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1、湖北理工学院数理学院液晶工艺基础结课论文论文题目：偏光片的性能研究及其应用 指导教师： 余宏生 教授 组 员： 班级姓名学号分工成绩评定物理1班李超赢201141220147论文撰写物理1班徐维201141220143PPT撰写物理1班余威201141220130论文讲解2013-2014学年第2学期偏光片的性能研究及其应用李超赢，徐维，余威（湖北理工学院 数理学院,湖北 黄石 435000）摘要：全文介绍了偏光片的光学性能、耐久性能、粘接特性等性能及影响偏光片性能指标的主要因素，偏光片的检验与获得和偏光片在液晶显示器、3D眼镜、交通中和投影仪中的应用。关键词：偏光片、性能、测试方法、液晶、3
2、D、投影仪中图分类号： 文献标识码： 文章编号：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 引言偏光片的全称偏振光片，液晶显示器的成像必须依靠偏振光，所有的液晶都有前后两片偏振光片紧贴在液晶玻璃，组成总厚道1mm左右的液晶片。如果少了任何一张偏光片，液晶片都不能显示图像。偏光片是液晶显示器重要材料之一，是将聚乙烯醇（PVA）拉伸膜和醋酸纤维素膜（TAC）经多次复合、拉伸、涂布等工艺制成的一种复合材料，可实现液晶显示高亮度、高对比度特性。偏光片约占TFT-LCD面板成本的10%左右。由于其生产技术汇集了高分子材料、微电子、光电子、薄膜、高纯化学及计算机控制等多种技术，因此，偏光片具有较高的技术含量。1偏光片的性能LCD偏光片的基本性能指标主要有：光学性能、耐久性能、粘接特性、外观
5、性能以及其它特殊性能几个方面。1.1偏光片的光学性能偏光片的光学性能包括：偏振度、透光率和色调三项主要性能指标，其它还包括防紫外线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标。在一般LCD产品的使用中，要求偏振度和透光率性能指标越高越好。偏振度和透光率越高，LCD显示器件的显示效率就越高，相对能耗就小。但对常规碘染色的偏光片产品而言，偏振度和透光率是一对矛盾，偏振度越高，透光率就会越低，而且还要受到色调的约束，因此一般普通型偏光片产品的偏振度都在9099%之间，透光率在41%44%之间。三利谱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；半透射系列透光率为424%，反射率为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。色调指标主要为满足人们的视觉习惯，同时要求偏光片产品的色调偏差要小，以保证LCD产品最终色调的一致性，这主要由偏光片产品的色度坐标参数值和它们的控制公差范围来标识，一般控制公差的范围越小越好。1.2偏光片的耐久性能偏光片的耐久性技术指标包括耐高温、耐
7、湿热、耐低温和耐冷热冲击四项，其中最重要的是耐湿热性能指标的高低。耐高温是指偏光片在恒定烘烤温度下的耐温工作条件，目前根据偏光片的技术等级，通常分为通用型：工作温度为70500HR；中耐久型：工作温度为80500HR；高耐久型：工作温度在90500H以上这三个等级。耐湿热技术指标是指偏光片在恒温恒湿条件下的耐湿热工作性能，通常也分为三个技术等级，即通用型：湿热工作条件为4090%RH500HR；中耐久型：湿热工作条件为6090%RH500HR；高耐久型：湿热工作条件为：7095%RH500HR以上。由于构成偏光膜的基本材料PVA膜和碘及碘化物都是极易水解的材料，同时也由于偏光片所使用的压敏胶在
8、高温高湿条件下容易劣化，因此，在偏光片的耐久性技术指标中最重要的就是耐高温和耐湿热指标，如果耐高温和耐湿热指标通过，其它耐久性能指标通常都不会发生问题。1.3偏光片的粘结性能偏光片的粘接特性技术指标主要指偏光片压敏胶的各项特性，一般包括：压敏胶与玻璃基板之间的剥离力、压敏胶与剥离膜之间的剥离力、偏光片保护膜与偏光片之间的剥离力以及压敏胶的粘接耐久性。压敏胶与玻璃基板之间的剥离力也称粘合剂的粘接强度，这是LCD偏光片产品最重要的粘接特性指标。这个技术指标通常用日本电子机械工业协会规格EIAJ-ED-2521A标准来加以测定，以g/25mm为单位来表示，通常LCD偏光片压敏胶对玻璃基板的剥离力都规
