1、湖北理工學(xué)院數(shù)理學(xué)院液晶工藝基礎(chǔ)結(jié)課論文論文題目：偏光片的性能研究及其應(yīng)用 指導(dǎo)教師： 余宏生 教授 組 員： 班級(jí)姓名學(xué)號(hào)分工成績(jī)?cè)u(píng)定物理1班李超贏201141220147論文撰寫物理1班徐維201141220143PPT撰寫物理1班余威201141220130論文講解2013-2014學(xué)年第2學(xué)期偏光片的性能研究及其應(yīng)用李超贏，徐維，余威（湖北理工學(xué)院 數(shù)理學(xué)院,湖北 黃石 435000）摘要：全文介紹了偏光片的光學(xué)性能、耐久性能、粘接特性等性能及影響偏光片性能指標(biāo)的主要因素，偏光片的檢驗(yàn)與獲得和偏光片在液晶顯示器、3D眼鏡、交通中和投影儀中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：偏光片、性能、測(cè)試方法、液晶、3

2、D、投影儀中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 文章編號(hào)：The Research of Polaroid performance and its applicationChaoying Li， Wei Xu， Wei Yu（School of Mathematics and Physics, Hubei Polytechnic University, Hubei Huangshi 435000,）Abstract：Full text introduces the optical performance and durability of the polaroid, adhesion character

3、istics such as performance, and the main factors influencing the polaroid performance index, polaroid inspection and obtaining and polaroid in liquid crystal display, 3 d glasses, traffic and the application of the projector.Key words: polaroid, performance, test method, liquid crystal, 3D, projecto

4、r0 引言偏光片的全稱偏振光片，液晶顯示器的成像必須依靠偏振光，所有的液晶都有前后兩片偏振光片緊貼在液晶玻璃，組成總厚道1mm左右的液晶片。如果少了任何一張偏光片，液晶片都不能顯示圖像。偏光片是液晶顯示器重要材料之一，是將聚乙烯醇（PVA）拉伸膜和醋酸纖維素膜（TAC）經(jīng)多次復(fù)合、拉伸、涂布等工藝制成的一種復(fù)合材料，可實(shí)現(xiàn)液晶顯示高亮度、高對(duì)比度特性。偏光片約占TFT-LCD面板成本的10%左右。由于其生產(chǎn)技術(shù)匯集了高分子材料、微電子、光電子、薄膜、高純化學(xué)及計(jì)算機(jī)控制等多種技術(shù)，因此，偏光片具有較高的技術(shù)含量。1偏光片的性能LCD偏光片的基本性能指標(biāo)主要有：光學(xué)性能、耐久性能、粘接特性、外觀

5、性能以及其它特殊性能幾個(gè)方面。1.1偏光片的光學(xué)性能偏光片的光學(xué)性能包括：偏振度、透光率和色調(diào)三項(xiàng)主要性能指標(biāo)，其它還包括防紫外線性能以及半透射型偏光片半透膜的透光率、全反射率和漫反射率指標(biāo)。在一般LCD產(chǎn)品的使用中，要求偏振度和透光率性能指標(biāo)越高越好。偏振度和透光率越高，LCD顯示器件的顯示效率就越高，相對(duì)能耗就小。但對(duì)常規(guī)碘染色的偏光片產(chǎn)品而言，偏振度和透光率是一對(duì)矛盾，偏振度越高，透光率就會(huì)越低，而且還要受到色調(diào)的約束，因此一般普通型偏光片產(chǎn)品的偏振度都在9099%之間，透光率在41%44%之間。三利譜偏光片透射型透光率在42%以上，偏振度在98%以上；反射型反射率在27%以上，偏振度在

6、98%以上；半透射系列透光率為424%，反射率為1628%，偏振度在98%以上；黑白STN系列透光率在42%以上，偏振度在98%以上；彩色STN系列透光率在42%以上，偏振度在99.9%以上；OLED系列透光率在43%以上，偏振度在99.9%以上；3D系列透光率在41%以上，偏振度在98%以上；TFT系列透光率在43%以上，偏振度在99.9%以上。色調(diào)指標(biāo)主要為滿足人們的視覺(jué)習(xí)慣，同時(shí)要求偏光片產(chǎn)品的色調(diào)偏差要小，以保證LCD產(chǎn)品最終色調(diào)的一致性，這主要由偏光片產(chǎn)品的色度坐標(biāo)參數(shù)值和它們的控制公差范圍來(lái)標(biāo)識(shí)，一般控制公差的范圍越小越好。1.2偏光片的耐久性能偏光片的耐久性技術(shù)指標(biāo)包括耐高溫、耐

