)品6、1990年銷售額15億美元,占整個(gè)LCD市場的83%30偏光片原理及技術(shù)5/8/2024STN-LCD液晶分子的傾斜角

與約化電壓的關(guān)系

31偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TFT-LCD顯示器示意圖偏光片(上)TFT封蠟TABDriverLSI擴(kuò)散片間隔圈導(dǎo)光板反射膜CCFL偏光片(下)像素電子電容液晶PI普通電子涂料顏色過濾黑色基質(zhì)玻璃物質(zhì)ACF

32偏光片原理及技術(shù)5/8/2024

TFT

LCD面板都是由一些零部件包括玻璃基板，液晶，塑料框架和光學(xué)薄膜而組成的。光學(xué)薄膜在TFT

LCD模塊中發(fā)揮著重要的作用，比如協(xié)助控制，擴(kuò)散以及亮度和對(duì)比度的增強(qiáng)。33偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TFT-LCD的特點(diǎn)1、同一般液晶顯示器類似，兩片玻璃板之間封入普通TN型液晶2、不同的是在玻璃基板上要放置掃描線和尋址線（行、列線），在交點(diǎn)上再制作上TFT有源器件和像素電極。上玻璃板是一共用電極，如果是彩色顯示，則還要在上面用微細(xì)加工方式（染色法，或印刷法）制作上與下面矩陣對(duì)應(yīng)的R、G、B濾色膜。TFT的柵極G接掃描電壓主，漏極D接信號(hào)電壓，源極S接ITO像素電極，與液晶像素串聯(lián)，液晶像素可以等效成一個(gè)電阻RLC和一電容CLC的并聯(lián)。34偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TFT有源矩陣顯示器件像素

等效電路及驅(qū)動(dòng)波形

CGP-分布電容；CST-補(bǔ)償電容；RON-導(dǎo)通電阻；ROFF-截止電阻

由于超扭曲液晶顯示器的發(fā)明及TFT液晶顯示技術(shù)的突破，LCD技術(shù)進(jìn)入了大容量化的新階段，使便攜計(jì)算機(jī)和液晶電視等新產(chǎn)品得以開發(fā)，并迅速商品化。LCD市場需求量大幅度增長35偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TN、STN、TFT顯示比較TN是最基本的LCD顯示方式，只能顯示黑白字段，畫面分辨率低，適于靜態(tài)圖像顯示。制作成本最低，對(duì)偏光片要求不高；STN是超扭曲型，可以顯示彩色，分辨率有所提高，在小尺寸色彩還原性接近TFT，可顯示靜態(tài)圖像及部分動(dòng)畫。制作成本適中，對(duì)偏光片有光學(xué)補(bǔ)償功能的要求；TFT是點(diǎn)像素控制顯示，分辨率最高，色彩還原性最好，顯示效果與常規(guī)的CRT相當(dāng)。但制作成本最高，對(duì)偏光片要求也最高。36偏光片原理及技術(shù)5/8/2024STN-LCD以及TFT-LCD兩者2吋面板比較37偏光片原理及技術(shù)5/8/2024TN、STN、TFT對(duì)偏光片的要求（1）TN：偏振度≥95%，單體透過率≥40%，信賴性要求：40℃/90%RH×500h；70℃×500h；STN：偏振度≥99.5%，單體透過率≥42%，信賴性要求：60℃/90%RH×500h；80℃×500h；有光學(xué)補(bǔ)償功能；TFT：偏振度≥99.95%，單體透過率≥