液晶顯示器用偏光片技術及市場分析

柴寶玉

(西安郵電大學 電子工程學院，陜西 西安 710121)

1 概述

液晶顯示器（LCD）以其質輕體薄、低工作電壓、低功耗、無輻射危害、平面直角顯示、影像穩定不閃爍、易于實現大面積顯示等優點，逐步取代CRT，成為信息時代終端顯示器件的主流產品。其中，偏光片是液晶面板的關鍵零組件，主要作用是將自然光轉化為線偏振光，通過外加電壓控制液晶分子的轉向，來控制光線的穿透與否，進而產生面板明暗之顯示效果。

本文首先介紹偏光片在液晶顯示器中的應用原理，接著介紹偏光片的基本結構與組成偏光片的各膜層材料，最后介紹目前生產偏光片的主要企業和近幾年偏光片的市場情況。

2 偏光片在液晶顯示器中的應用原理

光是一種電磁波，光的電場振動是橫波，即光的電振動是在與光前進方向垂直的平面上。自然光的電振動在振動平面的各個方向是完全均勻的，如圖1；如果光波的電振動只限于某一確定的方向上，就是線偏振光了，如圖2。在液晶顯示器中，通過使光透過或遮斷來實現圖像顯示。但太陽光及由液晶顯示器背光源發出的光是自然光，要實現完全遮斷，是非常難的；而線偏振光電振動方向單一，對其遮斷要比自然光容易得多，這個特性為其在液晶顯示器中的應用，提供了得天獨厚的條件。

圖1 自然光

圖2 線偏振光

偏光片就能產生和檢測偏振光。偏光片有一個特定的方向指向，稱之為透光軸，與這個方向垂直的電振動被阻擋，而與這個方向平行一致的電振動則可以自由通過。這樣自然光通過偏光片以后，就變成了線偏振光。同樣，當偏振光透過偏光片時，如果偏振光的振動方向與偏光片的透射方向平行一致，就幾乎不受到阻擋；如果偏振光的振動方向與偏光片的透射方向相垂直，則幾乎完全不能通過。在兩片透光軸方向正交的偏光片中間加入具有扭轉特性的液晶分子，就能控制光線的通過，從而達到顯示圖像的目的。

3 偏光片的基本結構

偏光片是一種復合膜，由中間能產生偏振光線的偏光膜和復合在兩邊的起保護作用的基材膜組成偏光片原板。在普通TN-LCD產品中，根據不同的使用要求，需要在偏光片原板的一側涂敷一定厚度的黏結劑，并復合上保護黏結劑的離形膜，而在另一側則要根據產品類型為透射型、反射型或半透半反型，分別復合保護膜、反射膜或半透半反膜。對STN-LCD產品，還要在黏結劑層一側，根據客戶的不同需要，按一定的補償角度復合具有位相差補償能力的位相差膜和保護膜。另外，在基板外層還需要再加一層離形膜和保護膜，以便與LCD貼合。近年來為滿足液晶面板大型化和薄型化的需要，還要在偏光片上附加不同的功能膜，如廣視角膜、高清晰度膜、增亮膜等。圖3所示為典型的透射型偏光片的基本結構。

圖3 偏光片基本結構圖

3.1 偏光膜

偏光膜是使偏光片具有偏光特性的核心膜層，采用添加碘且單軸延伸的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）膜片，主要成分為聚乙烯醇和碘，故稱碘系偏光膜。其中聚乙烯醇的水溶液具有很好的成膜性能。并因聚乙烯醇透明性好，與碘等的親和性好，在拉伸時的取向性高等優點，被作為LCD偏光膜的原料使用。

碘是一種典型的二向色性物質，對光波具有選擇吸收性。在與聚乙烯醇延伸方向相同的方向上，PVA中所含的碘分子被吸附取向，如圖4所示，使之能夠吸收偏振方向與延伸方向(吸收軸)平行的光。與吸收軸垂直方向(透光軸)上的光側透過。因此，各個方向都有振動的自然光透過偏光片后，就變成了振動方向與透光軸方向平行的偏振光。碘分子與PVA分子形成絡合物，幾個碘分子相連形成聚碘，并單方向均勻排列，由于這種聚碘的形成，碘系偏光膜片具備非常好的偏光特性，對光學性能要求高的TFTLCD中多采用這種偏光膜片。