7、濕熱、耐低溫和耐冷熱沖擊四項(xiàng)，其中最重要的是耐濕熱性能指標(biāo)的高低。耐高溫是指偏光片在恒定烘烤溫度下的耐溫工作條件，目前根據(jù)偏光片的技術(shù)等級(jí)，通常分為通用型：工作溫度為70500HR；中耐久型：工作溫度為80500HR；高耐久型：工作溫度在90500H以上這三個(gè)等級(jí)。耐濕熱技術(shù)指標(biāo)是指偏光片在恒溫恒濕條件下的耐濕熱工作性能，通常也分為三個(gè)技術(shù)等級(jí)，即通用型：濕熱工作條件為4090%RH500HR；中耐久型：濕熱工作條件為6090%RH500HR；高耐久型：濕熱工作條件為：7095%RH500HR以上。由于構(gòu)成偏光膜的基本材料PVA膜和碘及碘化物都是極易水解的材料，同時(shí)也由于偏光片所使用的壓敏膠在

8、高溫高濕條件下容易劣化，因此，在偏光片的耐久性技術(shù)指標(biāo)中最重要的就是耐高溫和耐濕熱指標(biāo)，如果耐高溫和耐濕熱指標(biāo)通過(guò)，其它耐久性能指標(biāo)通常都不會(huì)發(fā)生問(wèn)題。1.3偏光片的粘結(jié)性能偏光片的粘接特性技術(shù)指標(biāo)主要指偏光片壓敏膠的各項(xiàng)特性，一般包括：壓敏膠與玻璃基板之間的剝離力、壓敏膠與剝離膜之間的剝離力、偏光片保護(hù)膜與偏光片之間的剝離力以及壓敏膠的粘接耐久性。壓敏膠與玻璃基板之間的剝離力也稱粘合劑的粘接強(qiáng)度，這是LCD偏光片產(chǎn)品最重要的粘接特性指標(biāo)。這個(gè)技術(shù)指標(biāo)通常用日本電子機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)規(guī)格EIAJ-ED-2521A標(biāo)準(zhǔn)來(lái)加以測(cè)定，以g/25mm為單位來(lái)表示，通常LCD偏光片壓敏膠對(duì)玻璃基板的剝離力都規(guī)

9、定在500g/25mm以上，而實(shí)際使用中上限一般在1,000g/25mm以下。有實(shí)際的事例表明，當(dāng)粘合劑對(duì)玻璃基板的剝離力在500g/25mm以下時(shí)，會(huì)發(fā)生偏光片在玻璃屏表面粘合后自動(dòng)剝離和翹曲的現(xiàn)象。1.4影響偏光片性能指標(biāo)的主要因素影響偏光片性能的主要因素都與偏光片的基本性能指標(biāo)有關(guān)。影響偏光片光學(xué)性能技術(shù)指標(biāo)的主要影響因素包括：偏光膜材料的選擇、染色材料的選擇、偏光膜染色、拉伸工藝條件的選擇以及設(shè)備能力的限制。這些都涉及到偏光片生產(chǎn)的核心技術(shù)，因此偏光片生產(chǎn)企業(yè)對(duì)這些材料和工藝條件的選擇都是十分慎重的，一般不會(huì)輕易變更。一旦偏光片生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品為客戶所認(rèn)定通過(guò)，偏光片生產(chǎn)企業(yè)就會(huì)采取嚴(yán)格

10、的生產(chǎn)質(zhì)量管理措施，來(lái)保證偏光片產(chǎn)品光學(xué)性能的穩(wěn)定。偏光片產(chǎn)品耐久性技術(shù)指標(biāo)實(shí)際包括二個(gè)方面的耐久性指標(biāo)：偏光片的耐久性和壓敏膠粘合劑的耐久性。影響偏光片耐久性的主要影響因素包括：偏光片基本材料的選擇、染色材料的選擇以及偏光片染色、拉伸、復(fù)合的工藝條件等要素。一般而言，偏光片所選用的PVA膜分子量越大、拉伸倍率越高，則偏光片的耐久性越好，反之也是一樣。同時(shí)偏光片在生產(chǎn)過(guò)程中的著色度越好，所用染料的抗解能力越強(qiáng)，則偏光片的耐久性也就越好，因此染料系偏光片的耐久性要遠(yuǎn)好于碘染色系偏光片產(chǎn)品的耐久性。影響壓敏膠粘合劑耐久性的主要因素包括：粘合劑配方的選擇、粘合劑溶劑的選擇、粘合劑調(diào)和工藝條件的選擇、

