偏光片原理及技術(shù)(之一)分享資料

1、1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2009.09.012目目 錄錄一、偏振光簡(jiǎn)介一、偏振光簡(jiǎn)介二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析三、偏光片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀概述三、偏光片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀概述3一、偏振光一、偏振光1 1、光的理解、光的理解2 2、自然光、自然光3 3、光的偏振狀態(tài)、光的偏振狀態(tài)4 4、偏振光的定義、偏振光的定義5 5、偏振光的產(chǎn)生、偏振光的產(chǎn)生4光的理解光的理解人類對(duì)光的了解依序可分成以下四個(gè)重要階段： 1.1.十七世紀(jì)中，牛頓的混色原理。十七世紀(jì)中，牛頓的混色原理。 2.2.十九世紀(jì)初，楊氏十九世紀(jì)初，楊氏(Thomas Young)(Thomas Young)的光的

2、波動(dòng)理論。的光的波動(dòng)理論。 3.18733.1873年，馬克斯威爾的電磁波理論。年，馬克斯威爾的電磁波理論。 4.4.二十世紀(jì)初，愛因斯坦利用量子學(xué)解釋了光同時(shí)具有波動(dòng)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。及粒子兩種特性。5自然光自然光普通光源發(fā)光：普通光源發(fā)光：在在垂直傳播方向的平面內(nèi)垂直傳播方向的平面內(nèi)各個(gè)方向各個(gè)方向的光振動(dòng)全有的光振動(dòng)全有各個(gè)振動(dòng)各個(gè)振動(dòng)方向的強(qiáng)度相等方向的強(qiáng)度相等亂亂是各個(gè)振動(dòng)的是各個(gè)振動(dòng)的無規(guī)混雜無規(guī)混雜6光的偏振狀態(tài)光的偏振狀態(tài)v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

3、振動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于傳播方向不具有對(duì)稱性，這種橫向振動(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v線偏振光線偏振光v也叫也叫面偏振光面偏振光 偏振光偏振光 完全偏振光完全偏振光v線偏振光的圖示線偏振光的圖示u在紙面內(nèi)振動(dòng)在紙面內(nèi)振動(dòng)垂直紙面的振動(dòng)垂直紙面的振動(dòng)7偏振光的定義偏振光的定義v電磁波理論電磁波理論電場(chǎng)(E)、磁場(chǎng)(H)與電磁波進(jìn)行的方向(k)8當(dāng)光的電場(chǎng)向量當(dāng)光的電場(chǎng)向量E E的分布不均時(shí)就稱之為的分布不均時(shí)就稱之為偏極化偏極化(Polarization)(Polarization)這樣的

4、光就稱為偏極光（偏振光）這樣的光就稱為偏極光（偏振光）v1、偏極光的理論是用波動(dòng)學(xué)來解釋的 v2、在此光僅理解為電磁波v3、只考慮其電場(chǎng)向量E9非偏振光、部分偏振光和非偏振光、部分偏振光和線性偏振光（當(dāng)線性偏振光（當(dāng)E E只在一個(gè)方向振動(dòng)）只在一個(gè)方向振動(dòng)）10偏振光的產(chǎn)生偏振光的產(chǎn)生v一般而言，制造偏振光的方法是由以下三個(gè)步驟：1.1.制造普通非偏振光。制造普通非偏振光。2.2.分解此非偏振光為兩個(gè)相互垂直的線性偏振光。分解此非偏振光為兩個(gè)相互垂直的線性偏振光。3.3.舍棄一條偏振光，應(yīng)用另一條偏振光。舍棄一條偏振光，應(yīng)用另一條偏振光。11制造偏振光的例子制造偏振光的例子 使自然光通過一系列

5、玻璃片重疊在一起的玻璃堆，并使入射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。角為起偏角，則透射光近似地為線偏振光。pi1.51.51.51.01.01.01.012二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析13偏光片的定義偏光片的定義v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，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

6、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，叫做的光學(xué)器件，叫做偏光片偏光片。這個(gè)特定的方向叫做。這個(gè)特定的方向叫做偏光片的偏偏光片的偏振化方向振化方向，用，用“ ”表示。表示。v特別說明：本文所述的偏光片是由高分子材料加工而成。特別說明：本文所述的偏光片是由高分子材料加工而成。14腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門偏光片的理解偏光片的理解通光方向通光方向形象說明偏形象說明偏光片的原理光片的原理15形象說明偏光片的作用形象說明偏光片的作用 16再看一個(gè)實(shí)驗(yàn)再看一個(gè)實(shí)驗(yàn)v1、當(dāng)偏光片光軸平行時(shí)，光通過最大；v2、當(dāng)偏光片

