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