9、定在500g/25mm以上，而实际使用中上限一般在1,000g/25mm以下。有实际的事例表明，当粘合剂对玻璃基板的剥离力在500g/25mm以下时，会发生偏光片在玻璃屏表面粘合后自动剥离和翘曲的现象。1.4影响偏光片性能指标的主要因素影响偏光片性能的主要因素都与偏光片的基本性能指标有关。影响偏光片光学性能技术指标的主要影响因素包括：偏光膜材料的选择、染色材料的选择、偏光膜染色、拉伸工艺条件的选择以及设备能力的限制。这些都涉及到偏光片生产的核心技术，因此偏光片生产企业对这些材料和工艺条件的选择都是十分慎重的，一般不会轻易变更。一旦偏光片生产企业的产品为客户所认定通过，偏光片生产企业就会采取严格
10、的生产质量管理措施，来保证偏光片产品光学性能的稳定。偏光片产品耐久性技术指标实际包括二个方面的耐久性指标：偏光片的耐久性和压敏胶粘合剂的耐久性。影响偏光片耐久性的主要影响因素包括：偏光片基本材料的选择、染色材料的选择以及偏光片染色、拉伸、复合的工艺条件等要素。一般而言，偏光片所选用的PVA膜分子量越大、拉伸倍率越高，则偏光片的耐久性越好，反之也是一样。同时偏光片在生产过程中的着色度越好，所用染料的抗解能力越强，则偏光片的耐久性也就越好，因此染料系偏光片的耐久性要远好于碘染色系偏光片产品的耐久性。影响压敏胶粘合剂耐久性的主要因素包括：粘合剂配方的选择、粘合剂溶剂的选择、粘合剂调和工艺条件的选择、
11、粘合剂干燥工艺条件的选择以及粘合剂储存条件的选择。应该注意，粘合剂的耐久性指标是一个综合性指标，它的影响是多方面的，而且这是偏光片生产的另一个核心技术，一般偏光片生产企业在确定了粘合剂的工艺条件之后都不会轻易改变，并且有着严格的工艺质量管理要求，否则极易造成批量的产品不良。2偏光片的检验与偏振光2.1偏光片的环境试验标准高温贮存试验条件：70500h；判断标准：单体透过率（T）、偏振度变化（P）5%、无曲翘、气泡、分层、剥离。高温高湿试验条件：4095%RH500h；判断标准：单体透过率、偏振度变化3 %、无曲翘、气泡、分层、剥离。耐寒试验条件：-40500h；判断标准：单体透过率、偏振度变化
12、3%、无曲翘、气泡、分层、剥离。2.2测试方法（1）外观尺寸测试环境条件如果没有特别注明，测试在室温条件下进行（232，605%RH）。尺寸检验：在室温下，用直尺和量角仪，分别测量产品的长度、宽度以及角度，测量结果应符合要求。整片厚度：厚度用千分尺测量三次，并取三次测量的平均值。压敏胶厚度：用千分尺测出附有压敏胶和剥离膜时的厚度d1，撕下剥离膜，用甲苯将压敏胶清洗干净，再将剥离膜附上，测出厚度d2。压敏胶层厚度d=d1-d2，至少测试3个点，得到平均值，数据应符合要求。外观检验：40W日光灯下，人眼距离偏光片20cm处观察各种点状缺陷，平均直径L大于0.15mm计数，小于0.15mm忽略不计。
13、（2）光学性能测试光学性能检验单体透过率，用分光光度计测试400nm到700nm的光谱曲线，用人眼视觉函数曲线进行修正，得到光学平均值，数据应符合要求。偏光片的光学性能主要用三个参数来判定：透光率T、偏振度P和色调。透光率T定义为T=I/I0，其中I0表示入射自然光的光强，I表示偏光片的透射光强。透光率表征了偏光片对光能量的传递比例。偏振度P定义为P=（I-I）/（I+I），其中I和I分别表示两个偏光片组合时，透光轴平行和垂直时所对应的透射光强。偏振度表征了当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。在实际应用中，偏光片有一定的最佳偏振区，透光率
14、最高可达42%以上，偏振度可达99.9以上；耐温性H片稍差，约60左右，而K片可达80以上，目前生产和使用以H片和K片为主，国内生产较为普遍的是H片。色调，显示产品外观颜色特征，由400nm到700nm的光谱曲线，根据CIE-1976标准，计算得到的数据应符合要求。 （3）粘接力测试粘接力检验，与玻璃粘接力，切割偏光片样品25mm宽，180mm长，从一端剥掉剥离膜135mm，用胶辊将样品贴在玻璃上，压力为2kg，然后静置1小时。在材料试验机上进行90剥离测试，行进速度为200mm/min，测得的数据作为与玻璃粘接力。至少测试3个样品，得到峰值的平均值作为与玻璃的剥离力。剥离膜，切割样品，大小为