7、光軸垂直時(shí)，光通過最小；v3、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。17看一個(gè)實(shí)例看一個(gè)實(shí)例 玻璃門反光很強(qiáng)玻璃門反光很強(qiáng)帶上偏光眼鏡后帶上偏光眼鏡后帶上偏光眼鏡，并帶上偏光眼鏡，并調(diào)整好觀察角度調(diào)整好觀察角度18偏光片的應(yīng)用偏光片的應(yīng)用 19偏光片的起源偏光片的起源v美國(guó)拍立得公司美國(guó)拍立得公司(Polaroid)(Polaroid)創(chuàng)始人蘭特創(chuàng)始人蘭特(Edwin H. (Edwin H. Land)Land)于于19381938年所發(fā)明。年所發(fā)明。v靈感來源于碘掉入磺酸奎寧溶液中形成的綠色小晶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。體，

8、具有特異的光學(xué)性能。20最早在實(shí)驗(yàn)室里誕生的偏光片（最早在實(shí)驗(yàn)室里誕生的偏光片（19281928年）年）v蘭特把碘的大顆粒晶體研磨蘭特把碘的大顆粒晶體研磨(ball mill)(ball mill)成微小晶體，并使成微小晶體，并使這些小晶體懸浮在液體中；這些小晶體懸浮在液體中；v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；定向；v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；面上；v將此塑料片留在磁場(chǎng)或電場(chǎng)中，干燥后就成為偏光膜；將此塑料片留在磁場(chǎng)或電場(chǎng)中，干燥后就

9、成為偏光膜；v缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)、成本高和模糊不透明，沒有商業(yè)價(jià)值。缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)、成本高和模糊不透明，沒有商業(yè)價(jià)值。21生產(chǎn)偏光片的關(guān)鍵因素生產(chǎn)偏光片的關(guān)鍵因素v1、碘v2、高分子膜v3、取向（Orientation）22第一個(gè)偏光片專利的誕生第一個(gè)偏光片專利的誕生（美國(guó)，發(fā)明者：蘭特）（美國(guó)，發(fā)明者：蘭特）v1 1、 US patent 2,445,581 (1943)US patent 2,445,581 (1943) v2 2、一張柔軟富化學(xué)活性的透明塑料板、一張柔軟富化學(xué)活性的透明塑料板( (通常用通常用PVA)PVA)v3 3、 I I2 2 / KI/ KI的水溶液作為浸漬液的水溶液作為浸漬

10、液v4 4、取向、取向v5 5、 I I2 2的固定的固定v6 6、干燥、干燥23偏光片的種類偏光片的種類v(1) (1) 金屬偏光膜金屬偏光膜 ：將金、銀、鐵等金屬鹽吸附在高分子薄膜上，再加：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。以還原，使棒狀金屬有起偏的能力，沒有產(chǎn)業(yè)化。v(2) (2) 碘系偏光膜碘系偏光膜 ：PVAPVA與碘分子所組成，為現(xiàn)今生產(chǎn)偏光膜最主要的方與碘分子所組成，為現(xiàn)今生產(chǎn)偏光膜最主要的方法。信賴性最高可滿足法。信賴性最高可滿足60/90%RH60/90%RH500h500h；80 80 500h500h的要求。的要求。v

11、(3) (3) 染料系偏光膜：將具有二色性的有機(jī)染料吸著在染料系偏光膜：將具有二色性的有機(jī)染料吸著在PVAPVA上，并加以延上，并加以延伸定向，使之具有偏光性能。信賴性最高可滿足伸定向，使之具有偏光性能。信賴性最高可滿足90/95%RH90/95%RH500h500h；105 105 500h500h的要求。的要求。 v(4) (4) 聚乙烯偏光膜：用酸為觸媒，將聚乙烯偏光膜：用酸為觸媒，將PVAPVA脫水，使脫水，使PVAPVA分子中含一定量乙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。烯結(jié)構(gòu)，再加以延伸定向，使之具有偏光性能。24TNTN、STNSTN、TFTTFT偏光片偏光

12、片v這是按照這是按照LCDLCD顯示方式而分類的顯示方式而分類的vTN(Twisted Nematic):TN(Twisted Nematic):扭曲向列顯示類型扭曲向列顯示類型vSTN(Supper Twisted Nematic):STN(Supper Twisted Nematic):超扭曲向列顯示類超扭曲向列顯示類型型 vTFT(Thin Film Transistor):TFT(Thin Film Transistor):薄膜晶體管顯示類型薄膜晶體管顯示類型 25偏光片的工作原理偏光片的工作原理 TN型26 扭曲向列液晶顯示器件扭曲向列液晶顯示器件（TN-LCDTN-LCD）（197

13、11971年年19841984年）年）27TN-LCDTN-LCD的特點(diǎn)的特點(diǎn)1、最常見的一種液晶顯示器件、最常見的一種液晶顯示器件2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造3、耗電量極低、耗電量極低4、 1971年由瑞士人發(fā)明年由瑞士人發(fā)明,生產(chǎn)技術(shù)在日本迅速發(fā)展成熟，在生產(chǎn)技術(shù)在日本迅速發(fā)展成熟，在19791984年年間，其產(chǎn)量年均增長(zhǎng)間，其產(chǎn)量年均增長(zhǎng)38%,成本年遞減成本年遞減18%，銷售額年增長(zhǎng)，銷售額年增長(zhǎng)12%，在顯示，在顯示器件領(lǐng)域的地位僅次于器件領(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)（的信息容量小，只能用于筆段式數(shù)字顯示及低路數(shù)（

