第四章第二节-偏光片知识解析课件.ppt
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1、第四章第四章 液晶显示技术液晶显示技术第二节第二节 偏光片知识介绍偏光片知识介绍产品应用 偏光片或称为偏光膜,其应用范围相当广,在LCD应用上可分为供应TN、STN及TFT用三种等级,主要应用在行动电话、数位相机、PDA、笔记型计算机、桌上型液晶显示器、及未来潜力无穷的TV市场等。除了用于LCD外,亦可用于太阳眼镜、摄影器材滤光镜、防眩护目镜、汽车车头防眩处理及光量调节器,其他尚有偏光显微镜与特殊医疗用眼镜等用途。产品特性 偏光片是利用化工及光学技术,使偏光材料具有偏极散射光的特性,是一种只允许某方向的光线才能透过的光板,用于制作液晶板过程中,必须上下各用一片,且成交错方向置入,主要用途系在有
2、电场与无电场时使光源产生位相差而呈现明暗的状态,用以显示字幕或图案。主要内容偏光片的作用偏光膜的起源偏光膜的制造方法偏光片的结构各层的材质和主要功能偏光片的主要性能指标偏光膜的种类 影响偏光片性能的主要参数LCD用偏光膜的发展LCD用偏光膜的品質特性表面處理偏光片的工廠自適應測試方法及判定標準偏光片的使用方法偏光片的貯存及搬運方法偏光片符号表示系统的介绍偏光片角度的定义和识别偏光片的供应商偏光膜 起偏器-通常又称之为偏光膜(Polarizing Film)或偏光板(Polarizing Plate or Sheet)。英文上另外一个更通俗的称呼是Polarizing Filter。偏光片的作用
3、偏光片的作用 偏光片的作用是使自然光变成线偏振光。偏光片是一种由多层高分子材料复合而成的具有产生偏振光功能的光学薄膜。偏振片偏振片人工制造的一种具有选择性吸收作用的膜片材料:聚合乙烯醇膜,硫酸碘奎宁晶粒起偏原理:由于在制造过程中是将聚合乙烯醇膜处于拉伸状态下蒸镀一层硫酸碘奎宁晶粒,使晶粒沿膜的拉伸方向定向排列。这种膜片具有很强的二向色性,能选择性地吸收某一方向的光振动,使透射光成为线偏振光。一、偏振光与自然光1.横波的偏振性光矢量的振动方向总与光的传播方向垂直,在垂直于光传播方向的平面内,可有不同的振动方向。v0HE只有横波才有偏振现象相关知识 2.线偏振光-光矢量只在某一固定的方向上振动。E
4、播播传传方方向向振振动动面面3.自然光 普通光源发出的光,在垂直于传播方向的平面上,所有可能方向的光矢量E 的振幅都相等。二、起偏和检偏 起偏:使自然光(或非线偏振光)变成线偏振光的过程。检偏:检查入射光的偏振性的过程。双折射现象:一束光射入各向异性晶体后有两束折射光的现象。尼科耳棱镜。在生物样品中,肌肉纤维、骨骼和牙齿等具有各向异性,淀粉粒、染色体和纺锤体等具有双折射性,因此被用于组织细胞的化学研究。尼科尔棱镜尼科尔棱镜寻常光线(o光):遵守折射定律。对于晶体一切方向都具有相同的折射率,且在入射面内传播。非常光线(e光):不遵守折射定律。它的折射率随方向而变化,并且不一定在入射面内传播。o光
5、和e光都是线偏振光,且振动方向相互垂直。二向色性:某些晶体(电气石、硫酸金鸡钠碱晶体等)对光振动有强烈的选择性吸收能力,这种性质称为二向色性。如电气石晶体对自然光的某一振动方向上的光振动几乎完全吸收,而垂直于该方向的光振动只稍微减弱后通过。旋光现象:线偏振光通过某些透明介质后,它的光振动方向将绕着光的传播方向旋转某一角度 的现象,称为旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光.偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光1P2P.偏振光经过旋转
