柴寶玉

(西安郵電大學(xué) 電子工程學(xué)院，陜西 西安 710121)

1 概述

液晶顯示器（LCD）以其質(zhì)輕體薄、低工作電壓、低功耗、無輻射危害、平面直角顯示、影像穩(wěn)定不閃爍、易于實(shí)現(xiàn)大面積顯示等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代CRT，成為信息時(shí)代終端顯示器件的主流產(chǎn)品。其中，偏光片是液晶面板的關(guān)鍵零組件，主要作用是將自然光轉(zhuǎn)化為線偏振光，通過外加電壓控制液晶分子的轉(zhuǎn)向，來控制光線的穿透與否，進(jìn)而產(chǎn)生面板明暗之顯示效果。

本文首先介紹偏光片在液晶顯示器中的應(yīng)用原理，接著介紹偏光片的基本結(jié)構(gòu)與組成偏光片的各膜層材料，最后介紹目前生產(chǎn)偏光片的主要企業(yè)和近幾年偏光片的市場情況。

2 偏光片在液晶顯示器中的應(yīng)用原理

光是一種電磁波，光的電場振動(dòng)是橫波，即光的電振動(dòng)是在與光前進(jìn)方向垂直的平面上。自然光的電振動(dòng)在振動(dòng)平面的各個(gè)方向是完全均勻的，如圖1；如果光波的電振動(dòng)只限于某一確定的方向上，就是線偏振光了，如圖2。在液晶顯示器中，通過使光透過或遮斷來實(shí)現(xiàn)圖像顯示。但太陽光及由液晶顯示器背光源發(fā)出的光是自然光，要實(shí)現(xiàn)完全遮斷，是非常難的；而線偏振光電振動(dòng)方向單一，對其遮斷要比自然光容易得多，這個(gè)特性為其在液晶顯示器中的應(yīng)用，提供了得天獨(dú)厚的條件。

圖1 自然光

圖2 線偏振光

偏光片就能產(chǎn)生和檢測偏振光。偏光片有一個(gè)特定的方向指向，稱之為透光軸，與這個(gè)方向垂直的電振動(dòng)被阻擋，而與這個(gè)方向平行一致的電振動(dòng)則可以自由通過。這樣自然光通過偏光片以后，就變成了線偏振光。同樣，當(dāng)偏振光透過偏光片時(shí)，如果偏振光的振動(dòng)方向與偏光片的透射方向平行一致，就幾乎不受到阻擋；如果偏振光的振動(dòng)方向與偏光片的透射方向相垂直，則幾乎完全不能通過。在兩片透光軸方向正交的偏光片中間加入具有扭轉(zhuǎn)特性的液晶分子，就能控制光線的通過，從而達(dá)到顯示圖像的目的。

3 偏光片的基本結(jié)構(gòu)

偏光片是一種復(fù)合膜，由中間能產(chǎn)生偏振光線的偏光膜和復(fù)合在兩邊的起保護(hù)作用的基材膜組成偏光片原板。在普通TN-LCD產(chǎn)品中，根據(jù)不同的使用要求，需要在偏光片原板的一側(cè)涂敷一定厚度的黏結(jié)劑，并復(fù)合上保護(hù)黏結(jié)劑的離形膜，而在另一側(cè)則要根據(jù)產(chǎn)品類型為透射型、反射型或半透半反型，分別復(fù)合保護(hù)膜、反射膜或半透半反膜。對STN-LCD產(chǎn)品，還要在黏結(jié)劑層一側(cè)，根據(jù)客戶的不同需要，按一定的補(bǔ)償角度復(fù)合具有位相差補(bǔ)償能力的位相差膜和保護(hù)膜。另外，在基板外層還需要再加一層離形膜和保護(hù)膜，以便與LCD貼合。近年來為滿足液晶面板大型化和薄型化的需要，還要在偏光片上附加不同的功能膜，如廣視角膜、高清晰度膜、增亮膜等。圖3所示為典型的透射型偏光片的基本結(jié)構(gòu)。

圖3 偏光片基本結(jié)構(gòu)圖

3.1 偏光膜

偏光膜是使偏光片具有偏光特性的核心膜層，采用添加碘且單軸延伸的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）膜片，主要成分為聚乙烯醇和碘，故稱碘系偏光膜。其中聚乙烯醇的水溶液具有很好的成膜性能。并因聚乙烯醇透明性好，與碘等的親和性好，在拉伸時(shí)的取向性高等優(yōu)點(diǎn)，被作為LCD偏光膜的原料使用。

碘是一種典型的二向色性物質(zhì)，對光波具有選擇吸收性。在與聚乙烯醇延伸方向相同的方向上，PVA中所含的碘分子被吸附取向，如圖4所示，使之能夠吸收偏振方向與延伸方向(吸收軸)平行的光。與吸收軸垂直方向(透光軸)上的光側(cè)透過。因此，各個(gè)方向都有振動(dòng)的自然光透過偏光片后，就變成了振動(dòng)方向與透光軸方向平行的偏振光。碘分子與PVA分子形成絡(luò)合物，幾個(gè)碘分子相連形成聚碘，并單方向均勻排列，由于這種聚碘的形成，碘系偏光膜片具備非常好的偏光特性，對光學(xué)性能要求高的TFTLCD中多采用這種偏光膜片。

