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Das Grundprinzip des polarisierenden Films einer Flüssigkristallanzeige
Jun 29, 2018

Das Grundprinzip des Polarisationsfilms von Flüssigkristallanzeigen


Das Grundprinzip von polarisiertem Licht und polarisierendem Film

Den meisten Menschen ist der Begriff "polarisierender Film" noch nicht bekannt. Deshalb erklären wir zuerst das Phänomen und das Grundprinzip des polarisierten Lichts.


polarisiertes Licht
Das menschliche Verständnis von Licht kann in vier wichtige Stufen unterteilt werden:

1. Im 17. Jahrhundert begann Newton zunächst mit einer systematischen Untersuchung des Lichts, und er fand heraus, dass das sogenannte weiße Licht aus dem gesamten Farblicht (farbiges Licht) bestand. Um dieses Phänomen zu erklären, gibt es viele verschiedene Theorien, die daraus abgeleitet werden.

2. Anfang des 19. Jahrhunderts verwendete Thomas Young die Wellentheorie, um die meisten optischen Phänomene wie Reflexion, Brechung und Beugung zu erklären.

Für 3.1873 Jahre stellte Maxwell fest, dass Lichtwellen elektromagnetische Wellen sind, bei denen die Wellen und die magnetischen Wellen untrennbar miteinander verbunden sind und die drei senkrecht zum Feld (E), zum Magnetfeld (H) und zur Richtung des Elektromagneten stehen Welle (k).

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4. Im frühen 20. Jahrhundert entdeckte Einstein, dass die Energie des Lichts durch die Partikeltheorie und die abgeleitete Quantentheorie erklärt werden konnte. Mit anderen Worten, Licht hat zwei Charakteristiken der Fluktuation und des Partikels gleichzeitig.

Da die Theorie des polarisierten Lichts durch die Wellentheorie erklärt wird, betrachtet die spätere Diskussion Licht als elektromagnetische Welle, und um leicht verständlich zu sein, betrachten wir nur seinen elektrischen Feldvektor E. Das E des nicht polarisierten Lichts kann ausgedrückt werden In Abbildung 2 zeigen viele symmetrische und gleich lange Strahlungslinien, dass E in der Ebene von E und H schwingt, und die Möglichkeit der Vibration in allen Richtungen ist gleich. Wenn die Verteilung von E ungleich ist, spricht man von Polarisation (Polarisation), wie in Abbildung 3 als partiell polarisierendes Licht gezeigt. Wenn E nur in einer Richtung schwingt, wird es als linear polarisiertes Licht bezeichnet (Abbildung 4). Aus der Sicht des Vektors kann, wenn die Vektoren aller Richtungen in 2 auf die zwei senkrechten Achsen von X und Y projiziert werden, das nicht polarisierende Licht in zwei vertikal linear polarisierte Licht zerlegt werden (5).

 

Abbildung 2: unpolarisiertes Licht

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Abbildung 3: partiell polarisierendes Licht

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Abbildung 4: linear polarisierendes Licht

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Abbildung 5: linear polarisierendes Licht senkrecht zueinander

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Die Herstellung von polarisierendem Licht

Im Allgemeinen gibt es drei Schritte, um das Aurora-Licht zu erzeugen.

1. Machen Sie normales, nicht polarisiertes Licht (Abbildung 2).

2. Zerlegen wir das nicht polarisierende Licht in zwei senkrecht zueinander stehende lineare Polaris (Abb. 5).

3. verwerfen Sie ein polarisiertes Licht und wenden Sie ein anderes polarisierendes Licht an (Abb. 4).

Der Polarisator kann in zwei Polarisatoren zerlegt werden, und das Instrument, das einen verlässt, wird Polarisator (Polarisator) genannt. Der Polarisator kann optische Effekte wie Absorption, Reflexion, Brechung, Beugung und andere optische Effekte verwenden, um polarisierendes Licht zu erzeugen.

Im Allgemeinen gibt es verschiedene Arten von Polarisatoren, die üblicherweise verwendet werden:

(1) Reflexionstyp

Wenn das Licht auf die Oberfläche des Glases fällt, wird das reflektierte Licht teilweise polarisiert. Durch Verwendung des kontinuierlichen Reflexionseffekts von Mehrschichtglas kann das nicht polarisierende Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt werden.

(2) komplexer Flexionstyp

Zwei Calcitkristalle werden zusammengefügt, und das einfallende Licht wird in zwei polarisierte Lichter zerlegt, die als gewöhnliches Licht und außergewöhnliches Licht bezeichnet werden.