6、的检偏器后光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光1P2P.偏振光经过旋转的检偏器后光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光1P2P.偏光膜的起源 偏光膜是由美国拍立得公司(Polaroid)创始人兰特(Edwin H.Land)于1938年所发明。六十年后的今天,虽然偏光膜在生产技巧和设备上有了许多的改进,但在制程的基本原理和使用的材料上仍和六十年前完全一样。因此,在说明偏光膜的制程原理之前,先简单的叙述一下兰特当时是在什么情况下得到灵感,相信这有助于全面了解偏光膜的制程。偏光膜的起源 兰特于1926年在哈佛大学念书时看了一篇由英国的一位医
7、生Dr.Herapath在1852年发表的论文,内容提到Dr.Herapath的一位学生Mr.Phelps曾不小心把碘掉入 the solutiondisulfate of quinine奎宁化合物溶液,他发现立即就有许多小的绿色晶体产生,Dr.Herapath于是将这些晶体放在显微镜下观察,发现如下图所示:当两片晶体相重叠时,其光的透过度会随晶体相交的角度而改变,当它们是相互垂直时,光则被完全吸收(图1);相互平行时,光可完全透过(图2)。偏光膜的起源 图1:光被完全吸收 图2:光可完全透过偏光膜的起源 这些碘化合物的晶体非常小,所以在实际应用上有了很大的限制,Dr.Herapath花了将近
8、十年的时间来研究如何才能做出较大的偏光晶体,可是他并没有成功。因此,兰特认为这条路可能是不可行的,于是他采用了以下的方式:兰特把大颗粒晶体研磨(ball mill)成微小晶体,并使这些小晶体悬浮在液体中。将一塑料片放入上述的悬浮液中,然后再放入磁场或电场中定向。将此塑料片从悬浮液中取出,偏光晶体就会附盖在塑料片的表面上。将此塑料片留在磁场或电场中,干燥后就成为偏光膜。偏光膜的起源 兰特的方法是将许多小的偏光晶体,有规则的排列好,这就相当于一个大的偏光晶体。他应用上述的方法,在1928年成功的做出了最早问世的偏光膜、J片。这种方法的缺点是费时、成本高和模糊不透明。但兰特已经发现了制造偏光膜的几个
9、重要因素:(1)碘(2)高分子(3)定向(Orientation)。经过不断的研究改进,兰特终于在1938年发明了到现在还在沿用的制造方法。偏光膜的制造方法偏光膜的制造方法 时下最通用的偏光膜是兰特在1938年所发明的片,其制法如下:首先把一张柔软富化学活性的透明塑料板(通常用PVA)浸渍在I2/KI的水溶液中,几秒之内许多碘离子扩散渗入内层的PVA,微热后用人工或机械拉伸,直到数倍长度,PVA板变长同时也变得又窄又薄,PVA分子本来是任意角度无规则性分布的,受力拉伸后就逐渐一致地偏转于作用力的方向,附着在PVA上的碘离子也跟随着有方向性,形成了碘离子的长链。偏光膜的制造方法偏光膜的制造方法
10、因为碘离子有很好的起偏性,它可以吸收平行于其排列方向的光束电场分量,只让垂直方向的光束电场分量通过,利用这样的原理就可制造偏光膜。偏光膜的构造 高分子膜在经过延伸之后,通常机械性质会降低,变得易碎裂。所以在偏光基体(PVA)延伸完后,要在两侧贴上三醋酸纤维(TAC)所组成的透明基板,一方面可做保护,一方面则可防止膜的回缩。此外,在基板外层可再加一层离型膜及保护膜,以方便与液晶槽贴合(如图3)。偏光膜的构造简图(图3)偏光片的基本结构偏光片的基本结构(图图4)偏光片的外观偏光片的外观(图图5)各层的材质和主要功能各层的材质和主要功能偏光层:是由PVA(聚乙烯醇)薄膜经染色拉伸后制成,该层是偏光片
11、的主要部分,也称偏光原膜。偏光层决定了偏光片的偏光性能、透过率,同时也是影响偏光片色调和光学耐久性的主要部分。各层的材质和主要功能各层的材质和主要功能 偏光层的基本加工工艺 按染色方法可分为染料系和碘系两大系列;按拉伸工艺可分为干法拉伸和湿法拉伸两大系列,改变其材料和加工工艺可实现对偏光度、透过率、色调和光学耐久性的调整。各层的材质和主要功能各层的材质和主要功能 偏光PVA膜的特性 偏光膜PVA作为一种使用延伸方法制成的产品,具有以下一些独特的特性:光线选择性:选择通过偏振方向与延伸方向一致的光线通过;温度、湿度敏感性:吸潮或加温后,被拉伸的成线性的分子链将会自动还原回团状的分子链,失去光线选
