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Il principio di base del film polarizzante del display a cristalli liquidi
Jun 29, 2018

Il principio di base del film polarizzante del display a cristalli liquidi


Il principio base della luce polarizzata e del film polarizzante

La maggior parte delle persone non ha ancora familiarità con il termine "film polarizzante". Pertanto, per prima cosa spieghiamo il fenomeno e il principio di base della luce polarizzata.


luce polarizzata
La comprensione umana della luce può essere suddivisa in quattro fasi importanti:

1. nel diciassettesimo secolo, Newton iniziò uno studio sistematico della luce e scoprì che la cosiddetta luce bianca era composta da tutta la luce colorata (luce colorata). Per spiegare questo fenomeno, ne derivano molte teorie diverse.

2. All'inizio del XIX secolo, Thomas Young usò la teoria ondulatoria per spiegare la maggior parte dei fenomeni ottici, come la riflessione, la rifrazione e la diffrazione.

Per 3.1873 anni, Maxwell ha scoperto che le onde luminose sono onde elettromagnetiche, in cui le onde e le onde magnetiche sono inseparabili l'una dall'altra, e le tre sono perpendicolari al campo (E), il campo magnetico (H) e la direzione del campo elettromagnetico onda (k).

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4. All'inizio del XX secolo, Einstein scoprì che l'energia della luce poteva essere spiegata dalla teoria delle particelle e dalla teoria quantistica derivata. In altre parole, la luce ha due caratteristiche di fluttuazione e particella contemporaneamente.

Poiché la teoria della luce polarizzata è spiegata dalla teoria delle onde, la discussione successiva riguarda la luce come un'onda elettromagnetica, e per essere facile da capire, consideriamo solo il suo vettore di campo elettrico E. La E della luce non polarizzata può essere espressa nella Figura 2. Nella Figura 2, molte linee di radiazione simmetriche e di uguale lunghezza indicano che E vibra sul piano di E e H, e l'opportunità di vibrazione in tutte le direzioni è uguale. Quando la distribuzione di E non è uniforme, viene chiamata polarizzazione (Polarizzazione), come mostrato in Figura 3 come luce polarizzante parziale, e quando E vibra solo in una direzione, viene chiamata luce polarizzata lineare (Figura 4). Dal punto di vista del vettore, quando i vettori di tutte le direzioni nella Figura 2 sono proiettati sui due assi perpendicolari di X e Y, la luce non polarizzante può essere scomposta in due luci polarizzate lineari verticali (Figura 5).

 

Figura 2: luce non polarizzata

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Figura 3: luce polarizzante parziale

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Figura 4: luce polarizzante lineare

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Figura 5: luce polarizzante lineare perpendicolare l'una all'altra

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La produzione di luce polarizzante

In generale, ci sono tre passaggi per creare la luce aurorale.

1. Fai luce ordinaria non polarizzata (Figura 2).

2., decomponiamo la luce non polarizzante in due polari lineari reciprocamente perpendicolari (figura 5).

3. scartare una luce polarizzata e applicare un'altra luce polarizzante (Fig. 4).

Il polarizzatore può essere scomposto in due polarizzatori e lo strumento che ne abbandona uno viene chiamato polarizzatore (polarizzatore). Il polarizzatore può utilizzare effetti ottici come assorbimento, riflessione, rifrazione, diffrazione e altri effetti ottici per produrre luce polarizzante.

Generalmente, ci sono diversi tipi di polarizzatori comunemente usati:

(1) tipo di riflessione

Quando la luce è inclinata sulla superficie del vetro, la luce riflessa sarà parzialmente polarizzata. Utilizzando l'effetto di riflessione continua del vetro multistrato, la luce non polarizzante può essere trasformata in luce lineare polarizzata.

(2) tipo di flessione complesso

Due pezzi di cristalli di calcite si uniscono e la luce incidente viene scomposta in due luci polarizzate, chiamate luce ordinaria e luce straordinaria.

