偏光片原理及技术教学课件.ppt

1、偏光片原理及技术深圳市深纺乐凯光电子材料有限公司2009.09.011目目 录录一、偏振光简介一、偏振光简介二、偏光片生产技术浅析二、偏光片生产技术浅析三、偏光片产业现状概述三、偏光片产业现状概述2一、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、光的偏振状态、光的偏振状态4 4、偏振光的定义、偏振光的定义5 5、偏振光的产生、偏振光的产生3光的理解光的理解人类对光的了解依序可分成以下四个重要阶段：1.1.十七世纪中，牛顿的混色原理。十七世纪中，牛顿的混色原理。2.2.十九世纪初，杨氏十九世纪初，杨氏(Thomas Young)(Thomas Young)的光的波动理

2、论。的光的波动理论。3.18733.1873年，马克斯威尔的电磁波理论。年，马克斯威尔的电磁波理论。4.4.二十世纪初，爱因斯坦利用量子学解释了光同时具有波动二十世纪初，爱因斯坦利用量子学解释了光同时具有波动及粒子两种特性。及粒子两种特性。4自然光自然光普通光源发光：普通光源发光：在在垂直传播方向的平面内垂直传播方向的平面内各个方向各个方向的光振动全有的光振动全有各个振动各个振动方向的强度相等方向的强度相等乱乱是各个振动的是各个振动的无规混杂无规混杂5光的偏振状态光的偏振状态v光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，

3、相对于传播方向不具有对称性，这种横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，这种光矢量光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性v线偏振光线偏振光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线偏振光的图示线偏振光的图示u在纸面内振动在纸面内振动垂直纸面的振动垂直纸面的振动6偏振光的定义偏振光的定义v电磁波理论电磁波理论电场(E)、磁场(H)与电磁波进行的方向(k)7当光的电场向量当光的电场向量E E的分布不均时就称之为的分布不均时就称之为偏极化偏极化(Polarization)(Polarization)这样的光就称为偏

4、极光（偏振光）这样的光就称为偏极光（偏振光）v1、偏极光的理论是用波动学来解释的 v2、在此光仅理解为电磁波v3、只考虑其电场向量E8非偏振光、部分偏振光和非偏振光、部分偏振光和线性偏振光（当线性偏振光（当E E只在一个方向振动）只在一个方向振动）9偏振光的产生偏振光的产生v一般而言，制造偏振光的方法是由以下三个步骤：1.1.制造普通非偏振光。制造普通非偏振光。2.2.分解此非偏振光为两个相互垂直的线性偏振光。分解此非偏振光为两个相互垂直的线性偏振光。3.3.舍弃一条偏振光，应用另一条偏振光。舍弃一条偏振光，应用另一条偏振光。10制造偏振光的例子制造偏振光的例子 使自然光通过一系列玻璃片重叠在

5、一起的玻璃堆，并使入射使自然光通过一系列玻璃片重叠在一起的玻璃堆，并使入射角为起偏角，则透射光近似地为线偏振光。角为起偏角，则透射光近似地为线偏振光。pi1.51.51.51.01.01.01.011二、偏光片生产技术浅析二、偏光片生产技术浅析12偏光片的定义偏光片的定义v是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片上从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向的光振动分

6、量通过，即只允许沿某一特定方向的光通过方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件，叫做的光学器件，叫做偏光片偏光片。这个特定的方向叫做。这个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特别说明：本文所述的偏光片是由高分子材料加工而成。特别说明：本文所述的偏光片是由高分子材料加工而成。13腰横别扁担进不了城门腰横别扁担进不了城门偏光片的理解偏光片的理解通光方向通光方向形象说明偏形象说明偏光片的原理光片的原理14形象说明偏光片的作用形象说明偏光片的作用 15再看一个实验再看一个实验v1、当偏光片光轴平行时，光通过最大；v2、当偏光片光轴垂直时，光