圖4 PVA高分子與延伸后的PVA膜片

3.2 基材膜

由于PVA膜片耐濕熱性能和機(jī)械強(qiáng)度差，不便于使用和加工，因此需在PVA膜兩側(cè)各復(fù)合一層具有高光透過率、耐濕熱性能好、強(qiáng)度高、黏結(jié)性優(yōu)良及光學(xué)上各向同性的透明薄膜作為基材膜，一方面可起保護(hù)作用，另一方面則可防止PVA膜的回縮。目前LCD偏光片所用基材膜的主要成分為三醋酸纖維素（Triacetylcellulose，TAC），其組成非常復(fù)雜，一般還包含可塑劑、助溶劑、潤濕劑、滑劑以及紫外線吸收劑等。三醋酸纖維素以流延法加工成膜，至今仍是透過率最高的高分子材料之一。

3.3 黏結(jié)劑及保護(hù)膜

為保證被基材膜（TAC）所夾的偏光膜靠近LCD屏一側(cè)與屏的貼合，需在TAC外層涂上黏結(jié)劑，并復(fù)合上保護(hù)黏結(jié)劑的離形膜，其在偏光片貼附時(shí)即被撕去。對黏結(jié)劑的要求有：容易從離形膜上剝離；無須借助溶劑、熱或其它手段，只需施加輕度指壓即可與LCD屏牢固粘合；同LCD屏玻璃面的黏結(jié)良好；而且，要具有良好的再剝離性：偶遇貼附不良的情況，當(dāng)剝離偏光片時(shí)，不對LCD屏造成任何損傷。雖然黏結(jié)劑的種類很多，但用于偏光片的主要是聚丙烯酸酯溶劑型黏結(jié)劑。

另一方面，為防止相對于LCD屏另一側(cè)的基材膜受損或玷污，還需要再貼附一層保護(hù)膜。這種保護(hù)膜應(yīng)具備外觀良好，具有防靜電效果，并且無光學(xué)缺陷等特性。偏光片用保護(hù)膜主要有聚乙烯(PE)保護(hù)膜和PET保護(hù)膜兩種。PE保護(hù)膜價(jià)格便宜，主要用于扭曲向列型和超扭曲向列型等中低端偏光片產(chǎn)品中。PET保護(hù)膜在薄膜強(qiáng)度、耐劃傷性、耐熱性方面優(yōu)于聚乙烯保護(hù)膜。但價(jià)格為聚乙烯保護(hù)膜的5倍左右，所以主要用于高端偏光片成品中。

3.4 離形膜

偏光片用離形膜是一種進(jìn)行了硅處理的PET膜，因?yàn)槭瞧馄そY(jié)層的離形膜，所以剝離時(shí)不可以連黏結(jié)劑一起剝離下來，另外對于原膜的光學(xué)性能最終要求取向角為零，有較高的平滑性、透明性和潔凈度。

3.5 反射膜

反射膜是在PET基片上真空鍍一層金屬鋁或銀而成，是生產(chǎn)反射型偏光片的原料之一。生產(chǎn)工藝是在幾千度的高溫條件下將金屬氣化，而后在真空條件下附著于PET基片上冷卻，收卷而成。金屬在基材上的附著程度，顆粒大小，密實(shí)程度和反射率等是反射膜的重要指標(biāo)。

4 國內(nèi)外偏光片生產(chǎn)企業(yè)和市場應(yīng)用

LCD用偏光片產(chǎn)業(yè)屬于技術(shù)和資金密集型產(chǎn)業(yè)，其制造技術(shù)匯集了高分子材料技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、薄膜技術(shù)等多種應(yīng)用技術(shù)，進(jìn)入門檻較高。

從偏光片市場方面來看，目前TFT-LCD的偏光片企業(yè)主要有日本的日東電工 (Nitto－Denko)、住友化學(xué)（Sumitomo）、三立化工、韓國的LG化學(xué)、臺(tái)灣的力特光電，其他偏光片廠商還有Daxon、CMMT、Sanritz、Optimax等。據(jù)顯示市場專業(yè)調(diào)查機(jī)構(gòu)Displaybank的統(tǒng)計(jì)，2011年偏光片市場三巨頭LG化學(xué)、日東電子、住友化學(xué)的市場占有率 (面積基準(zhǔn))為市場77%，其中LG化學(xué)在大型TFT-LCD用偏光片市場以27.4%的份額位居第一，而日東電子與住友化學(xué)分別以25.9%與23.6%份額緊隨其后。

以各家廠商在不同應(yīng)用領(lǐng)域偏光片市場占有率來看，LG化學(xué)在Monitor市場以超過46%的占有率位居第一，在筆記型電腦市場，中住友化學(xué)與日東電子合計(jì)占據(jù)了70%以上的市場比例；而在LCD-TV市場，日東電子以32.3%市占率位居第一，其次為住友化學(xué)以25.4%位居第二，LG化學(xué)以24.5%位居第三。

我國內(nèi)地企業(yè)在偏光片領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模較小，主要有深圳深紡樂凱、溫州僑業(yè)、盛波等批量供應(yīng)TN-LCD用偏光片和部分STN-LCD用偏光片。而隨著TFT-LCD面板的產(chǎn)能逐漸轉(zhuǎn)移到我國，TFT-LCD用偏光片的國產(chǎn)化也勢在必行。深紡織投資的TFT-LCD偏光片項(xiàng)目以大尺寸的寬線為主，寬線產(chǎn)能達(dá)到600萬平方米。預(yù)計(jì)國內(nèi)市場在未來3-5年內(nèi)的年TFT偏光片需求量將達(dá)5000多萬平方米，市場規(guī)模達(dá)到100億元以上。為完善TFT-LCD的產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)，國家和政府不僅應(yīng)在偏光片的研發(fā)上給以支持，而且在偏光片原材料研究開發(fā)上也應(yīng)給予大力支持，徹底解決供應(yīng)鏈問題，以提高我國TFTLCD產(chǎn)業(yè)的競爭力。

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