偏光片原理及種類
原理
目前最通用的偏光膜是蘭特在1938年所發明的H片，其製法如下:首先把透明塑料板(通常用PVA)浸漬在I2 / KI的水溶液中，使碘離子擴散滲入內層的PVA，微熱後拉伸，PVA板變長的同時也變得又窄又薄。PVA分子本來是任意角度無規則性分布的，受力拉伸後就逐漸一致地偏轉於作用力的方向，附著在PVA上的碘離子也跟隨著有方向性，形成了碘離子的長鏈。因為碘離子有很好的起偏性，它可以吸收平行於其排列方向的光束電場分量，只讓垂直方向的光束電場分量通過，製成具有偏光作用的偏光膜，如圖1所示。
最早的偏光片主要由中間能產生偏振光線的PVA膜，再在兩面複合上TAC保護膜組成。為了方便使用和得到不同的光學效果，偏光片供應商應液晶顯示器製造商的要求，又在兩面塗覆上壓敏膠，再覆上離型膜，這種偏光片是最常見到的TN普通全透射偏光片。如果去掉一層離型膜，再複合一層反射膜，就是最普通的反射偏光片。使用的壓敏膠為耐高溫防潮壓敏膠，並對PVA進行特殊浸膠處理（染料系列產品)，所製成的偏光片即為寬溫類型偏光片;在使用的壓敏膠中加入阻止紫外線通過的成份，則可製成防紫外線偏光片;在透射原片上再複合上雙折射光學補償膜，則可製成STN用偏光片;在透射原片上再 複合上光線轉向膜，則可製成寬視角偏光片或窄視角偏光片;對使用的壓敏膠、PVA膜或TAC膜著色，即為彩色偏光片。實際上隨著新型的液晶顯示器產品不斷開發出來，偏光片的類型也愈來愈多。
偏光片的種類
偏光膜的應用範圍很廣，不但能使用在LCD上作為偏光材料，也可用於太陽眼鏡、防眩護目鏡、攝影器材的濾光鏡、汽車頭燈防眩處理及光量調整器，其它還有偏光顯微鏡與特殊醫療用眼鏡
（1）偏光片按功能分類如圖所示
1.透射式偏光片 2.反射式偏光片 3.半透過半反射式偏光片 4.補償型偏片
（2）偏光片按染色方法分類
碘系偏光片：PVA與碘分子相結合，為現今生產偏光膜最主要的方法。容易獲得高透過率、高偏振度的光學特性，但耐高溫高溼的能力較差。
染料系偏光片：將具有二色性的有機染料吸著在PVA上，並加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。不容易獲得高透過率、高偏振度的光學特性，但耐高溫高溼的能力較好。
（3）偏光膜按起偏材料的種類分類
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，現在已不使用這種方法生產。
碘系偏光膜：PVA與碘分子所組成，為現今生產偏光膜最主要的方法。
染料系偏光膜:將具有二色性的有機染料吸著在PVA上，並加以延伸定向，使之具有偏旋光性能;
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構，再加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。
偏光片的結構及特性說明
偏光層:是由PVA C聚乙烯醇)薄膜經染色拉伸後製成，該層是偏光片的主要部分，也稱偏光原膜。偏光層決定了偏光片的偏光性能、透過率，同時也是影響偏光片色調和光學耐久性的主要部分;
TAC層:由PVA膜製成的偏光層易吸水、褪色而喪失偏光性能，因此需要在其兩邊用一層光學均勻性和透明性良好的TAC(三醋酸纖維素酷)膜來隔絕水分和空氣，保護偏光層。採用具有紫外隔離(UV CUT)和防眩(anti- glare)功能的TAC膜可製成防紫外型偏光片和防眩型偏光片;
粘著劑((adhesive):可分為反射膜側粘著劑和剝離膜側粘著劑。反射膜側粘著劑的作用是將反射膜牢固地粘合在TAC膜上，其工藝要求不允許有再剝離性。剝離膜側粘著劑是一層壓敏膠，它決定了偏光片的粘著性能及貼片加工性能，其性能優劣是LCD偏光片使用者最為關心的問題之一;
剝離膜(Cseparatefilm):為單側塗布矽塗層的PET(對苯二甲酸乙二醇醋)膜，主要起保護壓敏膠層的作用，同時其剝離力的大小對LCD貼片時的作業性有一定影響;
保護膜(protective film):為單側塗布EVA層(乙烯醋酸乙烯共聚物)的PEC聚乙烯)膜，具有低粘性，起保護TAC膜表面的作用;