11、粘合劑干燥工藝條件的選擇以及粘合劑儲(chǔ)存條件的選擇。應(yīng)該注意，粘合劑的耐久性指標(biāo)是一個(gè)綜合性指標(biāo)，它的影響是多方面的，而且這是偏光片生產(chǎn)的另一個(gè)核心技術(shù)，一般偏光片生產(chǎn)企業(yè)在確定了粘合劑的工藝條件之后都不會(huì)輕易改變，并且有著嚴(yán)格的工藝質(zhì)量管理要求，否則極易造成批量的產(chǎn)品不良。2偏光片的檢驗(yàn)與偏振光2.1偏光片的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)高溫貯存試驗(yàn)條件：70500h；判斷標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)误w透過(guò)率（T）、偏振度變化（P）5%、無(wú)曲翹、氣泡、分層、剝離。高溫高濕試驗(yàn)條件：4095%RH500h；判斷標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)误w透過(guò)率、偏振度變化3 %、無(wú)曲翹、氣泡、分層、剝離。耐寒試驗(yàn)條件：-40500h；判斷標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)误w透過(guò)率、偏振度變化

12、3%、無(wú)曲翹、氣泡、分層、剝離。2.2測(cè)試方法（1）外觀尺寸測(cè)試環(huán)境條件如果沒(méi)有特別注明，測(cè)試在室溫條件下進(jìn)行（232，605%RH）。尺寸檢驗(yàn)：在室溫下，用直尺和量角儀，分別測(cè)量產(chǎn)品的長(zhǎng)度、寬度以及角度，測(cè)量結(jié)果應(yīng)符合要求。整片厚度：厚度用千分尺測(cè)量三次，并取三次測(cè)量的平均值。壓敏膠厚度：用千分尺測(cè)出附有壓敏膠和剝離膜時(shí)的厚度d1，撕下剝離膜，用甲苯將壓敏膠清洗干凈，再將剝離膜附上，測(cè)出厚度d2。壓敏膠層厚度d=d1-d2，至少測(cè)試3個(gè)點(diǎn)，得到平均值，數(shù)據(jù)應(yīng)符合要求。外觀檢驗(yàn)：40W日光燈下，人眼距離偏光片20cm處觀察各種點(diǎn)狀缺陷，平均直徑L大于0.15mm計(jì)數(shù)，小于0.15mm忽略不計(jì)。

13、（2）光學(xué)性能測(cè)試光學(xué)性能檢驗(yàn)單體透過(guò)率，用分光光度計(jì)測(cè)試400nm到700nm的光譜曲線，用人眼視覺(jué)函數(shù)曲線進(jìn)行修正，得到光學(xué)平均值，數(shù)據(jù)應(yīng)符合要求。偏光片的光學(xué)性能主要用三個(gè)參數(shù)來(lái)判定：透光率T、偏振度P和色調(diào)。透光率T定義為T=I/I0，其中I0表示入射自然光的光強(qiáng)，I表示偏光片的透射光強(qiáng)。透光率表征了偏光片對(duì)光能量的傳遞比例。偏振度P定義為P=（I-I）/（I+I），其中I和I分別表示兩個(gè)偏光片組合時(shí)，透光軸平行和垂直時(shí)所對(duì)應(yīng)的透射光強(qiáng)。偏振度表征了當(dāng)自然光入射到偏光片后，透射光中完全偏振光所占的比率，它表示偏光片的起偏程度，愈接近1愈好。在實(shí)際應(yīng)用中，偏光片有一定的最佳偏振區(qū)，透光率

14、最高可達(dá)42%以上，偏振度可達(dá)99.9以上；耐溫性H片稍差，約60左右，而K片可達(dá)80以上，目前生產(chǎn)和使用以H片和K片為主，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)較為普遍的是H片。色調(diào)，顯示產(chǎn)品外觀顏色特征，由400nm到700nm的光譜曲線，根據(jù)CIE-1976標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算得到的數(shù)據(jù)應(yīng)符合要求。 （3）粘接力測(cè)試粘接力檢驗(yàn)，與玻璃粘接力，切割偏光片樣品25mm寬，180mm長(zhǎng)，從一端剝掉剝離膜135mm，用膠輥將樣品貼在玻璃上，壓力為2kg，然后靜置1小時(shí)。在材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行90剝離測(cè)試，行進(jìn)速度為200mm/min，測(cè)得的數(shù)據(jù)作為與玻璃粘接力。至少測(cè)試3個(gè)樣品，得到峰值的平均值作為與玻璃的剝離力。剝離膜，切割樣品，大小為