7、通过最小；v3、当偏光片光轴夹角介于0-90之间，光通过也介于最大与最小之间。16看一个实例看一个实例 玻璃门反光很强玻璃门反光很强带上偏光眼镜后带上偏光眼镜后带上偏光眼镜，并带上偏光眼镜，并调整好观察角度调整好观察角度17偏光片的应用偏光片的应用 18偏光片的起源偏光片的起源v美国拍立得公司美国拍立得公司(Polaroid)(Polaroid)创始人兰特创始人兰特(Edwin H.(Edwin H.Land)Land)于于19381938年所发明。年所发明。v灵感来源于碘掉入磺酸奎宁溶液中形成的绿色小晶灵感来源于碘掉入磺酸奎宁溶液中形成的绿色小晶体，具有特异的光学性能。体，具有特异的光学性能

8、。19最早在实验室里诞生的偏光片（最早在实验室里诞生的偏光片（19281928年）年）v兰特把碘的大颗粒晶体研磨兰特把碘的大颗粒晶体研磨(ball mill)(ball mill)成微小晶体，并使成微小晶体，并使这些小晶体悬浮在液体中；这些小晶体悬浮在液体中；v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；定向；v将此塑料片从悬浮液中取出，碘晶体就会附盖在塑料片的表将此塑料片从悬浮液中取出，碘晶体就会附盖在塑料片的表面上；面上；v将此塑料片留在磁场或电场中，干燥后就成为偏光膜；将此塑料片留在磁场或电场中，干燥后就成为偏光膜；v缺点

9、：费时、成本高和模糊不透明，没有商业价值。缺点：费时、成本高和模糊不透明，没有商业价值。20生产偏光片的关键因素生产偏光片的关键因素v1、碘v2、高分子膜v3、取向（Orientation）21第一个偏光片专利的诞生第一个偏光片专利的诞生（美国，发明者：兰特）（美国，发明者：兰特）v1 1、US patent 2,445,581(1943)US patent 2,445,581(1943)v2 2、一张柔软富化学活性的透明塑料板、一张柔软富化学活性的透明塑料板(通常用通常用PVA)PVA)v3 3、I I2 2/KI/KI的水溶液作为浸渍液的水溶液作为浸渍液v4 4、取向、取向v5 5、I I

10、2 2的固定的固定v6 6、干燥、干燥22偏光片的种类偏光片的种类v(1)(1)金属偏光膜金属偏光膜 ：将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上，再加：将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上，再加以还原，使棒状金属有起偏的能力，没有产业化。以还原，使棒状金属有起偏的能力，没有产业化。v(2)(2)碘系偏光膜碘系偏光膜 ：PVAPVA与碘分子所组成，为现今生产偏光膜最主要的方与碘分子所组成，为现今生产偏光膜最主要的方法。信赖性最高可满足法。信赖性最高可满足60/90%RH60/90%RH500h500h；80 80 500h500h的要求。的要求。v(3)(3)染料系偏光膜：将具有二色性的有机染料

11、吸着在染料系偏光膜：将具有二色性的有机染料吸着在PVAPVA上，并加以延上，并加以延伸定向，使之具有偏光性能。信赖性最高可满足伸定向，使之具有偏光性能。信赖性最高可满足90/95%RH90/95%RH500h500h；105 105 500h500h的要求。的要求。v(4)(4)聚乙烯偏光膜：用酸为触媒，将聚乙烯偏光膜：用酸为触媒，将PVAPVA脱水，使脱水，使PVAPVA分子中含一定量乙分子中含一定量乙烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏光性能。烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏光性能。23TNTN、STNSTN、TFTTFT偏光片偏光片v这是按照这是按照LCDLCD显示方式而分类的显示方式而

12、分类的vTN(Twisted Nematic):TN(Twisted Nematic):扭曲向列显示类型扭曲向列显示类型vSTN(Supper Twisted Nematic):STN(Supper Twisted Nematic):超扭曲向列显示类超扭曲向列显示类型型 vTFT(Thin Film Transistor):TFT(Thin Film Transistor):薄膜晶体管显示类型薄膜晶体管显示类型 24偏光片的工作原理偏光片的工作原理 TN型25 扭曲向列液晶显示器件扭曲向列液晶显示器件（TN-LCDTN-LCD）（19711971年年19841984年）年）26TN-LCDTN