(3) due cromatici microcristallini

I minuscoli cristalli a due colori vengono regolarmente assorbiti su fogli trasparenti. Questo è il primo modo artificiale per fare film polarizzanti.

(4) due cromaticità del polimero

Il metodo più importante per produrre un film polarizzante è utilizzare il film polimerico con una buona trasmittanza, per orientare le molecole nella membrana e assorbire il materiale a due colori. Questo tipo di polarizzatore assorbente esiste sotto forma di pellicola o lastra o foglio, quindi viene spesso definito come un film polarizzante (pellicola polarizzante) o una lastra polarizzante (lastra o lastra polarizzante). Un altro termine popolare in inglese è il filtro polarizzatore.

L'origine del film polarizzante

Il film polarizzante fu inventato da Lent, fondatrice della Polaroid nel 1938 (Edwin H. Land). Sessant'anni dopo, sebbene il film polarizzatore abbia apportato molti miglioramenti nelle capacità e nelle attrezzature di produzione, i principi di base del processo e dei materiali utilizzati sono ancora esattamente gli stessi usati sessant'anni fa. Quindi, prima di spiegare il principio di processo del film polarizzatore, è molto utile comprendere il processo del film polarizzatore in un modo semplice.

Quando Rand studiava all'Università di Harvard nel 1926, leggeva un articolo pubblicato da un dottore britannico, il dott. Herapath, nel 1852. Menzionava che uno studente del Dr. Herapath, Mr. Phelps, lasciò cadere accidentalmente lo iodio nella soluzione disolfata di chinino e ha scoperto che c'erano molti piccoli cristalli verdi prodotti immediatamente. Il cristallo è osservato al microscopio e si trova come mostrato nello schema seguente: quando le due fasi cristalline si sovrappongono, la trasmittanza della luce cambia con l'angolo dell'incrocio cristallino. Quando sono perpendicolari tra loro, la luce è completamente assorbita (Figura 6); la luce può essere completamente permeabile quando sono parallele l'una all'altra (Figura 7).

Figura 6: la luce è completamente assorbita


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Figura 7: la luce può essere completamente permeabile

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I cristalli di questi composti di iodio sono molto piccoli, quindi è molto limitato nelle applicazioni pratiche. Il Dr. Herapath impiegò quasi dieci anni per studiare come realizzare cristalli polarizzanti più grandi, ma non ci riuscì. Pertanto, Rand ritiene che questa strada potrebbe non essere fattibile, quindi adotta i seguenti modi:

(rand) che lambiscono grandi cristalli granulari (mulino a sfere) in minuscoli cristalli e sospendono questi piccoli cristalli in liquido.
Un foglio di plastica viene posto nella sospensione e quindi posizionato in un campo magnetico o campo elettrico.

Rimuovendo il foglio di plastica dalla sospensione, il cristallo polarizzatore sarà fissato alla superficie del foglio di plastica.

Lasciare la pellicola di plastica in un campo magnetico o campo elettrico, diventa una pellicola polarizzante dopo l'essiccazione.

Il metodo di Rand è di organizzare molti piccoli cristalli polarizzanti in accordo regolare, che è equivalente a un grande cristallo polarizzato. Nel 1928, realizzò con successo il primo film polarizzatore e il film J. Gli svantaggi di questo metodo sono dispendiosi in termini di tempo, costi elevati e opacità sfocata. Ma Rand ha trovato diversi fattori importanti nella produzione di pellicole polarizzanti: (1) orientamento dello iodio (2) polimero (3) (Orientamento). Dopo continue ricerche e miglioramenti, Rand ha finalmente inventato il metodo di produzione che è ancora in uso nel 1938 e il suo principio di base sarà discusso nella prossima sezione.

