液晶显示器用偏光片技术及市场分析

柴宝玉

(西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121)

1 概述

液晶显示器（LCD）以其质轻体薄、低工作电压、低功耗、无辐射危害、平面直角显示、影像稳定不闪烁、易于实现大面积显示等优点，逐步取代CRT，成为信息时代终端显示器件的主流产品。其中，偏光片是液晶面板的关键零组件，主要作用是将自然光转化为线偏振光，通过外加电压控制液晶分子的转向，来控制光线的穿透与否，进而产生面板明暗之显示效果。

本文首先介绍偏光片在液晶显示器中的应用原理，接着介绍偏光片的基本结构与组成偏光片的各膜层材料，最后介绍目前生产偏光片的主要企业和近几年偏光片的市场情况。

2 偏光片在液晶显示器中的应用原理

光是一种电磁波，光的电场振动是横波，即光的电振动是在与光前进方向垂直的平面上。自然光的电振动在振动平面的各个方向是完全均匀的，如图1；如果光波的电振动只限于某一确定的方向上，就是线偏振光了，如图2。在液晶显示器中，通过使光透过或遮断来实现图像显示。但太阳光及由液晶显示器背光源发出的光是自然光，要实现完全遮断，是非常难的；而线偏振光电振动方向单一，对其遮断要比自然光容易得多，这个特性为其在液晶显示器中的应用，提供了得天独厚的条件。

图1 自然光

图2 线偏振光

偏光片就能产生和检测偏振光。偏光片有一个特定的方向指向，称之为透光轴，与这个方向垂直的电振动被阻挡，而与这个方向平行一致的电振动则可以自由通过。这样自然光通过偏光片以后，就变成了线偏振光。同样，当偏振光透过偏光片时，如果偏振光的振动方向与偏光片的透射方向平行一致，就几乎不受到阻挡；如果偏振光的振动方向与偏光片的透射方向相垂直，则几乎完全不能通过。在两片透光轴方向正交的偏光片中间加入具有扭转特性的液晶分子，就能控制光线的通过，从而达到显示图像的目的。

3 偏光片的基本结构

偏光片是一种复合膜，由中间能产生偏振光线的偏光膜和复合在两边的起保护作用的基材膜组成偏光片原板。在普通TN-LCD产品中，根据不同的使用要求，需要在偏光片原板的一侧涂敷一定厚度的黏结剂，并复合上保护黏结剂的离形膜，而在另一侧则要根据产品类型为透射型、反射型或半透半反型，分别复合保护膜、反射膜或半透半反膜。对STN-LCD产品，还要在黏结剂层一侧，根据客户的不同需要，按一定的补偿角度复合具有位相差补偿能力的位相差膜和保护膜。另外，在基板外层还需要再加一层离形膜和保护膜，以便与LCD贴合。近年来为满足液晶面板大型化和薄型化的需要，还要在偏光片上附加不同的功能膜，如广视角膜、高清晰度膜、增亮膜等。图3所示为典型的透射型偏光片的基本结构。

图3 偏光片基本结构图

3.1 偏光膜

偏光膜是使偏光片具有偏光特性的核心膜层，采用添加碘且单轴延伸的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）膜片，主要成分为聚乙烯醇和碘，故称碘系偏光膜。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，与碘等的亲和性好，在拉伸时的取向性高等优点，被作为LCD偏光膜的原料使用。

碘是一种典型的二向色性物质，对光波具有选择吸收性。在与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，如图4所示，使之能够吸收偏振方向与延伸方向(吸收轴)平行的光。与吸收轴垂直方向(透光轴)上的光侧透过。因此，各个方向都有振动的自然光透过偏光片后，就变成了振动方向与透光轴方向平行的偏振光。碘分子与PVA分子形成络合物，几个碘分子相连形成聚碘，并单方向均匀排列，由于这种聚碘的形成，碘系偏光膜片具备非常好的偏光特性，对光学性能要求高的TFTLCD中多采用这种偏光膜片。

图4 PVA高分子与延伸后的PVA膜片

3.2 基材膜

由于PVA膜片耐湿热性能和机械强度差，不便于使用和加工，因此需在PVA膜两侧各复合一层具有高光透过率、耐湿热性能好、强度高、黏结性优良及光学上各向同性的透明薄膜作为基材膜，一方面可起保护作用，另一方面则可防止PVA膜的回缩。目前LCD偏光片所用基材膜的主要成分为三醋酸纤维素（Triacetylcellulose，TAC），其组成非常复杂，一般还包含可塑剂、助溶剂、润湿剂、滑剂以及紫外线吸收剂等。三醋酸纤维素以流延法加工成膜，至今仍是透过率最高的高分子材料之一。