13、-LCD的特点的特点1、最常见的一种液晶显示器件、最常见的一种液晶显示器件2、结构简单，易于制造、结构简单，易于制造3、耗电量极低、耗电量极低4、1971年由瑞士人发明年由瑞士人发明,生产技术在日本迅速发展成熟，在生产技术在日本迅速发展成熟，在19791984年年间，其产量年均增长间，其产量年均增长38%,成本年递减成本年递减18%，销售额年增长，销售额年增长12%，在显示，在显示器件领域的地位仅次于器件领域的地位仅次于CRT5、TN-LCD的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数（的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数（16线以下）线以下）驱动的简单字符显示驱动的简单字符显示6、电

14、光响应前沿不够陡峭，反应速度慢，阈值效应不明显、电光响应前沿不够陡峭，反应速度慢，阈值效应不明显7、不能实现大容量显示、彩色显示和动态显示、不能实现大容量显示、彩色显示和动态显示27TN-LCDTN-LCD响应速度响应速度 28STNSTN型型LCDLCD显显示示器器结结构构图图(1985(19851990)1990)29STN-LCDSTN-LCD的发展及特点的发展及特点1 1、8080年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到180180270270时，就可大大提高电光特性的响应速度时，就可大大提高电光特性的响应

15、速度2 2、随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到、随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到270270时，斜率达到无穷大时，斜率达到无穷大3 3、曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角、曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角4 4、19851985年年19901990年年,LCD,LCD销售额年均增长率达销售额年均增长率达32%32%。此阶段发展最快的是。此阶段发展最快的是STN-LCD,STN-LCD,它从发明到批量生产仅用了五年时间它从发明到批量生产仅用了五年时间5 5、由于、由于STN-LCDSTN-LCD具有扫描线多、视角较宽、对

16、比度好等特点具有扫描线多、视角较宽、对比度好等特点 ,很快在大信息容量显很快在大信息容量显示的膝上型、笔记本型、掌上型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译示的膝上型、笔记本型、掌上型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译机及其它办公和通信设备（手机）中获得广泛应用机及其它办公和通信设备（手机）中获得广泛应用,并成为该时代的主流产品并成为该时代的主流产品6 6、19901990年销售额年销售额1515亿美元亿美元,占整个占整个LCDLCD市场的市场的83%83%30STN-LCDSTN-LCD液晶分子的倾斜角液晶分子的倾斜角与约化电压的关系与约化电压的关系 31TFT-LCDTFT-LCD

17、显示器示意图显示器示意图偏光片(上)TFT封蜡TABDriver LSI扩散片间隔圈导光板反射膜CCFL偏光片偏光片(下下)像素电子电容液晶PI 普通电子涂料颜色过滤黑色基质玻璃物质ACF 32 TFT LCD面板都是由一些零部件包括玻璃基板，液晶，塑料框架和光学薄膜而组成的。光学薄膜在TFT LCD模块中发挥着重要的作用，比如协助控制，扩散以及亮度和对比度的增强。33TFT-LCDTFT-LCD的特点的特点1 1、同一般液晶显示器类似，两片玻璃板之间封入普通、同一般液晶显示器类似，两片玻璃板之间封入普通TNTN型液晶型液晶2 2、不同的是在玻璃基板上要放置扫描线和寻址线（行、列线），在交点上

18、、不同的是在玻璃基板上要放置扫描线和寻址线（行、列线），在交点上再制作上再制作上TFTTFT有源器件和像素电极。上玻璃板是一共用电极，如果是彩有源器件和像素电极。上玻璃板是一共用电极，如果是彩色显示，则还要在上面用微细加工方式（染色法，或印刷法）制作上与色显示，则还要在上面用微细加工方式（染色法，或印刷法）制作上与下面矩阵对应的下面矩阵对应的R R、G G、B B滤色膜。滤色膜。TFTTFT的栅极的栅极G G接扫描电压主，漏极接扫描电压主，漏极D D接信接信号电压，源极号电压，源极S S接接ITOITO像素电极，与液晶像素串联，液晶像素可以等效成像素电极，与液晶像素串联，液晶像素可以等效成一个

