偏光片材料原理工藝作用簡(jiǎn)介

1、淺談偏光片的技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)摘要:文章針對(duì)我國(guó)平板顯示產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展過(guò)程中重要的上游配套關(guān)鍵原材料偏 光片產(chǎn)品的原理、制造工藝、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析和介紹。 全文力圖以 簡(jiǎn)潔的文字、借助相關(guān)資料來(lái)解析偏光片的有關(guān)知識(shí)，旨在讓更多平板顯示業(yè)界 人士更多地了解偏光片產(chǎn)品的種類、工作原理及其制造過(guò)程，促進(jìn)我國(guó)大陸地區(qū) 偏光片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：偏光片；原理；制造工藝；技術(shù)趨勢(shì)。一、引言偏光片（Cpolarizer）是液晶面板的關(guān)鍵零件，是目前業(yè)界投資最為熱門(mén)的行 業(yè)之一，其成本約占面板原材料制造成本的7流右。需說(shuō)明的是偏光片的應(yīng)用范圍很廣，不但能使用在LCD上作為偏光材料，亦可用于太陽(yáng)眼鏡、防眩護(hù)

2、目鏡、 攝影器材的濾光鏡、汽車(chē)頭燈防眩處理及光量調(diào)整器等，其它還有偏光顯微鏡與 特殊醫(yī)療用眼鏡由于目前偏光片的制造技術(shù)一直被日本、 韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣等國(guó)家和地區(qū)所壟 斷，中國(guó)大陸生產(chǎn)偏光片的企業(yè)尚少， 而目 主要產(chǎn)品為T(mén)N/STN型產(chǎn)品，目前內(nèi) 地上馬的LCD生產(chǎn)線多為T(mén)FT型，相應(yīng)的TFT型偏光片的市場(chǎng)缺口大，大部分產(chǎn) 品主要依賴進(jìn)口，極大影響了我國(guó)液晶產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。因而發(fā)展偏光片項(xiàng)目對(duì)完善我國(guó)液晶上游產(chǎn)業(yè)鏈，降低產(chǎn)品成本，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有著重要意義。 在深 圳市政府的大力支持以及深超公司的推動(dòng)下，深紡織集團(tuán)日前確定投資上馬寬幅TFT-LCD用偏光片項(xiàng)目（盛波光電），預(yù)計(jì)2011年三季度投產(chǎn)

3、，該項(xiàng)目的建成將 填補(bǔ)我國(guó)大陸地區(qū)該產(chǎn)業(yè)的空白。現(xiàn)就有關(guān)偏光片技術(shù)原理以及發(fā)展趨勢(shì)做簡(jiǎn)要探討，以饗讀者。偏光片原理與制造工藝二、偏光片原理及種類（一）原理目前最通用的偏光膜是蘭特在1938年所發(fā)明的H片，具制法如下：首先把透 明塑料板（通常用PVA履漬在12 / KI的水溶液中，使碘離子擴(kuò)散滲入內(nèi)層的PVA 微熱后拉伸，PVA板變長(zhǎng)的同時(shí)也變得又窄又薄。PVA分子本來(lái)是任意角度無(wú)規(guī) 則性分布的，受力拉伸后就逐漸一致地偏轉(zhuǎn)于作用力的方向，附著在PVA上的碘離子也跟隨著有方向性，形成了碘離子的長(zhǎng)鏈。因?yàn)榈怆x子有很好的起偏性， 它 可以吸收平行于其排列方向的光束電場(chǎng)分量， 只讓垂直方向的光束電場(chǎng)分量

4、 通過(guò)，制成具有偏光作用的偏光膜，如圖 1所示。最早的偏光片主要由中間能產(chǎn)生偏振光線的PVA膜，再在兩面復(fù)合上TAC保護(hù)膜組成。為了方便使用和得到不同的光學(xué)效果， 偏光片供應(yīng)商應(yīng)液晶顯示器制造商的要求，又在兩面涂覆上壓敏膠，再覆上離型膜，這種偏光片是最常見(jiàn)到 的TN普通全透射偏光片。如果去掉一層離型膜，再?gòu)?fù)合一層反射膜，就是最普?qǐng)D1碘及其離子在偏光膜上的形態(tài)角偏光片或窄視角偏光片；對(duì)使用的壓敏膠、通的反射偏光片。使用的壓敏膠為 耐高溫防潮壓敏膠，并對(duì)PVA進(jìn)行 特殊浸膠處理(染料系列產(chǎn)品)，所 制成的偏光片即為寬溫類 型偏光片；在使用的壓敏膠中加入 阻止紫外線通過(guò)的成份，則可制成 防紫外線偏光