反射膜((reflective film):為單側蒸鋁的PET膜，目前大多使用無指向反射型蒸鋁膜。如將反射膜更換為半透半反膜，則可製成半透半反型偏光片，此外也可使用各種鍍金、鍍銀膜、鐳射膜作為反射膜，以獲得各種底色和鏡面反射等效果。
偏光片工作原理
偏光片的材料是摻雜碘分子的聚合物。由於碘分子沿同一方向排列時具有不對稱的電子(雲)密度，因此不同方向的極化光吸收係數不同。若光線的極化方向與碘分子鏈長軸方向垂直時，則極化光可以完全通過。通常，把極化方向稱為偏光片的吸收軸方向。如圖4所示。只有與吸收軸方向同向的線性偏極光才能透過，否則透過光的強度隨之減弱，直至完全遮蔽。
偏光片製造工藝分析
偏光片的製作主要有延伸法及塗布法，延伸法是目前的主流工藝。目前，生產技術以PVA膜的延伸工藝劃分，有幹法和溼法兩大類;以PVA膜染色方法劃分，有碘染色和染料染色兩大類。
幹法拉伸工藝是指先在一定溫度、溼度的條件下，在隋性氣體環境中將PVA膜拉伸到一定倍率，而後進行染色、固色、複合、乾燥等製備工藝。溼法拉伸工藝是指PVA膜先進行染色，而後在溶液中進行拉伸、固色、複合、乾燥的生產方法，如圖5所示。
溼法拉伸其拉伸倍率較易提高、著色均勻。過去存在PVA膜在液體中較難控制延伸的穩定性，即生產條件不易控制，在製作過程中較易產生斷膜，同時膜收縮率大，產率較低等問題。隨著工藝技術的不斷改進，目前已克服了幅寬等限制，
工藝條件也得到優化，採用溼法拉伸工藝製作的偏光片，在色調均勻性和耐久性方面均優於幹法拉伸工藝。幹法拉伸雖具有可使用較大幅寬的PVA膜進行加工、生產效率較高等優點，但對偏光片的色調均勻性和耐久性有影響，易產生延伸不勻及造成膜表面粗糙等弊端。日、韓、臺灣和大陸偏光片製作廠家均採用溼法拉伸工藝，溼法拉伸工藝技術已成為全球LCD用偏光片生產的基本生產工藝技術。
偏光片生產工藝中的染色方法有碘染色法和染料染色法兩種工藝。碘染色法是指在偏光片染色、拉伸過程中，使用碘和碘化鉀作為二向性介質使PVA膜產生極性化偏光特性。這種染色方法的優點是比較容易獲得99.9%以上的高偏光度和42%以上高透過率的偏光特性。所以在早期的偏光材料產品或需要高偏光、高透過特性的偏光材料產品中大多都採用碘染色工藝進行加工。但這種工藝的不足之處就是由於碘的分子結構在高溫高溼的條件下易於破壞，因此使用碘染色工藝生產的偏光片耐久性較差。
隨著LCD產品使用範圍的擴大，對偏光產品溼熱工作條件的要求越來越苛
刻，已經出現要求在100℃和90% RH條件下工作的偏光片產品需求，對這種工作條件要求，碘染色工藝無法滿足。為滿足這種技術要求，首先由日本化藥公司發明了偏光片生產所需的染料，並由日本化藥的子公司日本波拉公司生產了染料系的高耐久性偏光片產品。利用二向性染料進行偏光片染色工藝所生產的偏光片產品，目前最高可以滿足幹溫1050C x 500HR，溼熱900C x 95%RHx 500HR以下工作條件的使用要求。但這種工藝方法所生產的偏光片產品一般偏光度和透過率較低，其偏光度一般不超過90%、透過率不超過40% } }_價格昂貴。
國內外偏光片的研究動向
偏光片自193 8年被發明以來，製造原理和材料並無太大改變，在製造流程中染色、延伸、貼合、乾燥仍為主要步驟。近年來因為應大型化、車用以及中小型尺寸等不同需求，別在偏光膜上附上不同的功能膜，以追求的目的主要可分為廣視角和高清晰度等，分別敘述如下。
（一）廣視角
隨著LCD的廣泛應用，人們對其視場角特性的要求越來越高。為了達到該目的，人們從兩個為一向進行了研究:1)在原有的結構基礎上通過附加幾層光學補償膜，即扭曲向列型加上光學補償膜，有人將其稱為補償膜模式，.2)開發新的液晶驅動方式，如平面驅動模式、垂直取向模式和光學補償彎曲技術等，其中前二者已經實用化。不管是哪種廣視角技術，都需要有各種光學補償膜作配合，以達到更好的效果。而平面驅動模式由於其特殊的液晶驅動方式，必須在偏光片上添加防靜電功能，以防止液品分子的誤動。這些附加的功能膜都與偏光片貼附在一起，形成所謂的橢圓偏光片等。
