1、偏光片工作原理
偏光片(Polarizer)全称为偏振光片,可控制特定光束的偏振方向。自然光在通过偏光片时,振动方向与偏光片透过轴垂直的光将被吸收,透过光只剩下振动方向与偏光片透过轴平行的偏振光。
液晶显示模组中有两张偏光片分别贴在玻璃基板两侧,下偏光片用于将背光源产生的光束转换为偏振光,上偏光片用于解析经液晶电调制后的偏振光,产生明暗对比,从而产生显示画面。液晶显示模组的成像必须依靠偏振光,少了任何一张偏光片,液晶显示模组都不能显示图像。
液晶显示模组的基本结构如下图所示:
2、偏光片基本结构
偏光片主要由PVA膜、TAC膜、保护膜、离型膜和压敏胶等复合制成。偏光片的基本结构如下图所示:
偏光片的基本结构
偏光片中起偏振作用的核心膜材是PVA膜。PVA膜经染色后吸附具有二向吸收功能的碘分子,通过拉伸使碘分子在PVA膜上有序排列,形成具有均匀二向吸收性能的偏光膜,其透过轴与拉伸的方向垂直。
构成偏光片的各种主要膜材所具备的特性及作用如下表所示:
LCD面板特性与偏光片质量息息相关
从价值分布上讲,在所有偏光片的原料成本中,PVA膜和TAC膜的成本占比最高,其中TAC膜占全部原料成本的50%左右,PVA膜占12%左右。
偏光片在整个显示产业链中,利润较好。
PVA膜是实现偏光功能的核心材料
PVA (polyvinyl alcohol)膜全称聚乙烯醇薄膜,其组分主要是碳氢氧等轻原子,因此具有高透光和高延展性等特点。将PVA膜在染色槽中染色后,其表面会均匀的富集一层碘分子(或染料分子)。未经处理的PVA分子链呈杂乱分布,此时吸附其上的碘分子(或染料分子)也杂乱分布;当PVA经外力作用拉伸后,PVA分子链延外力方向分布,此时碘分子(或染料分子)也有序分布,从而使PVA膜具备了偏光的功能。
PVA膜经拉伸后,其中的PVA分子链有序分布
PVA膜拉伸及碘分子排列情况如下表所示:
在平行的碘分子(或染料分子)之间,存在相互平行的间隙,这些间隙将允许偏振方向与碘分子(或染料分子)排布方向相同的光束通过,而阻止其他偏振方向的光束通过,也即将非偏振光过滤成为了偏振光。
非偏振光从定向排布的碘分子(或染料分子)间隙中穿过后被过滤为偏振光
目前市场上的偏光片可依据PVA膜上起到偏光作用的二向性分子不同来分类,主要包括金属偏光膜,碘系偏光膜,染料系偏光膜和聚乙烯偏光膜等。其中碘系偏光膜由于透光率和偏振度高,是目前应用较广的偏光膜。
延伸PVA膜是偏光片生产中最核心的步骤,按照PVA膜的延伸方法不同,可将偏光片的生产分为两大类,即干法制造和湿法制造。其中干法制造是指将PVA膜在一定温度的蒸汽环境下进行延伸,而湿法制造是指将PVA膜在一定配比的液体中进行延伸。湿法生产所得到的PVA膜均匀性好、耐久性好,是目前大多数偏光片生产厂家所采用的生产方式。
在成品偏光片中,偏光片的面积理论上完全等于PVA膜的面积。而考虑偏光片制造过程中,必须将PVA膜预处理延伸,因此实际生产每平方米偏光片约消耗0.5平方米的PVA膜。
目前我国PVA膜市场主要被日本可乐丽垄断,而可乐丽本身也是全球高端PVA树脂原料的主要供应者之一。可乐丽在PVA光学膜领域的垄断地位也得益于其集成化的生产体系,可实现从高端PVA树脂,到偏光片用PVA膜的生产,再到PVA膜的表面处理的一体化生产。据可乐丽数据,目前可乐丽PVA树脂供应量占全球约40%,偏光片用PVA膜的供应量更是占到全球供应量的80%。
不可替代的原材料,TAC膜
TAC(Triacetate cellulose)膜即三醋酸纤维薄膜,是由粉状TAC颗粒经溶解、过滤、塑化、注模成型、干燥等工序处理后得到的薄膜,具有优良的光均匀性、透明性、耐酸碱和耐紫外线性能。
TAC膜制备工艺流程
偏光片生产所使用的TAC薄膜,品质要求极高,要求通过控制生产过程的各种参数,使最终产品达到较高的平整度、优良的力学性能和光学性能,整个生产过程对工艺的控制能力要求极高。目前市场上常用的TAC薄膜厚度规格有40μm、50μm、57μm、80μm等,其中以50μm和80μm规格的TAC薄膜最为主流。
