知识点:偏振片
光源照在光滑的非金属表面上,光滑的非金属表面在一定角度下反射形成的眩光是偏振光,而许多偏振光在成像中是有害的,使我们看不到清晰图像。能够滤除偏振光的滤镜叫做偏振镜。普通的偏振镜叫做线偏振镜。把偏振镜装到镜头的前端,仔细旋转偏振镜,使得有害眩光减至最小甚至消失,这样就能拍摄出没有眩光的照片了。
偏振片的定义
偏振片是一种人工膜片,对不同方向的光振动有选择吸收的性能,从而使膜片中有一个特殊的方向,当一束自然光射到膜片上时,与此方向垂直的光振动分量完全被吸收,只让平行于该方向的光振动分量通过,即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件,叫做偏振片。这个特定的方向叫做偏振片的偏振化方向,用“ ”表示。
图1.偏振片的形象化理解
看一个小实验:
1、当偏振片光轴平行时,光通过最大;
2、当偏振片光轴垂直时,光通过最小;
3、当偏振片光轴夹角介于0-90°之间,光通过也介于最大与最小之间。
偏振片的起源
偏振片是由美国柏立得公司创始人兰德先生于1938年发明。60年后的今天,虽然偏振片在生产技术和设备上有了很多的改进,但在制程的基本原理和使用的材料仍和60年前的完全一样。在了解偏振片原理之前,先描述下兰德先生研发灵感与过程。
兰德于1926年在哈佛大学念书时看了一篇由英国的一位医生Dr.Herapath在1852年发表的论文,内容提到Dr.Herapath的一位学生Mr.Phelps曾不小心把碘掉入一个化学溶剂中,他发现立即就有许多小的绿色晶体产生。Dr.Herapath于是将这些晶体放在显微镜下观察,发现如下图所示:当两片晶体相重叠时,其光的透过率会随着晶体的相交的角度而改变,当它们是相互垂直时,光则被完全吸收(图6);相互平行时,光可完全透过(图7)。
Dr.Herapath花了将近10年的时间来研究如何才能做出较大的偏光晶体,可是他并没有成功.因此,兰德认为这条路可能不可行,于是他采用了以下方式:
1.把大颗粒晶体研磨成微小晶体,并使用这些小晶体悬浮在液体中;
2.把一塑料片放入上述的悬浮液中,然后再放入磁场或电场中定向;
3.将此塑料片从悬浮液中取出,偏光晶体就会附盖在塑料片的表面上;
4.将此塑料片留在磁场或电场中,干燥后就成为偏光膜.
制造偏光膜的重要因素:碘,高分子,定向。
经过应用上述方法,在1928年成功做出了最早问世的偏光膜,经过不断的改进,兰特终于在1938年发明了到现在还在沿用的制造方法.
偏振片的分类
目前市场上和偏振片种类较多,但按其偏光材料上讲,主要分为以下几类:
(1)金属偏光膜
将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上,再加以还原,使棒状金属有起偏的能力,目前只有某些反射片上才有应用。
(2)碘系偏光膜
将碘分子吸着在PVA上,并加以延伸定向,使之具有偏旋光性能。是目前偏振片市场上主要类型之一,制造技术上已比例成熟。优点是透过率及偏振度高,可接近理论值偏振度100%,透过率50%;缺点是碘分子的偏振性能在高温高湿下易受到破坏,耐候性差。
(3)染料系偏光膜
将具有二色性的有机染料吸着在PVA上,并加以延伸定向,使之具有偏旋光性能。也是目前偏振片市场上主要类型之一。优点是耐候性好,常用于可靠性要求较高的产品上,但难获得高的偏振度和透过率,价格也比碘系分子偏振片要高
(4)聚乙烯偏光膜
用酸为触媒,将PVA脱水,使PVA分子中含一定量乙烯结构,再加以延伸定向,使之具有偏旋光性能。目前技术上还不是很成熟,应用较少。
偏振片的结构
偏振片的基本结构:
PVA(Polyvinylalcohol):聚乙烯醇
TAC(Triacetyl-cellulose):三醋酸纤维素酯。
PVA:PVA膜是一种高分子聚合物, 用各类具有二向色性的有机染料进行染色,同时在一定的湿度和温度条件下进行延伸,使其吸收二向色性染料形成偏振性能,在脱水、烘干后形成偏振片原膜。
TAC:PVA膜具有亲水性,在湿热的环境中很快会变形、收缩、松弛、衰退、且强度很低,质脆易破,不便于使用和加工,因此在膜两边都复合上一层强度高、透光率高而又耐湿热的TAC膜,起保护作用。
TN、STN、TFT偏振片
这是按照LCD显示方式而分类的
TN(TwistedNematic):扭曲向列显示类型
STN(SupperTwisted Nematic):超扭曲向列显示类型
TFT(ThinFilm Transistor):薄膜晶体管显示类型
偏振片的偏光原理
PVA膜的特性:
PVA分子本来是任意角度无规则性分布的,在一定温度和湿度条件下,受力拉伸后就逐渐偏转于作用力方向,趋向于成直线状分布。
随着PVA分子沿拉伸方向直线排列,吸附在PVA层上的碘离子(或染料分子)也跟随着有方向性的偏转,形成碘离子(或染料分子)的长链。因为碘离子(或染料分子)有很好的起偏性,它可以吸收平行于其排列方向的偏振光,只让垂直方向的偏振光通过,利用这样的原理就可制造偏光膜。
偏振片生产的主要工艺
偏振片生产过程中的表面处理:
为了满足LCD的使用要求,通常在偏振片生产的时候会对TAC层进行一些表面处理,以实现一些必要的功能。其中最常见的两种表面处理为:抗反射(AR)和抗眩光(AG)
(1)抗反射(AR):
当光经过偏振片表面时,通常会有5%左右的反射损失,从而影响LCD的对比度差异。改善的方法就是在偏振片的TAC层上涂上一层抗反射型物质,利用光的干涉原理来降低反射值。
(2)抗眩光(AG):
为了避免光线被过度集中,偏振片膜的TAC层表面加工做成凹凸状,将光线均匀地分散,可达到防眩的效果。
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