偏光片原理及技術(shù)(之一)PPT

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 2009.09.01,2,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,3,一、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,4,光的理解,人類對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(Thomas Young)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。,5,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)

2、振動(dòng)方向的強(qiáng)度相等,6,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)，相對于傳播方向不具有對稱性，這種光矢量的振動(dòng)相對于傳播方向的不對稱性，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),7,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),8,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E,9,非偏振光、部分偏振光和線性偏振光（當(dāng)E只在一個(gè)

3、方向振動(dòng)）,10,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。,11,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。,12,二、偏光片生產(chǎn)技術(shù)淺析,13,偏光片的定義,是一種人工膜片，對不同方向的光振動(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

4、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。,14,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,15,形象說明偏光片的作用,16,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??； 3、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,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,18,偏光片的應(yīng)用,19,偏光片的起源,美國拍立得公司(Polaroid)創(chuàng)始人蘭特(Edwin H. Land)于1938年所發(fā)明。 靈感來源于碘掉入磺酸奎寧溶液

5、中形成的綠色小晶體，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（1928年）,蘭特把碘的大顆粒晶體研磨(ball mill)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。,21,生產(chǎn)偏光片的關(guān)鍵因素,1、碘 2、高分子膜 3、取向（Orientation）,22,第一個(gè)偏光片專利的誕生（美國，發(fā)明者：蘭特）,1、 US patent 2,445,581 (1943) 2、一

6、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,23,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%RH500h；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%RH500h；105 500h的要求。 (4) 聚乙烯偏光膜：用酸為觸媒，將PVA

7、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。,24,TN、STN、TFT偏光片,這是按照LCD顯示方式而分類的 TN(Twisted Nematic):扭曲向列顯示類型 STN(Supper Twisted Nematic):超扭曲向列顯示類型 TFT(Thin Film Transistor):薄膜晶體管顯示類型,25,偏光片的工作原理,TN 型,26,扭曲向列液晶顯示器件（TN-LCD）（1971年1984年）,27,TN-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

8、，在19791984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CRT 5、 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,28,TN-LCD響應(yīng)速度,29,STN型LCD顯示器結(jié)構(gòu)圖(19851990),30,STN-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180270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27

9、0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%,31,STN-LCD液晶分子的傾斜角與約化電壓的關(guān)系,32,TFT-LCD顯示器示意圖,33,TFT L

10、CD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)散以及亮度和對比度的增強(qiáng)。,34,TFT-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

11、容CLC的并聯(lián)。,35,TFT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,36,TN、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，對偏光片要求也最高。,37,STN-LCD以及TFT-LCD兩者2吋面板比較,38,TN、STN、TFT對偏光片的要求（1）,TN：偏振度 95%，單體透過率40%，信賴性要求：40/90%RH500h；70 500h； STN：偏振度 99.5%，單體透過率42%，信賴性要求：60/90%RH500h；80 500h；有光學(xué)補(bǔ)償功能； TFT：偏振度 99.95%，單體