3.3 黏结剂及保护膜

为保证被基材膜（TAC）所夹的偏光膜靠近LCD屏一侧与屏的贴合，需在TAC外层涂上黏结剂，并复合上保护黏结剂的离形膜，其在偏光片贴附时即被撕去。对黏结剂的要求有：容易从离形膜上剥离；无须借助溶剂、热或其它手段，只需施加轻度指压即可与LCD屏牢固粘合；同LCD屏玻璃面的黏结良好；而且，要具有良好的再剥离性：偶遇贴附不良的情况，当剥离偏光片时，不对LCD屏造成任何损伤。虽然黏结剂的种类很多，但用于偏光片的主要是聚丙烯酸酯溶剂型黏结剂。

另一方面，为防止相对于LCD屏另一侧的基材膜受损或玷污，还需要再贴附一层保护膜。这种保护膜应具备外观良好，具有防静电效果，并且无光学缺陷等特性。偏光片用保护膜主要有聚乙烯(PE)保护膜和PET保护膜两种。PE保护膜价格便宜，主要用于扭曲向列型和超扭曲向列型等中低端偏光片产品中。PET保护膜在薄膜强度、耐划伤性、耐热性方面优于聚乙烯保护膜。但价格为聚乙烯保护膜的5倍左右，所以主要用于高端偏光片成品中。

3.4 离形膜

偏光片用离形膜是一种进行了硅处理的PET膜，因为是偏光片黏结层的离形膜，所以剥离时不可以连黏结剂一起剥离下来，另外对于原膜的光学性能最终要求取向角为零，有较高的平滑性、透明性和洁净度。

3.5 反射膜

反射膜是在PET基片上真空镀一层金属铝或银而成，是生产反射型偏光片的原料之一。生产工艺是在几千度的高温条件下将金属气化，而后在真空条件下附着于PET基片上冷却，收卷而成。金属在基材上的附着程度，颗粒大小，密实程度和反射率等是反射膜的重要指标。

4 国内外偏光片生产企业和市场应用

LCD用偏光片产业属于技术和资金密集型产业，其制造技术汇集了高分子材料技术、微电子技术、光电子技术、薄膜技术等多种应用技术，进入门槛较高。

从偏光片市场方面来看，目前TFT-LCD的偏光片企业主要有日本的日东电工 (Nitto－Denko)、住友化学（Sumitomo）、三立化工、韩国的LG化学、台湾的力特光电，其他偏光片厂商还有Daxon、CMMT、Sanritz、Optimax等。据显示市场专业调查机构Displaybank的统计，2011年偏光片市场三巨头LG化学、日东电子、住友化学的市场占有率 (面积基准)为市场77%，其中LG化学在大型TFT-LCD用偏光片市场以27.4%的份额位居第一，而日东电子与住友化学分别以25.9%与23.6%份额紧随其后。

以各家厂商在不同应用领域偏光片市场占有率来看，LG化学在Monitor市场以超过46%的占有率位居第一，在笔记型电脑市场，中住友化学与日东电子合计占据了70%以上的市场比例；而在LCD-TV市场，日东电子以32.3%市占率位居第一，其次为住友化学以25.4%位居第二，LG化学以24.5%位居第三。

我国内地企业在偏光片领域生产规模较小，主要有深圳深纺乐凯、温州侨业、盛波等批量供应TN-LCD用偏光片和部分STN-LCD用偏光片。而随着TFT-LCD面板的产能逐渐转移到我国，TFT-LCD用偏光片的国产化也势在必行。深纺织投资的TFT-LCD偏光片项目以大尺寸的宽线为主，宽线产能达到600万平方米。预计国内市场在未来3-5年内的年TFT偏光片需求量将达5000多万平方米，市场规模达到100亿元以上。为完善TFT-LCD的产业链建设，国家和政府不仅应在偏光片的研发上给以支持，而且在偏光片原材料研究开发上也应给予大力支持，彻底解决供应链问题，以提高我国TFTLCD产业的竞争力。

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