5、片；在透射原片上再 復(fù)合上雙折射光學(xué)補(bǔ)償膜，則可制 成STN用偏光片；在透射原片上再 復(fù)合上光線轉(zhuǎn)向膜，則可制成寬視 PVA膜或TAC膜著色，即為彩色偏光片。實(shí)際上隨著新型的液晶顯示器產(chǎn)品不斷開(kāi)發(fā)出來(lái)，偏光片的類型也愈來(lái)愈(二)偏光片的種類偏光膜的應(yīng)用范圍很廣，不但能使用在LCD上作為偏光材料，也可用于太陽(yáng) 眼鏡、防眩護(hù)目鏡、攝影器材的濾光鏡、汽車(chē)頭燈防眩處理及光量調(diào)整器， 其它 還有偏光顯微鏡與特殊醫(yī)療用眼鏡(1)偏光片按功能分類如圖所示1.透射式偏光片2.反射式偏光片3.半透過(guò)半反射式偏光片 4.補(bǔ)償型偏片(2)偏光片按染色方法分類碘系偏光片:PVAf碘分子相結(jié)合，為現(xiàn)今生產(chǎn)偏光膜最主要的

6、方法。容易 獲得高透過(guò)率、高偏振度的光學(xué)特性，但耐高溫高濕的能力較差。染料系偏光片：將具有二色性的有機(jī)染料吸著在 PVA±,并加以延伸定向, 使之具有偏旋光性能。不容易獲得高透過(guò)率、高偏振度的光學(xué)特性，但耐高溫高 濕的能力較好。(3)偏光膜按起偏材料的種類分類金屬偏光股：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，現(xiàn)在已不使用這種方法生產(chǎn)。碘系偏光膜：PVAf碘分子所組成，為現(xiàn)今生產(chǎn)偏光膜最主要的方法。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，使之具有偏旋光性能；聚乙烯偏光膜:用酸為觸媒，將PVA兌水，使PVA分子中含一定量

7、乙烯結(jié)構(gòu)， 再加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。三、偏光片的結(jié)構(gòu)及特性說(shuō)明(如圖所示)。偏光層：是由PVAC聚乙烯醇)薄膜經(jīng)染色拉伸后制成，該層是偏光片的主要 部分，也稱偏光原膜。偏光層決定了偏光片的偏光性能、透過(guò)率，同時(shí)也是影響 偏光片色調(diào)和光學(xué)耐久性的主要部分；TAC層：由PVA膜制成的偏光層易吸水、褪色而喪失偏光性能，因此需要在 其兩邊用一層光學(xué)均勻性和透明性良好的TAC。醋酸纖維素酷)膜來(lái)隔絕水分和空氣，保護(hù)偏光層。采用具有紫外隔離(UV CUT)和防眩(anti- glare)功能的TAC膜可制成防紫外型偏光片和防眩型偏光片；粘著劑(adhesive):可分為反射膜側(cè)粘著劑和剝離膜側(cè)

8、粘著劑。反射膜側(cè)粘 著劑的作用是將反射膜牢固地粘合在 TAO1上，其工藝要求不允許有再剝離性。 剝離膜側(cè)粘著劑是一層壓敏膠，它決定了偏光片的粘著性能及貼片加工性能，其性能優(yōu)劣是LCD偏光片使用者最為關(guān)心的問(wèn)題之一；錄居膜(Cseparate巾lm): 為單側(cè)涂布硅涂層的 PET。寸苯二甲酸乙二醇醋) 膜，主要起保護(hù)壓敏膠層的作用，同時(shí)其剝離力的大小對(duì)LCD貼片時(shí)的作業(yè)性有 一定影響；保護(hù)膜(protective film):為單側(cè)涂布EVAg(乙烯醋酸乙烯共聚物)的PEC 聚乙烯）膜，具有低粘性，起保護(hù)TAC膜表面的作用；反射膜（reflective film）:為單側(cè)蒸鋁的PET膜，目前大多

