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LCD用偏光片的结构及主要性能解析

互联网 2019/12/23 14:21:11

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中玻网】偏光片(polarizer)作为液晶显示器(LCD)的主要原材料之一,约占其制造成本的20%~30%,然而由于偏光片的制造技术一直被日本、韩国等国家所垄断,因此介绍偏光片的资料极少。本文以TN型LCD用偏光片为例,对众多LCD偏光片使用者较为关心的一些问题加以介绍。

  偏光片的结构

  偏光片是一种由多层高分子材料复合而成的具有产生偏振光功能的光学薄膜,按其在液晶屏的使用位置不同,大体上可分为面片(又称透过片)和底片两种(又称反射片),下图是典型TN型偏光片的面片和底片剖面结构示意图:

  各层的材质和主要功能

  偏光层:是由PVA(聚乙烯醇)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。偏光层的基本加工工艺按染色方法可分为染料系和碘系两大系列,按拉伸工艺可分为干法拉伸和湿法拉伸两大系列,改变其材料和加工工艺可实现对偏光度、透过率、色调和光学耐久性的调整。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(三醋酸纤维素酯)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。

  粘着剂(adhesive):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偏光片使用者关心的问题之一。剥离膜(separate film):为单侧涂布硅涂层的PET(对苯二甲酸乙二醇酯)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。

  保护膜(protective film):为单侧涂布EVA层(乙烯醋酸乙烯共聚物)的PE(聚乙烯)膜,具有低粘性,起保护TAC膜表面的作用。

  反射膜(reflective film):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。

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  偏光片的主要性能指标

  表1是一份典型的偏光片性能表,下面对其各项目指标逐一进行说明:

  1、吸光轴方向通常市面销售的TN型LCD用偏光片的尺寸主要有以下两种:

  其吸光轴方向如图所示,如果提供给LCD厂商特殊尺寸形状的偏光片,应对吸光轴加以标记或说明。

  2、透过率(Transmittance)偏光片的透过率指标可分为单体(single)、平行(Parallel)、直交(Crossed)三项。通常使用积分球式分光光度计依照JIS-Z-8701对其进行测定。其中,单体透过率指单片偏光片的透过率,平行透过率(H 0)指两片吸光轴平行的偏光片叠加后的透过率,直交透过率(H 90)指两片吸光轴直交的偏光片叠加后的透过率,在这三项指标中H 0和H 90影响LCD屏的亮度(H 0)和对比度(H 0/H 90),对LCD制造商十分重要,为了获得高亮度高对比度的良好显示效果,希望H 0尽可能的高而H 90尽可能的小。

  3、(Hue)色相由a、b值来表示,通常使用积分球式分光光度计进行测定。a、b值为CIE(国际照明委员会)Lab表色系统中的色坐标值,一组a、b值所对应的大致颜色可从色坐标图中查得。

  4、偏光度(Polarizing Co-Efficiency)偏光度(ν)是一个计算值,用来表示偏光片产生偏振光的综合效率,该公式可变换为H 0/H 90=(1+ν2)/(1-ν2),可以看出,ν值越趋近100%,则对比度(H 0/H 90)越高。

  5、剥离力偏光片的剥离力又分为保护膜剥离力、剥离膜剥离力、对玻璃基板剥离力三项。三种剥离力的测定均使用拉力实验机参照JIS-C-2107标准进行测定,其中保护膜剥离力和剥离膜剥离力的测定是沿180°方向剥离,而对玻璃基板则是沿90°方向剥离。对LCD制造商而言,偏光片对玻璃基板的剥离性能十分重要。如粘贴后短时间(4~6小时)内剥离困难或剥离后玻板上有残胶,则该偏光片返工性差,贴片不良会导致整块LCD屏报废。但如果剥离力很小,则易造成偏光片在玻璃基板上贴合后压敏胶耐久性和耐湿性能下降以及剥离膜表面凹陷等不良多发,从而影响偏光片的使用性能。6、耐久性偏光片的耐久性测试是将偏光片剥去剥离膜和保护膜后贴合在玻璃基板上,经加压脱泡后放入恒温恒湿箱中,观察其实验前后的变化。其中的发泡剥离指标主要是考核粘着剂的耐久性能,光学变化指标是考核PVA层的耐久性能。偏光片的耐久性要求应根据不同类型LCD产品的设计要求(使用环境)而定。

  偏光片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,至于为什么,我也没去弄清楚,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,液晶片都是不能显示图像的。

  之所以换掉偏光片,是因为普通液晶显示器面对眼睛的那张偏光片是磨砂处理的,以消散表面反光,并且把光散射以增加液晶显示器的视角。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,我个人的估计,大概能提高50-80%,这就是为什么要换偏光片的理由


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