偏光片知识讲座 第四讲 偏光片的结构和制造
A Course of Polarizer Knowledge
Part Four The Structure and Manufacture of Polarizer FAN Zhi-xin
(Shenzhen Sunnypol Optoelectronics Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518106, China; Department of Applied Physics, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)
: This paper summarize the polarizer knowledge in detailed, include about of the invention and application of polarizer, the basic of polarization optics, the principle of polarizing devices, the structure and manufacture of polarizer, the properties and examination of polarizer, and the technology development and market state of polarizer. It have a common direct sense for new recruits in polarizer industry and a refer value for polarizer research workers.
Keywords: polarizer; polarization optics; principle; manufacture; examination 1 偏光片的结构
最早的偏光片主要由中间能产生偏振光线的聚乙烯醇
（PVA）膜，再在两面复合上透明三醋酸纤维膜（TAC）保护膜组成。为了方便使用和得到不同的光学效果，偏光片供应商应液晶显示器制造商要求，又在两面涂覆上压敏胶，再覆上离型膜，这种偏光片是我们最常见到的TN普通全透射偏光片；如果去掉一层离型膜，再复合一层反射膜，就是最普通的反射偏光片；使用的压敏胶为耐高温防潮压敏胶，并对PVA进行特殊浸胶处理（染料系列产品），所制成的偏光片即为宽温类型偏光片；在使用的压敏胶中加入阻止紫外线通过的成份，则可制成防紫外线偏光片；在透射原片上再复合上双折射光学补偿膜，则可制成STN用偏光片；在透射原片上再复合上光线转向膜，则可制成宽视角偏光片或窄视角偏光片；对使用的压敏胶、PVA膜或TAC膜着色，即为彩色偏光片。实际上随着新型的液晶显示器产品不断开发出来，偏光片的类型也愈来愈多，结构更趋复杂。
（1）偏光层――偏光层是由PVA薄膜经染色拉伸后制成，该层是偏光片的主要部分，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。通过拉伸聚乙烯醇膜将嵌入其中的碘分子定向，使之具有二向色性，吸收偏振方向与拉伸方向相同的光分量，透射与拉伸方向垂直的光分量。
（2）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。聚乙烯醇膜经过延伸处理后，其在温热的环境中会很快变形、收缩、松弛、衰退，而且强度很低，质脆易破，不便于使用和加工。因此需在两侧贴上具有高透光率、耐温热性好、强度高及光学上各向同性的透明薄膜，一方面可起保护作用，另一方面则可防止聚乙烯醇膜的回缩。两片保护膜夹一片聚乙烯醇膜就构成了常说的原偏光片。
（3）粘着剂――为了让偏光片能与液晶显示器的玻璃面板贴合，需在偏光片外层涂上一层压敏胶，并复合上保护压敏胶的离型膜，其在偏光片贴附时即被撕去。粘着剂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。 （4）离型膜――离型膜为单侧涂布硅涂层的对苯二甲酸乙二醇酯（PET）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。撕去离型膜，露出压敏胶，偏光片就可方便牢固地贴到液晶显示器的玻璃面上。 （5）保护膜――保护膜为单侧涂布乙烯醋酸乙烯共聚物（EVA）层的PE（聚乙烯）膜，具有低粘性，起保护TAC 膜表面的作用。
（6）反射膜――反射膜为单侧蒸铝的PET膜，目前大多使
用无指向反射型蒸铝膜。如将反射膜更换为半透半反膜，则可制成半透半反型偏光片，此外也可使用各种镀金、镀银膜、镭射膜作为反射膜，以获得各种底色和镜面反射等效果。
在液晶显示器中，偏光片是成对使用的，在最普通的TN型液晶显示器中就使用透射型和反射型各一片组成的一对偏光片。对STN-LCD产品，还要在压敏胶层一侧，根据客户的不同需要，按一定的补偿角度复合具有位相差补偿能力的位相差膜和保护膜。偏光片主要有透过型和反射/半透过型二种，表面一般经过防眩（AG）或减反射（AR）处理。液晶显示器用偏光片的基本形状是筒装和板装，按要求的尺寸切断以便能直接进入制造工序，偏光片的外形有长方形和平行四边形。 2 偏光片的原料 2.1 聚乙烯醇
聚乙烯醇偏光膜的主要成分为聚乙烯醇和碘，故称碘系偏光膜。其中聚乙烯醇因透明性好，极性透视性极小，与碘等的亲和性好，在拉伸时的取向性高，被作为LCD偏光膜的原料使用。聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）是由聚醋酸乙烯经醇解后所得的线性高分子聚合物，在很长的分子链上均匀地挂着许多强极性的-OH基团，具有结晶性，其共聚物的延伸特性具有偏光的作用，其水溶液具有很好的成膜性能，有介于塑料和橡胶之间的性质。碘离子取代-OH基团，形成长碘链。经拉伸定向，使聚乙烯醇由卷曲杂乱排列的分子链按拉伸方向大致地拉真并平行排
列起来，拉伸的结果仿佛在聚乙烯醇上形成许多与主链平行的栅栏一样的长链，具有了各向异性，加上碘离子侧链的二向色性，这样当自然光通过时，偏振方向与拉伸方向一致的光分量被强烈吸收，偏振方向垂直拉伸方向的光就透射，透射光是线偏振光。用来制作偏光片的聚乙烯醇，为了获得良好性能，聚合物的聚合度在2,600以上，最佳为3,500～5,000。在聚乙烯醇及其共聚物的制造过程中，要尽量提高其皂化度，皂化度为98%～100%性能最佳。醇解度在95%以上，溶于热水，冷却后不能产生沉淀。碘是一种典型的二向色性物质，对光波具有选择吸收性，在被拉伸成栅栏状的聚乙烯醇分子高度定向后，就能吸收特定方向的光，是碘系偏光片具有偏光功能的根本。聚乙烯醇类偏光膜偏光性能良好，但其最大的缺点就是耐湿热特差，所以可以选用耐湿热性能良好的树脂，如将聚氯乙烯部分脱氯化氢，聚乙烯醇部分脱水，还可使用聚乙撑苯二甲酸脂等聚脂类、聚酰胺、聚苯乙烯及含氟烯烃等热塑性树脂。改进聚乙烯醇耐湿热特性的方法还有，在成膜树脂中加入固化剂。虽然PVA是常见的化学材料，不过对应偏光板用的PVA材料，目前还只有日本Kuraray和日本合成化学公司能够制造。 2.2 三醋酸纤维素
三醋酸纤维素，其组成非常复杂，一般还包含可塑剂、助溶剂、润湿剂、滑剂以及紫外线吸收剂等。三醋酸纤维素以流延法加工成膜，至今仍是透过率最高的高分子材料之一。虽然在偏
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