14、16線以下）線以下）驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單字符顯示驅(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、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、不能實(shí)現(xiàn)大容量顯示、彩色顯示和動(dòng)態(tài)顯示28TN-LCDTN-LCD響應(yīng)速度響應(yīng)速度 29STNSTN型型LCDLCD顯顯示示器器結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)圖圖(1985(19851990)1990)30STN-LCDSTN-LCD的發(fā)展及特點(diǎn)的發(fā)展及特點(diǎn)1 1、 8080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180180270270

15、時(shí)，就可大大提高電光特性的響應(yīng)速度時(shí)，就可大大提高電光特性的響應(yīng)速度2 2、隨著扭曲角的增大，曲線的斜率增加，當(dāng)扭角達(dá)到、隨著扭曲角的增大，曲線的斜率增加，當(dāng)扭角達(dá)到270270時(shí)，斜率達(dá)到無窮大時(shí)，斜率達(dá)到無窮大3 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、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 4、 19851985年年19901990年年,LCD,LCD銷售額年均增長(zhǎng)率達(dá)銷售額年均增長(zhǎng)率達(dá)32%32%。此階段發(fā)展最快的是。此階段發(fā)展最快的是STN-LCD,STN-LCD,它從發(fā)明到批量生產(chǎn)僅用了五年時(shí)間它從發(fā)明到批量生產(chǎn)僅用了五年時(shí)間5 5

16、、由于、由于STN-LCDSTN-LCD具有掃描線多、視角較寬、對(duì)比度好等特點(diǎn)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)品并成為該時(shí)代的主流產(chǎn)品6 6、 19901990年銷售額年銷售額1515億美元億美元, ,占整個(gè)占整個(gè)LCDLCD市場(chǎng)的市場(chǎng)的83%83%31STN-LCDSTN-LCD液晶分子的傾斜角液

17、晶分子的傾斜角與約化電壓的關(guān)系與約化電壓的關(guān)系 32TFT-LCDTFT-LCD顯示器示意圖顯示器示意圖偏光片(上)TFT封蠟TABDriver LSI擴(kuò)散片間隔圈導(dǎo)光板反射膜CCFL偏光片偏光片( (下下) )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 33 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)。34TFT-LCDTFT-LCD的特點(diǎn)的特點(diǎn)1 1、同一般液晶顯示器類似，兩片玻璃板之間封入普通、同一般液晶顯示器類似，兩片玻璃板之間封入普通T

18、NTN型液晶型液晶2 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、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)上再制作上再制作上TFTTFT有源器件和像素電極。上玻璃板是一共用電極，如果是彩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)的下面矩陣對(duì)應(yīng)的R R、G G、B B濾色膜。濾色膜。TFTTFT的柵極的柵極G G接掃描電壓主，漏極接掃描電壓主，漏極D D接信接信號(hào)電壓，源極號(hào)電壓，源極S S接接ITOITO像素

19、電極，與液晶像素串聯(lián)，液晶像素可以等效成像素電極，與液晶像素串聯(lián)，液晶像素可以等效成一個(gè)電阻一個(gè)電阻R RLCLC和一電容和一電容C CLCLC的并聯(lián)。的并聯(lián)。35TFTTFT有源矩陣顯示器件像素有源矩陣顯示器件像素等效電路及驅(qū)動(dòng)波形等效電路及驅(qū)動(dòng)波形 C CGPGP- -分布電容；分布電容；C CSTST- -補(bǔ)償電容；補(bǔ)償電容；R RONON- -導(dǎo)通電阻；導(dǎo)通電阻；R ROFFOFF- -截止電阻截止電阻 由于超扭曲液晶顯示器的發(fā)明及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，液晶顯示技術(shù)的突破，LCD技術(shù)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)，進(jìn)入

20、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。并迅速商品化。LCD市場(chǎng)需求量大幅度增長(zhǎng)市場(chǎng)需求量大幅度增長(zhǎng)36TNTN、STNSTN、TFTTFT顯示比較顯示比較vTNTN是最基本的是最基本的LCDLCD顯示方式，只能顯示黑白字段，畫面分辨顯示方式，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；高；vSTNSTN是超扭曲型，可以顯示彩色，分辨率有所提高，在小尺是超扭曲型，可以顯示彩色，分辨率有所提高，在小尺寸色彩還原性接近寸色彩還原性接近TFTTFT，可顯示靜態(tài)圖像及部分動(dòng)畫。制作，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；成本適中，對(duì)偏光片有光學(xué)補(bǔ)償功能的要求；vTFTTFT是點(diǎn)像素控制顯示，分辨率最高，色彩還原性最好，顯是點(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)的示效果與常規(guī)的CRTCRT相當(dāng)。但制作成本最高，對(duì)偏光片要求相當(dāng)。但制作成本最高，對(duì)偏光片要