利用補償膜補償視角的目的有兩個:1)補償互為正交的偏光片的斜向暗態漏光;2)補償液晶層本身在斜向角度觀察下出現的暗態漏光。前者的補償很簡單，可在兩偏光片的某一片加上α一板即可;後者在理論上可用層層向上對稱於液晶層的補償膜來補償。如今在550 nm附近的視角，能夠很容易就實現在顯示面板的全方位達到800以上。而，當達到這種視角時，黑色顯示中帶紅色的問題就不可迴避。且僅僅採用使550 nm處的相位差板的光程差優化或使在正面卜的波長分散一致的方法很難解決這個問題。日木柯尼卡公司發明了一種帶有光學補償膜的偏光片，用在垂直取向的ECB型顯示裝置上，不僅使視角在所有方向上實現了800以上，而且在黑色顯示時的帶紅色現象顯著降低。
（二）高清晰度
（1）抗眩
光線被過度集中使得觀看時感覺不適，抗眩處理就是利用偏光片表面的凸凹形狀來擴散反射圖像，使其輪廓模糊不清。一般的處理方法有以下幾種:
1)將SiO2等無機微粒子或者丙烯酸類樹脂等有機微粒子分散到粘合劑中，然後將此溶液均勻地塗敷到PET或三醋酸纖維素等基材上;
2)利用噴砂處理或腐蝕處理等使基體材料自身凸凹不平;
3)在膜表面進行壓花處理，以形成精細的花紋。要實現抗眩功能，膜的表面粗糙度需在0.5-2 um的範圍內。若小於這個範圍，就不能滿足抗眩功能，而大於這個範圍時，圖象清晰度反而會下降，且常被外部光線白化。
（2）硬塗層
在偏光片表面塗上硬塗層，可加強偏光片硬度以防山日常生活中的無意刮傷，一也可以增強偏光膜與貼附其上的其它膜層的粘附。般情況下，偏光片的表面硬度要求為3H。日本富士膠捲開發了一種由丙烯酸聚合物、氨基甲酸脂聚合物、環氧聚合物和矽化合物製成的反射膜硬塗層。
（3）防反射
在光線下觀看面板時，由於外部光線的反射會在面板上留卜影像而影響面板的清晰度，因此需將偏光片做增透/低反處理，以防止或降低外部光線的反射。防反射有兩種方法:
1)在基片上貼附一層或多層具有一定折射率的膜，利用從膜的上下兩個界面反射回來的光所產生的相位差而發生相消幹涉，從而防止光的反射;
2)在基片上貼附一層折射率呈梯度變化的膜，使基片與空氣界面的折射率突變有一個過渡，也可達到防反射的目的。
第一種方法需要嚴格控制各膜層的厚度和折射率，尤其是膜層比較多時，會提高生產成本。而第二種方法中要實現折射率梯度同樣也比較困難，基本上還處於實驗室研究階段。不管是哪一種方法，都存在如何獲得具有不同折射率的問題。一般的方法就是在折射率相劉一高的材料中加人另一種折射率低的材，達到使所得膜材折射率可以控制的目的。而現今研究熱點就是製作多孔膜。表1是臺灣力特光電的增透與低反技術比較。
（4）抗汙處理
抗汙處理是要減少膜的表面白由能，從而減小表面張力，使水、油等汙漬在表面的粘力減小，使其容易去掉或不粘。在偏光片中一般不會有單獨的抗汙膜，它常常是在其它功能膜的基礎上經過改進而賦予的附加功能。
（5）增亮膜
為增加面板的亮度和節約能耗，可在偏光板中貼上增亮膜。日前實際使用的增亮膜為3M公司的DBEF與日東的PCF兩種，此外還有臺灣的精邁科技發明的利用膽固醇液晶的CBEF增亮膜，但是尚未量產。當光通過下層偏光片時，有50%的光被吸收而浪費掉。而3M公司的DBEF就是將原本被吸收的50%偏振光重複利用。背光源發出的光可分解成偏振方向垂直的兩束光線，分別稱為P光和S光，該膜可允許P光通過，而將S光反射回來重複利用再變成P光和S光，如此反覆循環可增加亮度至60%;李樂介紹了一種通過分子工程，利用膽甾相液晶製成單層超寬帶反射型偏光片:這項新技術的基礎依據聚合誘導分子再分布的機理，實現膽街相液晶在空間的非線性螺距分布，從而使與液晶螺旋方向一致的偏振光被反射回去重新利用，而相反方向的偏振光則可完全通過。
為了滿足各種需求，需要在原偏光片上貼附許多其它功能膜，這樣就會出現偏光片變厚、透過率下降、工序複雜、成本上升等問題。因此，現在偏光片的發展趨勢就是研究多功能膜，即將多種功能集於一身，使偏光片向薄膜化方向發展。美國公司研製了一種防反射膜fuel，其首先在基體上塗布一層硬塗層，然後在其上製備一層防反射層。由於防反射層的材料為矽氧烷低聚物與具有氟烷基結構和聚矽氧烷結構的化合物，使其在具有防反射功能的同時，也具有優越的抗刮擦性能和防汙性能。同時，通過在硬塗層中加人微粒子而形成凹凸不平的表面而具有抗眩功能。
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