偏光板技术介绍

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1、偏光板技術介紹(FPD.2001.DEC)賴劍書、鄭堯中、顏富祥/力特光電隨著社會高度電子化發展，人與人之間的互動也愈趨頻繁，在訊息的傳遞上講求即時、互動功能的顯示器技術也愈受重視。由於液晶顯示器所具有的薄型、輕・、低耗電等優點，使其廣泛被使用在個人及家庭用的電子商品上。近年來又由於大型化及彩色化技術提高，液晶顯示器似乎已有取代陰極射線管(CRT)的趨勢，在2005年時估計將有大於1,000億美金的市場，被喻為是21世紀明星產業之一。偏光膜為液晶顯示器重要元件之一，伴隨著液晶顯示器的快速發展，偏光膜的市場也隨之擴大。

2、目前商品化的液晶顯示器均利用偏極光做為光源，而偏光膜的功能是將非偏極光轉為偏極光。我們以TN型LCD為例加以說明。圖一(a)是當光線進入經配向過的液晶槽(liquidcrystalcell)後，其偏極方向隨液晶的排列而旋轉90度。圖一(b)則是在對液晶槽施加電壓後，所有的液晶分子皆朝同一方向排列，入射光的偏極方向沒有改變。由此可知，在沒有偏光膜的情況下，光線可自由進出液晶槽，不受外加電場的影響。圖二表示，當外加兩層偏光膜之後，光線的透過就可用外加電場加以控制，使得視覺上可以感受到明暗的變化。(a)(b)［圖一］Vol

3、tage入PelarizingFMIers［圖二］偏極光與偏光膜的基本原理大多數的人仍然對偏光膜這個名詞感到陌生而不很清楚，故在此先對偏極光的現象及基本原理稍做說明。偏極光人類對光的了解依序可分成以下四個重要階段：1.十七世紀中，牛頓首先開始對光做有系統的研究，他發現到所謂的白光(WhiteLight)是由所有的色光(ColoredLight)混合而成。為了要解釋這個現象，就有許多不同的理論衍生出來。2.十九世紀初，楊氏(ThomasYoung)利用波動理論成功的解釋了大部分的光學現象如反射、折射和繞射等。3.187

4、3年，馬克斯威爾發現光波是電磁波，其中它的電波和磁波是相依相存不能分開的，電場(E)、磁場(H)與電磁波進行的方向(k)這三者是呈相互垂直的關係。EA［圖三］4.二十世紀初，愛因斯坦發現光的能量要用粒子學說才能解釋，因而衍生出量子學。換言之，光同時具有波動及粒子兩種特性。因為偏極光的理論是用波動學來解釋的，所以往後的討論都將光視為電磁波，並且為了簡化易懂，我們只考慮其電場向量Eo非偏極光的E可以用圖四表示，圖四中許多對稱等長的輻射線表示E在E、H所組成的平面上振動，並且在各方向振動的機會均等。當E的分佈不均時就稱之為

5、偏極化（Polarization）,如圖五所示為部份偏極光，當E只在一個方向振動時則稱之為線性偏極光（圖六）。從向量的觀點來看，當圖四中各方向的向量投影到X和丫兩個相互垂直的座標軸上後，非偏極光可以分解為兩條相垂直的線性偏極光（圖七）。［圖四：非偏極光］［圖五：部份偏極光］［圖六：線性偏極光］［圖七：相互垂直的線性偏極光］偏極光的製造一般而言，製造偏極光的方法是由以下三個步驟：1.製造普通非偏極光（圖四）。2.分解此非偏極光為兩個相互垂直的線性偏極光（圖七）。3.捨棄一條偏極光，應用另一條偏極光（圖六）。能將非偏極光

6、分解為兩條偏極光，而捨棄其一的儀器稱之為起偏器（Polarizer）,起偏器可以利用如吸收、反射、折射、繞射等光學效應來產生偏極光。一般較常用的起偏器種類有以下數種：（1）反射型當光線斜射入玻璃表面時，其反射光將被部分偏極化。利用多層玻璃的連續反射效果即可將非偏極光轉為線性偏極光。(2)複屈折型將兩片方解石晶體接合，入射光線會被分解為兩道偏極光，稱為平常光與非常光。(3)二色性微晶型將具有二色性的微小晶體有規則地吸附排列在透明的薄片上，這是人工第一次做出偏光膜的方法。(4)高分子二色性型利用透光性良好的高分子薄膜，將

7、膜內分子加以定向，再吸著具有二色性的物質，此為現今生產偏光膜最主要的方法。這類吸收式的起偏器都是以膜(Film)或是板(PlateorSheet)的形式存在，因此，通常又稱之為偏光膜(PolarizingFilm)或偏光板(PolarizingPlateorSheet)o英文上另外一個更通俗的稱呼是PolarizingFiltero偏光膜的起源偏光膜是由美國拍立得公司(Polaroid)創始人蘭特(EdwinH.Land)於1938年所發明。六十年後的今天，雖然偏光膜在生產技巧和設備上有了許多的改進，但在製程的基本原

8、理和使用的材料上仍和六十年前完全一樣。因此，在說明偏光膜的製程原理之前，先簡單的敘述一下蘭特當時是在什麼情況下得到靈感，相信這有助於全面了解偏光膜的製程。蘭特於1926年在哈佛大學唸書時看了一篇由英國的一位醫生Dr.Herapath在1852年發表的論文，內容提到Dr.Herapath的一位學生Mr.Phelps曾不小心把碘掉入thesolut