12、择性。脆弱性:很容易在外力的作用下失去光线选择性。各层的材质和主要功能各层的材质和主要功能 TAC层:由PVA膜制成的偏光层易吸水、褪色而丧失偏光性能,因此需要在其两边用一层光学均匀性和透明性良好的TAC(三醋酸纤维素酯)膜来隔绝水分和空气,保护偏光层。采用具有紫外隔离(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。各层的材质和主要功能各层的材质和主要功能 粘着剂(adhesive):可分为反射膜侧粘着剂和剥离膜侧粘着剂。反射膜侧粘着剂的作用:是将反射膜牢固地粘合在TAC膜上,其工艺要求不允许有再剥离性。剥离膜侧粘着剂是一层压敏胶,它决定了偏光片
13、的粘着性能及贴片加工性能,其性能优劣是LCD偏光片使用者最为关心的问题之一。剥离膜(separate film):为单侧涂布硅涂层的PET(对苯二甲酸乙二醇酯)膜,主要起保护压敏胶层的作用,同时其剥离力的大小对LCD贴片时的作业性有一定影响。各层的材质和主要功能各层的材质和主要功能 保护膜(protective film):为单侧涂布EVA层(乙烯醋酸乙烯共聚物)的PE(聚乙烯)膜,具有低粘性,起保护TAC膜表面的作用。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 1、吸光轴方向 应对吸光轴加以标记或说明。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 2、透过率(Transmittance)偏光片的透
14、过率指标可分为单体(single)、平行(Parallel)、直交(Crossed)三项。通常使用积分球式分光光度计依照JIS-Z-8701对其进行测定。其中,单体透过率指单片偏光片的透过率,平行透过率(H0)指两片吸光轴平行的偏光片叠加后的透过率,直交透过率(H90)指两片吸光轴直交的偏光片叠加后的透过率,在这三项指标中H0和H90影响LCD屏的亮度(H0)和对比度(H0/H90),对LCD制造商十分重要,为了获得高亮度高对比度的良好显示效果,希望H0尽可能的高而H90尽可能的小。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 3、单体色相(Hue)由a、b值来表示,通常使用积分球式分光光度计进行
15、测定。a、b值为CIE(国际照明委员会)Lab表色系统中的色坐标值,一组a、b值所对应的大致颜色可从色坐标图中查得。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 4、偏光度(Polarizing Co-Efficiency)偏光度()是一个计算值,用来表示偏光片产生偏振光的综合效率,该公式可变换为H0/H90=(1+2)/(1-2),可以看出,值越趋近100%,则对比度(H0/H90)越高。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 5、剥离力偏光片的剥离力又分为保护膜剥离力、剥离膜剥离力、对玻璃基板剥离力三项。三种剥离力的测定均使用拉力实验机参照JIS-C-2107标准进行测定,其中保护膜剥离力和
16、剥离膜剥离力的测定是沿180方向剥离,而对玻璃基板则是沿90方向剥离。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 对LCD制造商而言,偏光片对玻璃基板的剥离性能十分重要。如粘贴后短时间(46小时)内剥离困难或剥离后玻板上有残胶,则该偏光片返工性差,贴片不良会导致整块LCD屏报废。但如果剥离力很小,则易造成偏光片在玻璃基板上贴合后压敏胶耐久性和耐湿性能下降以及剥离膜表面凹陷等不良多发,从而影响偏光片的使用性能。偏光片的主要性能指标偏光片的主要性能指标 6、耐久性 偏光片的耐久性测试是将偏光片剥去剥离膜和保护膜后贴合在玻璃基板上,经加压脱泡后放入恒温恒湿箱中,观察其实验前后的变化。其中的发泡剥离指标
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