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液晶顯示器偏光膜的基本原理 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。 偏極光人類對光的瞭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(White Light)是由所有的色光(Colored Light)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(Thomas Young)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。3.1873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。 圖1 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E。非偏極光的E可以用圖2表示，圖2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偏極化(Polarization)，如圖3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4)。從向量的觀點來看，當圖2中各方向的向量投影到X和Y兩個相互垂直的坐標軸上後，非偏極光可以分解為兩條相垂直的線性偏極光(圖5)。 圖2：非偏極光 圖3：部份偏極光 圖4：線性偏極光 圖5：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2)。2.分解此非偏極光為兩個相互垂直的線性偏極光(圖5)。3.捨棄一條偏極光，應用另一條偏極光(圖4)。能將非偏極光分解為兩條偏極光，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(Plate or Sheet)的形式存在，因此，通常又稱之為偏光膜(Polarizing Film)或偏光板(Polarizing Plate or Sheet)。英文上另外一個更通俗的稱呼是Polarizing Filter。 偏光膜的起源??? 偏光膜是由美國拍立得公司(Polaroid)創始人蘭特(Edwin H. 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，但在制程的基本原理和使用的材料上仍和六十年前完全一樣。因此，在說明偏光膜的制程原理之前，先簡單的敍述一下蘭特當時是在什麼情況下得到靈感，相信這有助於全面瞭解偏光膜的制程。蘭特於1926年在哈佛大學念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the solution disulfate of quinine，他發現立即就有許多小的綠色晶體產生，Dr. Herapath於是將這些晶體放在顯微鏡下觀察，發現如下圖所示：當兩片晶體相重疊時，其光的透過度會隨晶體相交的角度而改變，當它們是相互垂直時，光則被完全吸收(圖6)；相互平行時，光可完全透過(圖7)。  圖6：光被完全吸收 圖7：光可完全透過 這些碘化合物的晶體非常小，所以在實際應用上有了很大的限制，Dr. Herapath花了將近十年的時間來研究如何才能做出較大的偏光晶體，可是他並沒有成功。因此，蘭特認為這條路可能是不可行的，於是他採用了以下的方式：●蘭特把大顆粒晶體研磨(ball mill)成微小晶體，並使這些小晶體懸浮在液體中。●將一塑膠片放入上述的懸浮液中，然後再放入磁場或