9、使用無(wú)指向反射型蒸鋁膜。如將反射膜更換為半透半反膜，則可制成半透半反型偏光片，此外 也可使用各種鍍金、鍍銀膜、鐳射膜作為反射膜，以獲得各種底色和鏡面反射等 效果。四、偏光片工作原理偏光片的材料是摻雜碘分子的聚合物。由于碘分子沿同一方向排列時(shí)具有 不對(duì)稱的電子（云）密度，因此不同方向的極化光吸收系數(shù)不同。 若光線的極化方 向與碘分子鏈長(zhǎng)軸方向垂直時(shí)，則極化光可以完全通過(guò)。通常，把極化方向稱為 偏光片的吸收軸方向。如圖4所示。只有與吸收軸方向同向的線性偏極光才能透 過(guò)，否則透過(guò)光的強(qiáng)度隨之減弱，直至完全遮蔽。9,=*1- 3 E級(jí)套大做" H主 五互五生幸一啟 y 迂.片電 工亙=主：r

10、氈.Twt 4 F a圖4是偏光片的工作原理示意圖五、偏光片制造工藝分析偏光片的制作主要有延伸法及涂布法， 延伸法是目前的主流工藝。目前，生 產(chǎn)技術(shù)以PVA臾的延伸工藝劃分，有干法和濕法兩大類；以PVA臾染色方法劃分， 有碘染色和染料染色兩大類。干法拉伸工藝是指先在一定溫度、濕度的條件下，在隋性氣體環(huán)境中將PVA膜拉伸到一定倍率，而后進(jìn)行染色、固色、復(fù)合、干燥等制備工藝。濕法拉伸工 藝是指PVA膜先進(jìn)行染色，而后在溶液中進(jìn)行拉伸、固色、復(fù)合、干燥的生產(chǎn)方 法，如圖5所示。濕法拉伸其拉伸倍率較易提高、著色均勻。過(guò)去存在PVA膜在液體中較難控 制延伸的穩(wěn)定性，即生產(chǎn)條件不易控制，在制作過(guò)程中較易產(chǎn)

11、生斷膜，同時(shí)膜收 縮率大，產(chǎn)率較低等問(wèn)題。隨著工藝技術(shù)的不斷改進(jìn)，目前已克服了幅寬等限制，工藝條件也得到優(yōu)化，采用濕法拉伸工藝制作的偏光片， 在色調(diào)均勻性和耐久性 方面均優(yōu)于干法拉伸工藝。干法拉伸雖具有可使用較大幅寬的PVAM進(jìn)行加工、生產(chǎn)效率較高等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)偏光片的色調(diào)均勻性和耐久性有影響， 易產(chǎn)生延伸不 勻及造成膜表面粗糙等弊端。日、韓、臺(tái)灣和大陸偏光片制作廠家均采用濕法拉 伸工藝，濕法拉伸工藝技術(shù)已成為全球 LCD用偏光片生產(chǎn)的基本生產(chǎn)工藝技術(shù)。偏光片生產(chǎn)工藝中的染色方法有碘染色法和染料染色法兩種工藝。碘染色法是指在偏光片染色、拉伸過(guò)程中，使用碘和碘化鉀作為二向性介質(zhì)使 PVA膜產(chǎn)生 極

12、性化偏光特性。這種染色方法的優(yōu)點(diǎn)是比較容易獲得 99.9%以上的高偏光度和 42%；上高透過(guò)率的偏光特性。所以在早期的偏光材料產(chǎn)品或需要高偏光、高透 過(guò)特性的偏光材料產(chǎn)品中大多都采用碘染色工藝進(jìn)行加工。但這種工藝的不足之處就是由于碘的分子結(jié)構(gòu)在高溫高濕的條件下易于破壞，因此使用碘染色工藝生產(chǎn)的偏光片耐久性較差。隨著LCD產(chǎn)品使用范圍的擴(kuò)大，對(duì)偏光產(chǎn)品濕熱工作條件的要求越來(lái)越苛CsZhqPVAM光片以一片t源屈18法拉伸匚藝示意圖(b)于法拉熱示意圖圖5翻、干法拉伸示意圖染色拉伸.因色水洗、彝姆PVA膜_ 新噸 TAC膜TAC膜刻，已經(jīng)出現(xiàn)要求在100c和90% R僚件下工作的偏光片產(chǎn)品需求，對(duì)

