偏光膜液晶显示器偏光膜的基本原理偏极光与偏光膜的基本原理大.PDF

偏光膜 液晶显示器偏光膜的基本原理 偏极光与偏光膜的基本原理 大多数的人仍然对偏光膜这个名词感到陌生而不很清楚，故在此先对偏极光 的现象及基本原理稍做说明。 偏极光 人类对光的了解依序可分成以下四个重要阶段： 1.十七世纪中，牛顿首先开始对光做有系统的研究，他发现到所谓的白光(White Light)是由所有的色光(Colored Light)混合而成。为了要解释这个现象，就有 许多不同的理论衍生出来。 2.十九世纪初，杨氏(Thomas Young)利用波动理论成功的解释了大部分的光 学现象如反射、折射和绕射等。 3.1873 年，马克斯威尔发现光波是电磁波，其中它的电波和磁波是相依相存不 能分开的，电场(E) 、磁场(H)与电磁波进行的方向(k)这三者是呈相互垂直的关 系。 图 2 4.二十世纪初，爱因斯坦发现光的能量要用粒子学说才能解释，因而衍生出量子 学。换言之，光同时具有波动及粒子两种特性。 因为偏极光的理论是用波动学来解释的，所以往后的讨论都将光视为电磁 波，并且为了简化易懂，我们只考虑其电场向量 E 。非偏极光的E 可以用图 2 表示，图 2 中许多对称等长的辐射线表示 E 在 E 、H 所组成的平面上振动，并 且在各方向振动的机会均等。当 E 的分布不均时就称之为偏极化 (Polarization) ，如图3 所示为部份偏极光，当 E 只在一个方向振动时则称之为 线性偏极光(图 4) 。从向量的观点来看，当图2 中各方向的向量投影到 X 和 Y 两个相互垂直的坐标轴上后，非偏极光可以分解为两条相垂直的线性偏极光(图 5) 。 图 2 ：非偏极光 图 3 ：部份偏极光 图 4 ：线性偏极光 图 5 ：相互垂直的线性偏极光 偏极光的制造 一般而言，制造偏极光的方法是由以下三个步骤： 1.制造普通非偏极光(图 2) 。 2.分解此非偏极光为两个相互垂直的线性偏极光(图 5) 。 3.舍弃一条偏极光，应用另一条偏极光(图 4) 。 能将非偏极光分解为两条偏极光，而舍弃其一的仪器称之为起偏器 (Polarizer) ，起偏器可以利用如吸收、反射、折射、绕射等光学效应来产生偏 极光。 一般较常用的起偏器种类有以下数种： (1) 反射型 当光线斜射入玻璃表面时，其反射光将被部分偏极化。利用多层玻璃的连续反射 效果即可将非偏极光转为线性偏极光。 (2) 复屈折型 将两片方解石晶体接合，入射光线会被分解为两道偏极光，称为平常光与非常光。 (3) 二色性微晶型 将具有二色性的微小晶体有规则地吸附排列在透明的薄片上，这是人工第一次做 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，将膜内分子加以定向，再吸着具有二色性的物 质，此为现今生产偏光膜最主要的方法。这类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，通常又称之为偏光膜(Polarizing Film)或偏光板(Polarizing Plate or Sheet) 。英文上另外一个更通俗的称呼是 Polarizing Filter 。 偏光膜的起源 偏光膜是由美国拍立得公司(Polaroid)创始人兰特(Edwin H. Land)于 1938 年所发明。六十年后的今天，虽然偏光膜在生产技巧和设备上有了许多的 改进，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样。因此，在说 明偏光膜的制程原理之前，先简单的叙述一下兰特当时是在什么情况下得到灵 感，相信这有助于全面了解偏光膜的制程。 兰特于 1926 年在哈佛大学念书时看了一篇由英国的一位医生 Dr. Herapath