15、25mm寬，175mm長(zhǎng)，將剝離膜剝開(kāi)75mm，剩下100mm長(zhǎng)，然后將偏光片固定住，用夾子夾住剝離膜，以500mm/min的速度進(jìn)行剝離，測(cè)出的數(shù)據(jù)即為剝離力。至少測(cè)試3個(gè)樣品，得到峰值的平均值作為剝離膜的剝離力。外保護(hù)膜，用和剝離膜同樣的方法進(jìn)行測(cè)試。反射膜，用和剝離膜同樣的方法進(jìn)行測(cè)試。耐久性檢驗(yàn)，切割樣品，大小為20mm寬，50mm長(zhǎng)，將樣品貼合在玻璃上，按前面的條件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)后樣品應(yīng)符合要求。2.3偏振光光有五種偏振狀態(tài)，即自然光、部分偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光以及線偏振光，這五種偏振狀態(tài)如何產(chǎn)生又如何檢驗(yàn)是哪種偏振光，是普通物理光學(xué)教材都予以介紹過(guò)的。普通光源，電致發(fā)光如燈泡

16、，化學(xué)反應(yīng)和熱致發(fā)光如燃燒等，發(fā)出的光是自然光；自然光經(jīng)過(guò)透明材料的折射和反射可以獲得部分偏振光；自然光和部分偏振光通過(guò)尼科耳棱鏡等偏光元件可以變成線偏振光。自然界的大多數(shù)光源發(fā)出的都是自然光，但把光源放在強(qiáng)磁場(chǎng)中，電子作拉莫爾進(jìn)動(dòng)，其電磁輻射就是圓偏振光或者橢圓偏振光。獲得橢圓偏振光的簡(jiǎn)單方法是用一塊尼科耳棱鏡和一枚云母片，或一張偏光片和一張補(bǔ)償膜，自然光經(jīng)過(guò)偏光片就變成線偏振光，線偏振光通過(guò)補(bǔ)償膜一般情況下就變成橢圓偏振光，特殊情況下變成圓偏振光或還是線偏振光。3 偏光片的應(yīng)用 偏光片的應(yīng)用主要有液晶顯示器、3D眼睛、司機(jī)用防眩光眼鏡、偏光太陽(yáng)鏡、教學(xué)多媒體投影等。3.1液晶顯示器 偏光片

17、的全稱應(yīng)該是偏振光片，學(xué)過(guò)物理的應(yīng)該知道什么是偏振光，液晶顯示器的成像必須依靠偏振光，所有的液晶都有前后兩片偏振光片緊貼在液晶玻璃，組成總厚度1mm左右的液晶片。如果少了任何一張偏光片，液晶片都是不能顯示圖像的。圖1 液晶顯示器結(jié)構(gòu) 如上圖在液晶顯示器工作時(shí)，背光源(燈管)射出光線經(jīng)過(guò)一個(gè)偏光板，然后再經(jīng)過(guò)液晶，到達(dá)前方的彩色濾光片與另一塊偏光板。根據(jù)其間電壓的變化控制液晶分子的排列方式就可以實(shí)現(xiàn)不同的光線強(qiáng)度與色彩，從而在液晶顯示屏上形成豐富多彩的圖像效果。但是普通液晶顯示器面對(duì)眼睛的那張偏光片是經(jīng)過(guò)磨砂處理的，以消散表面反光，并且把光散射以增加液晶顯示器的視角。3.2 3D眼鏡人眼立體感產(chǎn)

18、生的主要原因是左右眼看到的畫(huà)面不同，左右眼位置不同所以畫(huà)面會(huì)有一些差異。目前主流的3D顯示技術(shù)分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。其中電影院目前主流的是被動(dòng)式技術(shù)，采用雙投影機(jī)實(shí)現(xiàn)3D顯示。被動(dòng)式采用的是偏振3D成像。圖2 未處理的3D圖片首先3D電影處理之前是圖2這樣的，上圖中左右兩圖是不一樣的，分別是左右眼看到的圖像，之后經(jīng)過(guò)3D電影播放機(jī)處理后，由偏振光的模式顯示出來(lái)。圖3 處理后的3D電影 偏振3D成像原理是，如圖3，將顯示畫(huà)面光分為橫向和縱向兩種，偏振3D眼鏡的左眼和右眼分別裝上橫偏振片和縱偏振片，橫偏振光只能通過(guò)橫偏振片，縱偏振光只能通過(guò)縱偏振片。這樣就保證了左邊相機(jī)拍攝的東西只能進(jìn)入左眼，右邊相機(jī)拍攝到的東西只能進(jìn)入右眼，這樣看到的影像就立體了。3.3 交通中的應(yīng)用 汽車夜間在公路上行駛與對(duì)面的車輛相遇時(shí)，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開(kāi)小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對(duì)面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時(shí)，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。另外，在陽(yáng)光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過(guò)來(lái)的耀眼的陽(yáng)光，常會(huì)使眼睛睜不開(kāi)。由于光是橫波，所