13、這種工 作條件要求，碘染色工藝無(wú)法滿足。為滿足這種技術(shù)要求，首先由日本化藥公司 發(fā)明了偏光片生產(chǎn)所需的染料，并由日本化藥的子公司日本波拉公司生產(chǎn)了染料 系的高耐久性偏光片產(chǎn)品。利用二向性染料進(jìn)行偏光片染色工藝所生產(chǎn)的偏光片 產(chǎn)品，目前最高可以滿足干溫 1050C x 500HR,濕熱900C x 95%RHx 500HRZ下 工作條件的使用要求。但這種工藝方法所生產(chǎn)的偏光片產(chǎn)品一般偏光度和透過(guò)率 較低，其偏光度一般不超過(guò)90%透過(guò)率不超過(guò)40% _價(jià)格昂貴。六、國(guó)內(nèi)外偏光片的研究動(dòng)向偏光片自193 8年被發(fā)明以來(lái)，制造原理和材料并無(wú)太大改變，在制造流程 中染色、延伸、貼合、干燥仍為主要步驟。近

14、年來(lái)因?yàn)閼?yīng)大型化、車(chē)用以及中小 型尺寸等不同需求，別在偏光膜上附上不同的功能膜，以追求的目的主要可分為 廣視角和高清晰度等，分別敘述如下。（一）廣視角隨著LCD的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)其視場(chǎng)角特性的要求越來(lái)越高。 為了達(dá)到該目 的，人們從兩個(gè)為一向進(jìn)行了研究：1）在原有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上通過(guò)附加幾層光學(xué)補(bǔ) 償膜，即扭曲向列型加上光學(xué)補(bǔ)償膜，有人將其稱為補(bǔ)償膜模式，.2）開(kāi)發(fā)新的液晶驅(qū)動(dòng)方式，如平面驅(qū)動(dòng)模式、垂直取向模式和光學(xué)補(bǔ)償彎曲技術(shù)等， 其中前 二者已經(jīng)實(shí)用化。不管是哪種廣視角技術(shù)，都需要有各種光學(xué)補(bǔ)償膜作配合，以 達(dá)到更好的效果。而平面驅(qū)動(dòng)模式由于其特殊的液晶驅(qū)動(dòng)方式，必須在偏光片上添加防靜電功能，

15、以防止液晶分子的誤動(dòng)。這些附加的功能膜都與偏光片貼附在 一起，形成所謂的橢圓偏光片等。利用補(bǔ)償膜補(bǔ)償視角的目的有兩個(gè)：1）補(bǔ)償互為正交的偏光片的斜向暗態(tài)漏 光;2）補(bǔ)償液晶層本身在斜向角度觀察下出現(xiàn)的暗態(tài)漏光。前者的補(bǔ)償很簡(jiǎn)單， 可在兩偏光片的某一片加上a 一板即可；后者在理論上可用層層向上對(duì)稱于液晶 層的補(bǔ)償膜來(lái)補(bǔ)償。如今在 550 nm附近的視角,能夠很容易就實(shí)現(xiàn)在顯示面板 的全方位達(dá)到800以上。而，當(dāng)達(dá)到這種視角時(shí)，黑色顯示中帶紅色的問(wèn)題就不 可回避。且僅僅采用使 550 nm處的相位差板的光程差優(yōu)化或使在正面卜的波長(zhǎng) 分散一致的方法很難解決這個(gè)問(wèn)題。日木柯尼卡公司發(fā)明了 一種帶有光學(xué)

16、補(bǔ)償膜 的偏光片，用在垂直取向的ECE®顯示裝置上，不僅使視角在所有方向上實(shí)現(xiàn)了 800以上，而且在黑色顯示時(shí)的帶紅色現(xiàn)象顯著降低。（二）高清晰度（1）抗眩光線被過(guò)度集中使得觀看時(shí)感覺(jué)不適， 抗眩處理就是利用偏光片表面的凸凹 形狀來(lái)擴(kuò)散反射圖像，使其輪廓模糊不清。一般的處理方法有以下幾種：1）將SiO2等無(wú)機(jī)微粒子或者丙烯酸類樹(shù)脂等有機(jī)微粒子分散到粘合劑中， 然后將此溶液均勻地涂敷到PET或三醋酸纖維素等基材上；2）利用噴砂處理或腐蝕處理等使基體材料自身凸凹不平;3）在膜表面進(jìn)行壓花處理，以形成精細(xì)的花紋。要實(shí)現(xiàn)抗眩功能，膜的表面 粗糙度需在0.5-2 um的范圍內(nèi)。若小于這個(gè)范圍，