19、电阻一个电阻R RLCLC和一电容和一电容C CLCLC的并联。的并联。34TFTTFT有源矩阵显示器件像素有源矩阵显示器件像素等效电路及驱动波形等效电路及驱动波形 C CGPGP-分布电容；分布电容；C CSTST-补偿电容；补偿电容；R RONON-导通电阻；导通电阻；R ROFFOFF-截止电阻截止电阻 由于超扭曲液晶显示器的发明及由于超扭曲液晶显示器的发明及TFT液晶显示技术的突破，液晶显示技术的突破，LCD技术技术进入了大容量化的新阶段，使便携计算机和液晶电视等新产品得以开发，进入了大容量化的新阶段，使便携计算机和液晶电视等新产品得以开发，并迅速商品化。并迅速商品化。LCD市场需求量

20、大幅度增长市场需求量大幅度增长35TNTN、STNSTN、TFTTFT显示比较显示比较vTNTN是最基本的是最基本的LCDLCD显示方式，只能显示黑白字段，画面分辨显示方式，只能显示黑白字段，画面分辨率低，适于静态图像显示。制作成本最低，对偏光片要求不率低，适于静态图像显示。制作成本最低，对偏光片要求不高；高；vSTNSTN是超扭曲型，可以显示彩色，分辨率有所提高，在小尺是超扭曲型，可以显示彩色，分辨率有所提高，在小尺寸色彩还原性接近寸色彩还原性接近TFTTFT，可显示静态图像及部分动画。制作，可显示静态图像及部分动画。制作成本适中，对偏光片有光学补偿功能的要求；成本适中，对偏光片有光学补偿功

21、能的要求；vTFTTFT是点像素控制显示，分辨率最高，色彩还原性最好，显是点像素控制显示，分辨率最高，色彩还原性最好，显示效果与常规的示效果与常规的CRTCRT相当。但制作成本最高，对偏光片要求相当。但制作成本最高，对偏光片要求也最高。也最高。36STN-LCD以及TFT-LCD两者2吋面板比较37TNTN、STNSTN、TFTTFT对偏光片的要求（对偏光片的要求（1 1）vTNTN：偏振度：偏振度 95%95%，单体透过率，单体透过率40%40%，信赖性要求：，信赖性要求：40/90%RH40/90%RH500h500h；70 70 500h500h；vSTNSTN：偏振度：偏振度 99.5

22、%99.5%，单体透过率，单体透过率42%42%，信赖性要求：，信赖性要求：60/90%RH60/90%RH500h500h；80 80 500h500h；有光学补偿功能；有光学补偿功能；vTFTTFT：偏振度：偏振度 99.95%99.95%，单体透过率，单体透过率43%43%，信赖性要求：，信赖性要求：60/90%RH60/90%RH500h500h；80 80 500h500h；有；有AGAG、HCHC、WVWV等功能。等功能。38TNTN、STNSTN、TFTTFT对偏光片的要求（对偏光片的要求（2 2）v偏光片外观品质要求偏光片外观品质要求：（对下例疵点有严格的控制要求）（对下例疵点有严格的控制要求）v偏光片中的异物及未溶的树脂偏光片中的异物及未溶的树脂v胶层中出现的异物及不溶物胶层中出现的异物及不溶物v保护膜或离型膜等辅助材料上的光学疵点保护膜或离型膜等辅助材料上的光学疵点v生产环境必须保证相应的净化要求生产环境必须保证相应的净化要求vTNTN、STNSTN、TFTTFT对偏光片外观品质的要求对偏光片外观品质的要求依次递增依次递增39