(3) zwei chromatische mikrokristalline

Die winzigen Kristalle mit zwei Farben werden regelmäßig auf transparenten Platten adsorbiert. Dies ist der erste künstliche Weg, um polarisierende Filme herzustellen.

(4) zwei Chromatizität des Polymers

Das wichtigste Verfahren zur Herstellung eines polarisierenden Films besteht darin, den Polymerfilm mit guter Durchlässigkeit zu verwenden, die Moleküle in der Membran zu orientieren und das zweifarbige Material zu absorbieren. Diese Art von absorbierenden Polarisatoren existiert in der Form eines Films oder einer Platte oder eines Blattes, daher wird er oft als polarisierender Film (Polarisationsfilm) oder polarisierende Platte (Polarisationsplatte oder -blatt) bezeichnet. Ein anderer populärer Begriff im Englischen ist Polarisationsfilter.

Der Ursprung des polarisierenden Films

Der Polarisationsfilm wurde 1938 von Lent, dem Gründer von Polaroid (Edwin H. Land), erfunden. Sechzig Jahre später, obwohl der polarisierende Film eine Menge Verbesserungen in der Produktion und in der Ausrüstung vorgenommen hat, sind die Grundprinzipien des Verfahrens und die verwendeten Materialien immer noch dieselben wie vor sechzig Jahren. Bevor das Prozessprinzip des Polarisationsfilms erläutert wird, ist es daher sehr hilfreich, den Prozess des Polarisationsfilms auf einfache Weise zu verstehen.

Als Rand im Jahr 1926 an der Harvard University studierte, las er eine von einem britischen Arzt, Dr. Herapath, im Jahre 1852 veröffentlichte Arbeit. Er erwähnte, dass ein Student von Dr. Herapath, Herr Phelps, versehentlich Jod in die Lösung von Chinin gegeben hatte und er fand heraus, dass sofort viele kleine grüne Kristalle produziert wurden. Der Kristall wird unter einem Mikroskop beobachtet und wird wie in der folgenden Abbildung dargestellt gefunden: Wenn sich die beiden Kristallphasen überlappen, ändert sich die Durchlässigkeit des Lichts mit dem Winkel des Kristallschnittpunkts. Wenn sie senkrecht zueinander stehen, wird das Licht vollständig absorbiert (Abbildung 6). Das Licht kann vollständig durchlässig sein, wenn es parallel zueinander ist (Abbildung 7).

Abbildung 6: Licht wird vollständig absorbiert


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Abbildung 7: Licht kann vollständig durchlässig sein

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Die Kristalle dieser Jodverbindungen sind sehr klein, so dass sie in der Praxis sehr begrenzt sind. Dr. Herapath brauchte fast zehn Jahre, um zu studieren, wie man größere polarisierende Kristalle herstellt, aber es gelang ihm nicht. Rand glaubt daher, dass dieser Weg möglicherweise nicht machbar ist, und geht daher folgende Wege:

(rand) Überlappen großer körniger Kristalle (Kugelmühle) in winzige Kristalle und Suspendieren dieser kleinen Kristalle in Flüssigkeit.
Eine Kunststofffolie wird in die Aufhängung gelegt und dann in einem Magnetfeld oder elektrischen Feld positioniert.

Durch Entfernen der Kunststofffolie aus der Suspension wird der Polarisationskristall an der Oberfläche der Kunststofffolie befestigt.

Durch Belassen des Kunststofffilms in einem Magnetfeld oder einem elektrischen Feld wird er nach dem Trocknen zu einem Polarisationsfilm.

Die Methode von Rand besteht darin, viele kleine polarisierende Kristalle in regelmäßiger Anordnung anzuordnen, was einem großen polarisierten Kristall entspricht. 1928 drehte er erfolgreich den ersten Polarisationsfilm und J-Film. Die Nachteile dieses Verfahrens sind zeitaufwendig, teuer und unscharf undurchsichtig. Rand hat jedoch mehrere wichtige Faktoren bei der Herstellung polarisierender Filme gefunden: (1) Jod (2) Polymer (3) Orientierung (Orientierung). Nach ständiger Forschung und Verbesserung erfand Rand schließlich die Herstellungsmethode, die noch im Jahr 1938 verwendet wird. Das Grundprinzip wird im nächsten Abschnitt besprochen.