17、就不能滿足抗眩功能，而大 于這個(gè)范圍時(shí)，圖象清晰度反而會(huì)下降，且常被外部光線白化。（2）硬涂層在偏光片表面涂上硬涂層，可加強(qiáng)偏光片硬度以防山日常生活中的無(wú)意刮 傷，一也可以增強(qiáng)偏光膜與貼附其上的其它膜層的粘附。般情況下，偏光片的表 面硬度要求為3A日本富士膠卷開(kāi)發(fā)了一種由丙烯酸聚合物、氨基甲酸脂聚合物、環(huán)氧聚合物和硅化合物制成的反射膜硬涂層。(3)防反射在光線下觀看面板時(shí)，由于外部光線的反射會(huì)在面板上留卜影像而影響面板 的清晰度，因此需將偏光片做增透/低反處理，以防止或降低外部光線的反射。 防反射有兩種方法：1)在基片上貼附一層或多層具有一定折射率的膜，利用從膜的上下兩個(gè)界面 反射回來(lái)的光所產(chǎn)

18、生的相位差而發(fā)生相消干涉，從而防止光的反射；2)在基片上貼附一層折射率呈梯度變化的膜， 使基片與空氣界面的折射率突 變有一個(gè)過(guò)渡，也可達(dá)到防反射的目的。第一種方法需要嚴(yán)格控制各膜層的厚度和折射率，尤其是膜層比較多時(shí)，會(huì)提高生產(chǎn)成本。而第二種方法中要實(shí)現(xiàn)折射率梯度同樣也比較困難，基本上還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。不管是哪一種方法，都存在如何獲得具有不同折射率的問(wèn)題。 一般的方法就是在折射率相劉一高的材料中加人另一種折射率低的材，達(dá)到使所得膜材折射率可以控制的目的。而現(xiàn)今研究熱點(diǎn)就是制作多孔膜。 表1是臺(tái)灣力 特光電的增透與低反技術(shù)比較。表1培透與低質(zhì)技術(shù)比較表技術(shù)指懷增透低反生產(chǎn)方式干式，片式/真空濺

19、成加式/卷式/涂布層數(shù)46L膜品質(zhì)優(yōu)良反肘率反射也相唯轉(zhuǎn)行 ItL_>灰色成本有低應(yīng)用小民d-大尺寸(4)抗污處理抗污處理是要減少膜的表面白由能， 從而減小表面張力，使水、油等污漬在 表面的粘力減小，使其容易去掉或不粘。在偏光片中一般不會(huì)有單獨(dú)的抗污膜， 它常常是在其它功能膜的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)改進(jìn)而賦予的附加功能。(5)增亮膜為增加面板的亮度和節(jié)約能耗，可在偏光板中貼上增亮膜。日前實(shí)際使用的 增亮膜為3M公司的DBEFt日東的PCF兩種，此外還有臺(tái)灣的精邁科技發(fā)明的利 用膽固醇液晶的CBEF增亮膜，但是尚未量產(chǎn)。當(dāng)光通過(guò)下層偏光片時(shí)，有 50% 的光被吸收而浪費(fèi)掉。而3M公司的DBEFM是將原

20、本被吸收的50喻振光重復(fù)利 用。背光源發(fā)出的光可分解成偏振方向垂直的兩束光線，分別稱為P光和S光，該膜可允許P光通過(guò)，而將S光反射回來(lái)重復(fù)利用再變成 P光和S光，如此反復(fù) 循環(huán)可增加亮度至60%;李樂(lè)介紹了一種通過(guò)分子工程，利用膽備相液晶制成單 層超寬帶反射型偏光片：這項(xiàng)新技術(shù)的基礎(chǔ)依據(jù)聚合誘導(dǎo)分子再分布的機(jī)理，實(shí) 現(xiàn)膽街相液晶在空間的非線性螺距分布，從而使與液晶螺旋方向一致的偏振光被 反射回去重新利用，而相反方向的偏振光則可完全通過(guò)。為了滿足各種需求，需要在原偏光片上貼附許多其它功能膜， 這樣就會(huì)出現(xiàn) 偏光片變厚、透過(guò)率下降、工序復(fù)雜、成本上升等問(wèn)題。因此，現(xiàn)在偏光片的發(fā) 展趨勢(shì)就是研究多功能膜，即將多種功能集于一身，使偏光片向薄膜化方向發(fā)展。 美國(guó)公司