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偏光片已成为显示屏幕的关键光学元件 原材料国产化有待加强

张红阳 2019-07-01 2158 0

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近年来随着LCD、LED等显示面板的普及,作为关键工艺之一偏光片也迎来高速发展,无论是在技术工艺还是产品类型都得到快速的提升。本文将重点分析偏光片的产品分类、应用领域及组成材料。

摘要:上世纪40年代,偏光片首先被美国科学家研发使用,主要应用于工业领域。近年来随着LCD、LED等显示面板的普及,作为关键工艺之一偏光片也迎来高速发展,无论是在技术工艺还是产品类型都得到快速的提升。本文将重点分析偏光片的产品分类、应用领域及组成材料。

偏光片又叫做偏振光片是一种可以将天然光变成偏振光的光学元件,主要应用在液晶显示屏幕,除此之外还可以应用在太阳镜、防眩护目镜、摄影器材的滤光镜、汽车头灯防眩处理及光量调整器等。

偏光片已成为显示屏幕的关键光学元件之一 产品种类较多

电磁波的传播方向和振动方向的不对称性称为偏振,而光波作为电磁波电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直,是典型的横波,具有偏振性,而偏光片就是可以控制光束偏振方向,将不同偏振方向的光波变成统一偏振方向的偏振光。

偏光片主要应用于LCD、LED等显示面板,当非偏振光透过显示面板时将打乱规则排列的液晶分子,严重阻碍光的透过,使屏幕无法正常显示,而在显示面板中加入偏光片将会解决这一问题,因此偏光片已经成为显示面板中必不可少的一类光学原件。

 

图1 偏光片原理示意图

(资料来源:中国产业信息网)

由于偏光片的材质及应用领域可以分成多个种类,根据偏光片的材质不同可分为碘系偏光片和染系偏光片,其中碘系偏光片以碘分子作为起偏成分,具有较高的透过率和高偏振度,光学特性较好,但是耐高温高湿等物理特性较差,且碘分子易挥发,降低了偏光片的耐久度,但是碘系偏光片的生产成本较低,市场占有率较高,在显示屏幕中的应用较多。染料系偏光片以二向吸收染料作为偏光片的起偏成分,染料具有良好的物理特性,可以增加产品的耐久度,但要达到一定的偏振度需要的染料浓度较高,因此不具备高透过率、高偏振度等光学特性,这种偏光片主要应用于汽车、船舶等工业领域。此外偏光片还可以根据功能划分,可以分为半透过半反射式偏光片、透射式偏光片、反射式偏光片、补偿型偏光片,不同的偏光片应用于不同的场景。未来随着应用场景不断增多,偏光片将不再局限于显示屏幕、灯具、太阳镜等领域,将会出现更多的定制化及个性化的显示方面的需求,因此偏光片在材料、工艺上都会有一定的革新,其功能及种类也将不断增多。

偏光片基本组成较为复杂 高端国产原材料有待研发

由于偏光片的独特性能,其基本结构较为复杂,一般需要多种材料复合而成。偏光片的基本结构包括最中间的PVA(聚乙烯醇),两层TAC(三醋酸纤维素),PSA film(压敏胶),Release film(离型膜) 和Protective film(保护膜)。

 

图2 偏光片的基本结构

(资料来源:中国产业信息网)

在偏光片的基本结构中最为核心的材料是PVA,其决定着偏光片的光学特性,PVA膜是实现偏光的膜层,染色后的PVA膜经拉伸后,表面的染色分子定向排列,可将通过的自然光过滤为偏振光。但是PVA膜的物理特性极差,在受到水汽、紫外照射、高温等条件时,极易水解损伤,因此需要在PVA膜两侧各加固一层TAC膜,提高偏光片的光透过率及机械强度,这两层物质也就形成偏光片原板。各层膜的特性及作用如下表所示。

表1 偏光片基本结构的各层膜的特性及作用

 

(资料来源:综合整理)

从偏光片不同原材料的成本来看,TAC膜的占比最高,占到50%,保护膜及离型膜占到15%,PVA膜成本占到12%左右,这三类膜产品也是偏光片中最主要的原材料,其性能也决定着偏光片整体的光学及物理性能。目前高端原材料主要依靠国外进口,国产产品与国外存在一定的差距,这也增加了我国偏光片的生产成本,相应的对于下游显示屏幕等行业的生产也造成了一定的成本压力,因此加强对于偏光片PVA膜和TAC膜的研发,早日实现高端产品的国产化,降低生产成本,对于我国偏光片及显示屏幕行业都具有重要的意义。

图3 偏光片不同材料成本占比

(资料来源:亚太有料)

除了偏光片的基本结构以外,根据应用环境的不同,在基本结构的基础上进行膜材的改变,就能形成其他类型偏光片。将一层保护膜去掉换成反射膜,就形成了反射型偏光片;使用耐高温防潮压敏胶,并对 PVA 进行特殊浸胶处理则制作成宽温型偏光片;去掉一层保护膜再复合一层半反膜,就制作成半反射型偏光片。针对偏光片应用最多的LCD与OLED产品,所应用的偏光片类型也各不相同,其中LCD 模组中有两张偏光片,上偏光片通过解析偏振光产生明暗对比,下偏光片将光源产生的光束转换为偏振光,产生显示画面。OLED 只需一张圆偏光片,以 1/4 波长相位膜与传统偏光片构成,主要作用是抵挡环境光,提高对比度。随着显示屏幕等电子产品不断更新,作为关键部件偏光片的种类也随之增多。

结语

近年来随着LCD与OLED等显示面板的普及,作为液晶屏幕关键工艺之一的偏光片也迎来了高速发展,其产品工艺及种类都得到了一定程度的提升。目前偏光片主要应用于显示面板、太阳镜、摄影器材、高端光学仪器等领域。偏光片基本组成由PVA、TAC、PSA、离型膜和保护膜组成,部分核心材料主要依赖进口,国产化速度有待提升。

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