Das Arbeitsprinzip des Polarisationsfilms

Der gebräuchlichste Polarisationsfilm ist der H-Film, der 1938 von Rand erfunden wurde. Das Verfahren ist wie folgt: Zunächst wird eine weiche, chemisch aktive transparente Kunststoffplatte (üblicherweise PVA) in die wässrige Lösung von I2 / KI imprägniert. In wenigen Sekunden diffundierten viele Iodidionen in die innere Schicht des PVA. Nach etwas Hitze wird es manuell oder mechanisch bis auf ein Vielfaches der PVA-Länge gedehnt. Die Länge der Platte wird gleichzeitig schmal und dünn, und das PVA-Molekül ist in einem beliebigen Winkel zufällig verteilt. Nach dem Verspannen wird es allmählich in Kraftrichtung abgelenkt. Die an den PVA gebundenen Iodionen folgen ebenfalls der Richtung und bilden eine lange Kette von Iodionen. Da Iodidionen eine gute Polarisierbarkeit besitzen, können sie die elektrische Feldkomponente parallel zur Richtung ihrer Anordnung absorbieren und nur die elektrische Feldkomponente in vertikaler Richtung durch das elektrische Feld hindurchlassen lassen. Nach diesem Prinzip kann der Polarisationsfilm hergestellt werden (Abbildung 8).

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Art und Entwicklung eines Polarisationsfilms
Arten von Polarisationsfilmen, die heute verwendet werden

Der Polarisationsfilm hat einen breiten Anwendungsbereich. Es kann nicht nur in LCD als polarisierendes Material verwendet werden, sondern auch in dem Filterspiegel von Sonnenbrillen, Blendschutzbrillen, Fotoausrüstung, Autoscheinwerfern, Blendschutzbehandlung und Lichtmengenregler sowie anderen polarisierenden Mikroskopen und speziellen medizinischen Gläsern. Um die Anforderungen des leichten Gewichts und der einfachen Handhabung zu erfüllen, basiert die Wahl des polarisierenden Films hauptsächlich auf dem Zweifarbentyp des Polymers. Diese Art von polarisierendem Material hat vier Arten:

(1) Polarisationsfilm aus Metall

Metallsalze wie Gold, Silber und Eisen werden auf dem Polymerfilm adsorbiert und dann reduziert, um den Stab wie Metall vorgespannt zu machen. Es wird jetzt nicht mit dieser Methode hergestellt.

(2) iodisierter Polarisationsfilm

PVA- und Jodmoleküle sind heutzutage der wichtigste Weg, um polarisierende Filme zu erzeugen.

(3) Polarisationsfilm des Farbstoffsystems

Zweifarbige organische Farbstoffe wurden an PVA adsorbiert und dann zur Orientierung verlängert, so dass sie eine partielle Rotationseigenschaft aufwiesen.
(4) Polythen-Polarisationsfilm

Unter Verwendung von Säure als Katalysator wird PVA dehydratisiert, so dass PVA-Moleküle eine bestimmte Menge an Ethylenstruktur enthalten, und dann zur Orientierung verlängert, so dass sie partielle Rotationseigenschaften aufweist.

Die Struktur des polarisierenden Films

Nach dem Ausdehnen der Polymermembran nehmen die mechanischen Eigenschaften normalerweise ab und werden brüchig. Nachdem die Polarisationsmatrix (PVA) erweitert wurde, wird daher ein transparentes Substrat, bestehend aus drei Acetat (TAC), an den beiden Seiten angebracht. Zum einen kann das Substrat geschützt werden. Zum einen kann das Zurückziehen der Membran verhindert werden. Zusätzlich kann eine Schicht aus Trennfilm und Schutzfilm zu der äußeren Schicht des Substrats hinzugefügt werden, um das Verbinden mit der Flüssigkristallzelle zu erleichtern (Fig. 13).


Abbildung 13: eine strukturelle Skizze eines Polarisationsfilms


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Qualitätsmerkmale von Polarisationsfolien für LCD

Da die LCD-Anzeige nicht hell ist, muss der polarisierende Film klare, hohe Durchlässigkeit und hohe optische Rotation aufweisen, um die hellen und einfachen Identifikationsanforderungen zu erreichen. In letzter Zeit ist der Einsatz von LCD-Geräten immer umfangreicher, wie beispielsweise der Lebensunterhalt der Menschen, Militär, High-Tech und so weiter. Aufgrund der Diversifizierung und Haltbarkeit von LCD müssen Haltbarkeit und optische Drehung des Polarisationsfilms verstärkt werden.

Darüber hinaus muss die Oberfläche des Polarisationsfilms in Bezug auf die Aussehenseigenschaften mit der Verbesserung der LCD-Lackierung glatt und stark verfeinert sein. Wenn es über längere Zeit in einer Umgebung mit hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit verwendet wird, muss die Polarisationsleistung aufrechterhalten werden. Die Stabilität des verwendeten Klebstoffs ist ebenfalls einer der Schlüsselpunkte. Normalerweise erfolgt der Herstellungsprozess von polarisierenden Filmen im staubfreien Raum.

