偏光片原理及技術(shù)

偏光片原理及技術(shù)深圳市深紡樂(lè)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(jiǎn)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(lèi)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(ài)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(wú)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(chēng)性，這種光矢量的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱(chēng)性，稱(chēng)為光的偏振性線(xiàn)偏振光也叫面偏振光偏振光完全偏振光線(xiàn)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(chǎng)(E)、磁場(chǎng)(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(chǎng)向量E的分布不均時(shí)就稱(chēng)之為偏極化(Polarization)

這樣的光就稱(chēng)為偏極光（偏振光）1、偏極光的理論是用波動(dòng)學(xué)來(lái)解釋的2、在此光僅理解為電磁波3、只考慮其電場(chǎng)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(xiàn)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(xiàn)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(guò)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(xiàn)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(guò)，即只允許沿某一特定方向的光通過(guò)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(shuō)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(mén)偏光片的理解通光方向形象說(shuō)明偏光片的原理14偏光片原理及技術(shù)5/8/2024形象說(shuō)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(guò)最大；2、當(dāng)偏光片光軸垂直時(shí)，光通過(guò)最??；3、當(dāng)偏光片光軸夾角介于0-90°之間，光通過(guò)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(mén)反光很強(qiáng)帶上偏光眼鏡后帶上偏光眼鏡，并調(diào)整好觀(guān)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(guó)拍立得公司(Polaroid)創(chuàng)始人蘭特(EdwinH.Land)于1938年所發(fā)明。靈感來(lái)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(chǎng)或電場(chǎng)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(chǎng)或電場(chǎng)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(méi)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(zhuān)利的誕生

（美國(guó)，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(lèi)(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(méi)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(lài)性最高可滿(mǎn)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(lài)性最高可滿(mǎn)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(lèi)的TN(TwistedNematic):扭曲向列顯示類(lèi)型STN(SupperTwistedNematic):超扭曲向列顯示類(lèi)型TFT(ThinFilmTransistor):薄膜晶體管顯示類(lèi)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(jiàn)的一種液晶顯示器件2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)38%,成本年遞減18%，銷(xiāo)售額年增長(zhǎng)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(xiàn)以下）驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)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(guò)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(xiàn)的斜率增加，當(dāng)扭角達(dá)到270°時(shí)，斜率達(dá)到無(wú)窮大3、曲線(xiàn)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(xiāo)售額年均增長(zhǎng)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(xiàn)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(xiāo)售額15億美元,占整個(gè)LCD市場(chǎng)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(guò)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(lèi)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(xiàn)和尋址線(xiàn)（行、列線(xiàn)），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(kāi)發(fā)，并迅速商品化。LCD市場(chǎng)需求量大幅度增長(zhǎng)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(huà)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(huà)。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(guò)率≥40%，信賴(lài)性要求：40℃/90%RH×500h；70℃×500h；STN：偏振度≥99.5%，單體透過(guò)率≥42%，信賴(lài)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(guò)率≥