15、25mm宽，175mm长，将剥离膜剥开75mm，剩下100mm长，然后将偏光片固定住，用夹子夹住剥离膜，以500mm/min的速度进行剥离，测出的数据即为剥离力。至少测试3个样品，得到峰值的平均值作为剥离膜的剥离力。外保护膜，用和剥离膜同样的方法进行测试。反射膜，用和剥离膜同样的方法进行测试。耐久性检验，切割样品，大小为20mm宽，50mm长，将样品贴合在玻璃上，按前面的条件进行试验，试验后样品应符合要求。2.3偏振光光有五种偏振状态，即自然光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光以及线偏振光，这五种偏振状态如何产生又如何检验是哪种偏振光，是普通物理光学教材都予以介绍过的。普通光源，电致发光如灯泡
16、，化学反应和热致发光如燃烧等，发出的光是自然光；自然光经过透明材料的折射和反射可以获得部分偏振光；自然光和部分偏振光通过尼科耳棱镜等偏光元件可以变成线偏振光。自然界的大多数光源发出的都是自然光，但把光源放在强磁场中，电子作拉莫尔进动，其电磁辐射就是圆偏振光或者椭圆偏振光。获得椭圆偏振光的简单方法是用一块尼科耳棱镜和一枚云母片，或一张偏光片和一张补偿膜，自然光经过偏光片就变成线偏振光，线偏振光通过补偿膜一般情况下就变成椭圆偏振光，特殊情况下变成圆偏振光或还是线偏振光。3 偏光片的应用 偏光片的应用主要有液晶显示器、3D眼睛、司机用防眩光眼镜、偏光太阳镜、教学多媒体投影等。3.1液晶显示器 偏光片
17、的全称应该是偏振光片，学过物理的应该知道什么是偏振光，液晶显示器的成像必须依靠偏振光，所有的液晶都有前后两片偏振光片紧贴在液晶玻璃，组成总厚度1mm左右的液晶片。如果少了任何一张偏光片，液晶片都是不能显示图像的。图1 液晶显示器结构 如上图在液晶显示器工作时，背光源(灯管)射出光线经过一个偏光板，然后再经过液晶，到达前方的彩色滤光片与另一块偏光板。根据其间电压的变化控制液晶分子的排列方式就可以实现不同的光线强度与色彩，从而在液晶显示屏上形成丰富多彩的图像效果。但是普通液晶显示器面对眼睛的那张偏光片是经过磨砂处理的，以消散表面反光，并且把光散射以增加液晶显示器的视角。3.2 3D眼镜人眼立体感产
18、生的主要原因是左右眼看到的画面不同，左右眼位置不同所以画面会有一些差异。目前主流的3D显示技术分为主动式和被动式两种。其中电影院目前主流的是被动式技术，采用双投影机实现3D显示。被动式采用的是偏振3D成像。图2 未处理的3D图片首先3D电影处理之前是图2这样的，上图中左右两图是不一样的，分别是左右眼看到的图像，之后经过3D电影播放机处理后，由偏振光的模式显示出来。图3 处理后的3D电影 偏振3D成像原理是，如图3，将显示画面光分为横向和纵向两种，偏振3D眼镜的左眼和右眼分别装上横偏振片和纵偏振片，横偏振光只能通过横偏振片，纵偏振光只能通过纵偏振片。这样就保证了左边相机拍摄的东西只能进入左眼，右
19、边相机拍摄到的东西只能进入右眼，这样看到的影像就立体了。3.3 交通中的应用 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，
20、只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。但是自然界的光是变化无穷的，比较复杂，有时不会达到想要的效果或效果不明显。3.4 投影仪中的应用对于投影机来说，任何散射都会造成光线的损失，投影机用的液晶片理想状态应该是0度视角，即偏离垂直方向看液晶片，就没有光线了。当然，这是不可能实现的，但越接近0度视角，光的利用率越高，所以用平光的偏光片换掉那个磨砂的偏光片后，投影机到墙上的亮度会大幅度提高约50-80%，这就是要换偏光片的原因。 图4 投影仪 参考文献1中关村在线-伪3D太坑爹 谈变形金刚4全3D历程2充分利用每一度电 液晶显示器节能技术解析2009-04-22 00:0
21、0作者：均儿出处：电脑报责任编辑：吴伟3 A Course of Polarizer KnowledgePart Five The Properties and Examination of PolarizerFAN Zhi-xin4 王新久. 液晶光学和液晶显示M. 北京：科学出版社，2006年2月，395-398.5 龚建勋，刘正义，邱万奇. 偏振片研究进展J. 液晶与显示，2004年8月，第19卷第4期，259-264.6 范志新，韦卫星，何燕和. 剪切聚合物分散液晶散射偏光特性J. 光学技术，2011年1月，第37卷第1期，71-75. （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）