偏光片生产所用的TAC膜大致可分两类,即光板TAC膜(应用于偏光片内层),和TAC功能膜(应用于偏光片最外层)。其中光板TAC膜是指未经过任何表面处理或附加膜层的TAC基膜,TAC功能膜是指通过涂布、溅射等表面处理方式进行处理后拥有不同功能的TAC膜。
按照最终的使用目的,常见的表面处理方式包括:防眩处理(AG)、防眩+低反射处理(AG+LR)、透明硬化+低反射处理(CHC+LR)、透明硬化处理(CHC)、防反射处理(AR)等。不同的表面处理方式可满足不同终端的应用需求,例如CHC处理多用于可触摸的移动电子设备上等。目前上述表面处理已被广泛用于各类电子产品。
不同应用终端对表面处理方式需求不同
上述多数表面处理,实质上是在原有光板TAC膜上附加一层功能膜。例如,AR处理是在TAC膜的表面涂一层物质,使得入射光与反射光因相互干涉而抵消,从而消除反射;AG处理是为了光线过度集中,而在光板TAC膜表面涂一层凹凸不平的膜,使光更加的分散。
AR处理使入射光和反射光相互干涉而消除
AG处理后站在不同角度有均匀光线迚入视线
对每张LCD面板,需要两张偏光片,而每张偏光片需要两张TAC膜,即每张LCD面板需要4张TAC膜,而TAC功能膜往往只应用于最外层。
大多数TAC膜供应商,同时供应光板TAC膜和TAC功能膜,例如日本Fujifilm、Konica Minolta、日本造纸,台湾新光合成纤维,韩国晓星等;也有一些企业采购光板TAC膜进行表面处理后进行加工,如大日本印刷、toppan印刷、琳得科、日本东山等。另外也有一些偏光片生产企业,如LG化学、日东电工等,自身即拥有对TAC膜进行表面处理的能力,可满足自身的部分需求。
光板TAC的表面处理可由TAC制造商、涂布企业、及偏光片制造商完成
虽然光板TAC膜生产商、涂布企业、及偏光片生产企业都拥有一定的TAC膜的表面处理技术和能力,但不同企业所掌握的技术优势各有千秋。例如,大日本印刷是高清防眩AG膜的行业领导者,占AG膜70%市场以上;凸版印刷和日本造纸以CHC处理见长,而凸版印刷又是干法生产AR膜的领导者。某些偏光片企业,如LG化学等,可自产AG膜,但其他类型表面处理能力有待发展。而如力特光电,及国内盛波光电、三利谱等企业,尚未掌握TAC膜表面处理技术。表面处理技术即使在行业内也扩散较慢,因此拥有不同TAC膜处理技术的企业享有一定的市场。
不同企业在TAC膜表面处理技术优势各有千秋
TAC膜清洗和PVA膜延伸复合是偏光片生产核心步骤
碘系生产技术和湿法拉伸工艺流程
前工序(TAC膜清洗及PVA膜延伸与复合)
前工序包括TAC膜的预处理和PVA膜的延伸与复合。TAC膜的预处理制程系将TAC膜进行碱液处理,经过水洗槽清洗残留的碱液后,烘干收卷,此制程主要目的在于降低TAC膜的接触角,便于与PVA膜的贴合。具体如下:
PVA膜的延伸和复合制程是先将经过纯水膨润后的PVA膜浸入染色槽,吸附二向吸收的碘分子,再经过延伸槽对碘分子进行拉伸取向,烘干之后将PVA膜与两层预处理之后的TAC膜复合在一起,得到偏光膜。具体如下:
中工序(涂布与复合生产线)
中工序是涂布压敏胶与复合离型膜等其他膜材的制程。该工序系将压敏胶涂布在离型膜上,经过烘箱将压敏胶中的水分蒸发出去后,并与前工序生产的偏光膜贴合到一起后收卷,之后放置到恒温固化室进行固化,有时因产品类型不同,需要复合其它相关的光学薄膜。具体如下:
后工序(裁切生产线)
将固化好的偏光片按需要的尺寸大小进行裁切、磨边、清洁、检验、包装。
具体如下:
3、主要产品特点及应用领域
偏光片主要性能指标包括光学特性、机械性能和可靠性三方面。光学特性主要是指偏光片的透过率、偏振度和色调等参数;机械性能主要包括偏光片的翘曲度、偏光片压敏胶的粘结强度等;可靠性则是衡量偏光片耐久性的指标,其评价方法是将偏光片放置在高温、低温、高温高湿等环境试验箱中经过一定的时间后,检查其外观和光学性能的变化。
偏光片产业链如下图所示:
显示世界综合自:三利谱资料、CNKI、平安证券等
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