1. Da das Material des polarisierenden Films PVA und TAC ist, sollte es keine Fremdkörper und ungelöstes Harz geben.

2. Während des Laminierprozesses der polarisierenden Folie können beim Verkleben, Verkleben und Verarbeiten keine Fremdstoffe gemischt werden.

3. Es können keine Mängel im Material wie Schutzfolie oder Trennfolie gefunden werden.

4. nein Die Befestigung des Fremdkörpers. finden Sie auf der Oberfläche und im Schnitt des fertigen Produkts oder auf der Verpackung.

Wenn die obigen Bedingungen nicht erfüllt werden können, kann der Polarisationsfilm mit hoher Auflösung, großer Größe und hoher Präzision nicht hergestellt werden.

Die Entwicklung eines Polarisationsfilms für LCD

(1) iodisierter Polarisationsfilm

Polarisationsfolien aus PVA und Jod haben seit langem einen großen Teil des LCD-Marktes besetzt. Heutzutage liegt die kontinuierliche Verbesserung der Material- und Erweiterungstechnologie sehr nahe am theoretischen Wert von polarisiertem Licht und der Durchlässigkeit (polarisiertes Licht 100% und Durchlässigkeit 50%).

(2) haltbarer Polarisationsfilm

Verwendung der Farbstoffformel zur Herstellung von Polarisationsfilmen mit hoher Temperatur, Feuchtigkeit, Lichtbeständigkeit und anderen Eigenschaften, die meist in Fahrzeugen, Schiffen oder Flugzeug-LCDs verwendet werden. Die Polarisationsrate ist jedoch niedriger als die von Jod und der Preis ist hoch. Die derzeitige Entwicklung ist ein reaktives Farbstoffmolekül mit hoher Vorspannung, das durch die Verlängerung von PVA im sichtbaren Lichtbereich gleichförmig absorbiert wird. Seine Polarisationsleistung ist mit der des Iod-basierten Polarisationsfilms vergleichbar, aber der Preis ist immer noch höher als derjenige des Iodisierten Polarisationsfilms.

(3) optischer Kompensationsfilm

Mit zunehmendem Fortschritt der Technologie von LCD-Produkten werden die Anforderungen an die Farbgebung, den Blickwinkel und den Lichtverlust des Polarisationsfilms relativ verbessert, so dass alle Arten von optischen Kompensationsmembranen zum Kompensieren erforderlich sind. Zum Beispiel (STN-LCD), da die Torsion des Flüssigkristallmoleküls mehr als 90 Grad beträgt, tritt in dem polarisierenden Film unter Verwendung von linear polarisiertem Licht ein Färbungsphänomen auf, und die Lösung besteht darin, einen Phasendifferenzfilm hinzuzufügen.

 


Oberflächenbehandlung

Die Oberflächenbearbeitung kann die optischen und mechanischen Eigenschaften des polarisierenden Films erhöhen. Um den Anforderungen der LCD-Diversifizierung gerecht zu werden, wurde heutzutage der Polarisationsfilm mit zusammengesetzter Funktion auf dem Markt verkauft.

1. Antireflexionsbehandlung (AR)

Wenn das Licht durch die Oberfläche des Polarisationsfilms tritt, ist der Reflexionsverlust etwa 5%. Durch den Verlust der Helligkeit und des reflektierten Lichts wird die LCD-Identifikation reduziert. Das Verbesserungsverfahren besteht darin, eine Schicht eines Metallfilms auf der Oberfläche des Polarisationsfilms zu dampfen, den Reflexionswert unter Verwendung des Interferenzprinzips von Licht zu reduzieren und das Reflexionsvermögen auf unter 1% zu reduzieren.

(2) Blendschutzbehandlung (AG)

Um eine übermäßige Lichtkonzentration zu vermeiden, wird die Oberfläche des polarisierenden Films in eine konkave konvexe Form gebracht, und das Licht wird gleichmäßig zerstreut, um den Effekt der Blendwirkung zu erzielen.

Mit AG-Behandlung kann seine Oberfläche die 3H-Härte des Stiftes erreichen, die widerstandsfähiger gegen Kratzer ist, und der höhere Nebel eignet sich für große Produkte (größer als 12,1 "), vor allem wegen der starken Hintergrundbeleuchtung der LCD-Anzeige. Darüber hinaus nimmt die Erhöhung zu Aufgrund der Anforderungen an die LCD-Auflösung wie UXGA (1600 x 1200) für eine detailliertere Verarbeitung der Anforderungen der AG beginnen die Hersteller von Polarisationsplatten nun, dies zu beachten, und glauben, dass es in letzter Zeit ein entsprechendes Produkt zur Marktbewertung geben wird.