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一文看懂半导体显示之偏光片
一、偏光片介绍
偏光片：作用是将入射光分解成互相正交的两个偏振光分量：水平S分量和垂直P分量，只让一个通过，另一个被吸收、反射、折射或散射。
偏光片原理
偏光片制程
-偏光片按功能分类
透射式偏光片
反射式偏光片
半透过半反射式偏光片
补偿型偏片
-偏光片按染色方法分类
碘系偏光片：PVA与碘分子相结合，为现今生产偏光膜最主要的方法。容易获得高透过率、高偏振度的光学特性，但耐高温高湿的能力较差。
染料系偏光片：将具有二色性的有机染料吸着在PVA上，并加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。不容易获得高透过率、高偏振度的光学特性，但耐高温高湿的能力较好。
-偏光片按起偏材料的种类分类
金属偏光片:将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上，再加以还原，使棒状金属有起偏的能力，现在已不使用这种方法生产。
碘系偏光片：PVA与碘分子所组成，为现今生产偏光膜最主要的方法。
染料系偏光片：将具有二色性的有机染料吸着在PVA上，并加以延伸定向，使之具有偏旋光性能;
乙烯偏光片：用酸为触媒，将PVA脱水，使PVA分子中含一定量乙烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏旋光性能。
二、偏光片基本结构
偏光片最基本的结构是“三明治结构”，一层PVA两边各附一层TAC，为了方便使用和达到不同的光学效果，制造商会在基本结构的贴附面涂布一层PSA，最后在两个外侧面贴上保护膜和离异膜来保护偏光片。这就是最基础的TN-LCD普通全投射型偏光片。如果去掉一层保护膜，再复合一层反射膜，就是反射型偏光片。去掉一层异形膜，再复合一层半反膜，就是半反射型偏光片。使用耐高温防潮压敏胶，并对PVA进行特殊浸胶处理，所制成的偏光片即为宽温型偏光片。小尺寸TFT-LCD用偏光片常规结构与TN-LCD相同。中大尺寸TFT-LCD后偏光片需要附加增亮膜，前片需要附加视角补偿和防眩抗反射相关膜。
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结构 |
作用 |
说明 |
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偏光层 |
PVA 薄膜染色拉伸后制成，通过拉伸PVA膜将嵌入其中的碘分子定向，使之具有二向色性，吸收偏振方向与拉伸方向相间的光分量，透射与拉伸方向垂直的光。 |
偏光原膜，决定了偏光片的偏光性能，透光率，也影响偏光片色调和光学耐久性 |
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TAC层 |
保护 PVA 膜来隔绝水分和空气，防止PVA膜回缩。 |
光学均匀性好，透明性良好，强度高，采用紫外隔离和防眩功能膜可以制作防紫外光型偏光片和防眩型偏光片。 |
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粘合剂 |
贴合偏光片和面板 |
反射膜侧黏合剂黏合TAC 膜和反射膜，离型膜侧黏合剂是一层压敏胶，决定偏光片的黏结性能及贴片加工性能。 |
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离型膜 |
保护压敏胶层 |
剥离力大小影响贴片作业性 |
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保护膜 |
PE保护膜保护TAC膜，PET保护膜保护压敏胶层 |
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表1偏光片各层结构的作用
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偏光片性能 |
影响特性 |
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偏光片的透过率、厚度、附加功能膜 |
亮度 |
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偏光片的对比度、TAC 附加功能膜 |
对比度 |
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TAC附加功能膜、偏光片位相差膜 |
视角 |
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偏光片的贴合度、与补偿膜的贴合角度 |
色度 |
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偏光片色调 |
色调 |
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偏光片厚度、补偿膜结构 |
厚度 |
表2偏光片性能对面板显示效果的影响
三、OLED与LCD偏光片对比
OLED与LCD所用偏光片略有差别。其中，LCD模组中有两张偏光片，上偏光片通过解析偏振光产生明暗对比，下偏光片将光源产生的光束转换为偏振光，产生显示画面。OLED只需一张圆偏光片，以1/4波长相位膜与传统偏光片构成，主要作用是抵挡环境光，提高对比度。
图3 OLED与LCD偏光片对比
四、偏光片相关标准
HG/T 5858-2021光学级聚酯薄膜（PET）偏光片保护膜
HG/T 4357-2012薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）用偏光片