Il principio di funzionamento del film polarizzante

Il film polarizzante più comune è il film H inventato da Rand nel 1938. Il metodo è il seguente: in primo luogo, una placca di plastica trasparente, chimicamente attiva (solitamente PVA) viene impregnata nella soluzione acquosa di I2 / KI. In pochi secondi, molti ioni ioduro si sono diffusi nello strato interno del PVA. Dopo un po 'di calore, viene stirato manualmente o meccanicamente fino a diverse volte la lunghezza del PVA. La lunghezza della piastra diventa stretta e sottile allo stesso tempo e la molecola di PVA è distribuita casualmente in qualsiasi angolazione. Dopo la tensione, viene gradualmente deviato nella direzione della forza. Anche gli ioni di iodio attaccati al PVA seguono la direzione, formando una lunga catena di ioni di iodio. Poiché gli ioni ioduro hanno una buona polarizzabilità, possono assorbire la componente del campo elettrico parallelamente alla direzione della sua disposizione e lasciare che il componente del campo elettrico nella direzione verticale passi attraverso il campo elettrico. Con questo principio, si può realizzare il film polarizzante (Figura 8).

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Tipo e sviluppo del film polarizzante
Tipi di film polarizzanti usati oggi

Il film polarizzante ha una vasta gamma di applicazioni. Può essere utilizzato non solo in LCD come materiale polarizzante, ma anche nello specchio filtrante di occhiali da sole, occhiali antiabbagliamento, attrezzature fotografiche, fari per automobili trattamento anti-riflesso e regolatore di quantità luce, e altri microscopi polarizzanti e occhiali medicali speciali. Al fine di soddisfare i requisiti di peso leggero e facile da usare, la scelta del film polarizzatore si basa principalmente sul tipo a due colori del polimero. Questo tipo di materiale polarizzante ha quattro tipi:

(1) film polarizzante metallico

Sali metallici come oro, argento e ferro vengono adsorbiti sul film polimerico e quindi ridotti per rendere l'asta simile al metallo distorta. Ora non è prodotto con questo metodo.

(2) pellicola polarizzante iodata

Al giorno d'oggi le molecole di PVA e iodio costituiscono il modo più importante per produrre pellicole polarizzanti.

(3) pellicola polarizzante del sistema di tintura

I coloranti organici a due colori sono stati adsorbiti su PVA e quindi estesi per orientarli, in modo che avessero proprietà di rotazione parziale.
(4) pellicola di politene polarizzante

Usando acido come catalizzatore, il PVA viene disidratato, in modo che le molecole di PVA contengano una certa quantità di struttura di etilene, e quindi estese per orientarsi, in modo che abbia proprietà di rotazione parziale.

La struttura del film polarizzante

Dopo aver esteso la membrana polimerica, le proprietà meccaniche di solito diminuiscono e diventano fragili. Pertanto, dopo che la matrice polarizzante (PVA) è estesa, un substrato trasparente costituito da tre acetato (TAC) è attaccato ai due lati. Da un lato, il substrato può essere protetto. Da un lato, il ritiro della membrana può essere prevenuto. Inoltre, uno strato di pellicola di rilascio e pellicola protettiva può essere aggiunto allo strato esterno del substrato per facilitare l'adesione con la cella a cristalli liquidi (figura tredici).


Figura tredici: uno schizzo strutturale di un film polarizzante


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Caratteristiche di qualità del film polarizzante per LCD

Poiché il display LCD non è luminoso, per ottenere i requisiti di identificazione chiari e semplici, la pellicola polarizzante deve avere una trasmissione chiara e alta e una rotazione ottica elevata. Recentemente, l'uso di LCD è sempre più ampio, come il sostentamento delle persone, il militare, l'alta tecnologia e così via. A causa della diversificazione e della durata del display LCD, è necessario rafforzare la durabilità e la rotazione ottica del film polarizzatore.

Inoltre, nelle caratteristiche estetiche, con il miglioramento della verniciatura LCD, la superficie del film polarizzante deve essere liscia e altamente raffinata. Se viene utilizzato per lungo tempo in un ambiente ad alta temperatura e umidità elevata, deve mantenere le prestazioni di polarizzazione e anche la stabilità dell'adesivo utilizzato è uno dei punti chiave. Di solito nel processo di produzione del film polarizzante, è fatto nella stanza senza polvere.