HG/T 4150-2019偏光片用三醋酸纤维素酯（TAC）薄膜
HG/T 4288-2023偏光眼镜用三醋酸纤维素酯（TAC）薄膜
五、偏光片材料表征
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表观性能 外观检查 直角度 剪切精度 翘曲度 吸收轴偏差 |
光学性能 单体透光率 反射率 色度 雾度 偏光度 |
可靠性 高温试验 低温试验 高温高湿试验 低温循环 高低温循环 紫外老化
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物理性能 厚度 密度 剥离强度 粘接强度 水接触角 附着力 热收缩率 铅笔硬度 |
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电学性能 表面电阻 体积电阻 绝缘电压 |
洁净度 金属杂质污染物 阴离子污染物 |
环保指令 RoHS指令 REACH指令 PoPs指令 TPCH指令 |
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六、偏光片检测案例
-6.1偏光片光学性能分析
背景信息：分析POL中光学性能指标是否符合SPC
测试方法：
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测试项目 |
测试方法 |
测试仪器 |
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光学性能 |
380-780nm,5nm间隔测试 |
UV-VIS |
测试结果：
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测试项目 |
单位 |
测试结果 |
客户规格 |
判定 |
|
380nm透过率 |
% |
1.04 |
≤5 |
合格 |
|
单透 |
% |
44.5 |
≥43 |
合格 |
|
偏振度 |
% |
99.46 |
≥99 |
合格 |
|
色度a |
NBS |
-0.91 |
-1.5±1.5 |
合格 |
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色度b |
NBS |
2.12 |
3.5±1.5 |
合格 |
测试结论：样品检测结果符合客户SPC。
-6.2偏光片中挥发性有机物残留分析
背景信息：分析POL中挥发性有机物残留分析
测试方法：
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测试项目 |
测试方法 |
测试仪器 |
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挥发性有机化合物 |
ISO 12219-2-2012 |
HPLC、ATD-GC-MS、 智能大气采样器 |
测试流程：
1.90℃烘烤清洁10L采样袋24h；
2.裁剪10cm×10cm测试样并称量，再放入10L采样袋中密封，充入5L高纯
3.将装有试样的采样袋放入烘箱中，65℃保持2h；
4.取出冷却到室温，用Tenax吸附管采1L气体，上ATD-GCMS测试苯类、烷烃类物质；用DNPH吸附管采2L气体，上HPLC测试醛酮类物质。
测试谱图：
测试结果：
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测试项目 |
CAS No. |
检出(μg/m3) |
测试结果(μg/m3) |
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挥发性 有机化合物 (VOC)
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TVOC(C6-C16) |
/ |
/ |
30 |
|
乙苯 |
100-41-4 |
1 |
ND |
|
|
苯乙烯 |
100-42-5 |
1 |
ND |
|
|
苯甲醛 |
100-52-7 |
10 |
ND |
|
|
丙烯醛 |
107-02-8 |
10 |
40 |
|
|
甲苯 |
108-88-3 |
1 |
ND |
|
|
环己酮 |
108-94-1 |
1 |
ND |
|
|
正戊烷 |
109-66-0 |
1 |
ND |
|
|
正己烷 |
110-54-3 |
1 |
ND |
|
|
环己烷 |
110-82-7 |
1 |
ND |
|
|
十一烷 |
1120-21-4 |
1 |
3 |
|
|
DEHP |
117-81-7 |
1 |
ND |
|
|
丙醛 |
123-38-6 |
10 |
ND |
|
|
丁醛 |
123-72-8 |
10 |
ND |
|
|
丁烯醛 |
123-73-9 |
10 |
ND |
|
|
乙酸丁酯 |
123-86-4 |
1 |
ND |
|
|
甲醛 |
50-00-0 |
10 |
29 |
|
|
十六烷 |
544-76-3 |
1 |
ND |
|
|
异戊醛 |
590-86-3 |
10 |
ND |
|
|
十四烷 |
629-59-4 |
1 |
10 |
|
|
己醛 |
66-25-1 |
10 |
ND |
|
|
丙酮 |
67-64-1 |
10 |
ND |
|
|
苯 |
71-43-2 |
1 |
ND |
|
|
乙醛 |
75-07-0 |
10 |
11 |
|
|
二甲苯 |
95-47-6（o）、 106-42-3（m）、 108-38-3（p） |
1 |
ND |
|
|
DBP |
84-72-2 |
1 |
ND |
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