1. poiché il materiale del film polarizzante è PVA e TAC, non devono esserci sostanze estranee e resina non disciolta.

2. durante il processo di laminazione del film polarizzante, nessuna materia estranea può essere miscelata nel processo di incollaggio, incollaggio e lavorazione.

3. nessun difetto può essere trovato nel materiale come pellicola protettiva o pellicola di rilascio.

4. no Il collegamento del corpo estraneo. può essere trovato sulla superficie e tagliare la sezione del prodotto finito o sulla confezione.

Se le condizioni di cui sopra non possono essere soddisfatte, il film polarizzante con alta risoluzione, grandi dimensioni e alta precisione non può essere realizzato.

Lo sviluppo del film polarizzante per LCD

(1) pellicola polarizzante iodata

Le pellicole polarizzanti in PVA e iodio hanno occupato a lungo una buona parte del mercato LCD. Oggigiorno, il miglioramento continuo della tecnologia dei materiali e delle estensioni è molto vicino al valore teorico della luce polarizzata e della trasmittanza (luce polarizzata 100% e trasmittanza 50%).

(2) film polarizzante durevole

Usando la formula del colorante per realizzare film polarizzanti con alte temperature, umidità, resistenza alla luce e altre caratteristiche, per lo più utilizzati su veicoli, navi o LCD per aeromobili. Ma il tasso di polarizzazione è inferiore a quello dello iodio e il suo prezzo è elevato. Lo sviluppo attuale è una molecola di colorante reattiva ad alto bias con assorbimento uniforme nella regione di luce visibile dall'estensione di PVA. La sua performance di polarizzazione è paragonabile a quella del film polarizzante a base di iodio, ma il prezzo è ancora superiore a quello del film polarizzato iodato.

(3) pellicola di compensazione ottica

Man mano che la tecnologia dei prodotti LCD progredisce sempre di più, i requisiti per la colorazione, l'angolo visivo e la perdita di luce del film polarizzante sono migliorati relativamente, quindi sono necessari tutti i tipi di membrane di compensazione ottica per compensare. Ad esempio, (STN-LCD) perché la torsione della molecola di cristalli liquidi è superiore a 90 gradi, si verificherà un fenomeno di colorazione nella pellicola polarizzante utilizzando la luce polarizzata lineare e la soluzione è di aggiungere una pellicola di differenza di fase.

 


trattamento della superficie

L'elaborazione della superficie può aumentare le proprietà ottiche e meccaniche del film polarizzante. Al giorno d'oggi, al fine di soddisfare i requisiti della diversificazione LCD, il film polarizzante con funzione composta è stato venduto sul mercato.

1. trattamento anti riflesso (AR)

Quando la luce attraversa la superficie del film polarizzante, ci sarà circa il 5% della perdita di riflessione. A causa della perdita di luminosità e della luce riflessa, l'identificazione dell'LCD sarà ridotta. Il metodo di miglioramento consiste nel vaporizzare uno strato di film metallico sulla superficie del film polarizzante, ridurre il valore di riflessione usando il principio di interferenza della luce e ridurre la riflettanza a meno dell'1%.

(2) trattamento antiriflesso (AG)

Al fine di evitare un'eccessiva concentrazione di luce, la superficie del film polarizzante viene trasformata in forma concava convessa e la luce viene dispersa in modo uniforme per ottenere l'effetto di antiabbagliamento.

Con il trattamento AG, la sua superficie può raggiungere la matita 3H di durezza più resistente ai graffi, e la nebbia più alta è adatta per prodotti di grandi dimensioni (superiori a 12,1 "), principalmente a causa della forte sorgente di retroilluminazione del display LCD. dei requisiti di risoluzione LCD come UXGA (1600 x 1200) per l'elaborazione più dettagliata dei requisiti AG, i produttori di schede polarizzatrici stanno iniziando a prestare attenzione a questo, credono che ci sarà un prodotto corrispondente per la valutazione del mercato di recente.