圖4 PVA高分子與延伸后的PVA膜片

3.2 基材膜

由于PVA膜片耐濕熱性能和機械強度差，不便于使用和加工，因此需在PVA膜兩側各復合一層具有高光透過率、耐濕熱性能好、強度高、黏結性優良及光學上各向同性的透明薄膜作為基材膜，一方面可起保護作用，另一方面則可防止PVA膜的回縮。目前LCD偏光片所用基材膜的主要成分為三醋酸纖維素（Triacetylcellulose，TAC），其組成非常復雜，一般還包含可塑劑、助溶劑、潤濕劑、滑劑以及紫外線吸收劑等。三醋酸纖維素以流延法加工成膜，至今仍是透過率最高的高分子材料之一。

3.3 黏結劑及保護膜

為保證被基材膜（TAC）所夾的偏光膜靠近LCD屏一側與屏的貼合，需在TAC外層涂上黏結劑，并復合上保護黏結劑的離形膜，其在偏光片貼附時即被撕去。對黏結劑的要求有：容易從離形膜上剝離；無須借助溶劑、熱或其它手段，只需施加輕度指壓即可與LCD屏牢固粘合；同LCD屏玻璃面的黏結良好；而且，要具有良好的再剝離性：偶遇貼附不良的情況，當剝離偏光片時，不對LCD屏造成任何損傷。雖然黏結劑的種類很多，但用于偏光片的主要是聚丙烯酸酯溶劑型黏結劑。

另一方面，為防止相對于LCD屏另一側的基材膜受損或玷污，還需要再貼附一層保護膜。這種保護膜應具備外觀良好，具有防靜電效果，并且無光學缺陷等特性。偏光片用保護膜主要有聚乙烯(PE)保護膜和PET保護膜兩種。PE保護膜價格便宜，主要用于扭曲向列型和超扭曲向列型等中低端偏光片產品中。PET保護膜在薄膜強度、耐劃傷性、耐熱性方面優于聚乙烯保護膜。但價格為聚乙烯保護膜的5倍左右，所以主要用于高端偏光片成品中。

3.4 離形膜

偏光片用離形膜是一種進行了硅處理的PET膜，因為是偏光片黏結層的離形膜，所以剝離時不可以連黏結劑一起剝離下來，另外對于原膜的光學性能最終要求取向角為零，有較高的平滑性、透明性和潔凈度。

3.5 反射膜

反射膜是在PET基片上真空鍍一層金屬鋁或銀而成，是生產反射型偏光片的原料之一。生產工藝是在幾千度的高溫條件下將金屬氣化，而后在真空條件下附著于PET基片上冷卻，收卷而成。金屬在基材上的附著程度，顆粒大小，密實程度和反射率等是反射膜的重要指標。

4 國內外偏光片生產企業和市場應用

LCD用偏光片產業屬于技術和資金密集型產業，其制造技術匯集了高分子材料技術、微電子技術、光電子技術、薄膜技術等多種應用技術，進入門檻較高。

從偏光片市場方面來看，目前TFT-LCD的偏光片企業主要有日本的日東電工 (Nitto－Denko)、住友化學（Sumitomo）、三立化工、韓國的LG化學、臺灣的力特光電，其他偏光片廠商還有Daxon、CMMT、Sanritz、Optimax等。據顯示市場專業調查機構Displaybank的統計，2011年偏光片市場三巨頭LG化學、日東電子、住友化學的市場占有率 (面積基準)為市場77%，其中LG化學在大型TFT-LCD用偏光片市場以27.4%的份額位居第一，而日東電子與住友化學分別以25.9%與23.6%份額緊隨其后。

以各家廠商在不同應用領域偏光片市場占有率來看，LG化學在Monitor市場以超過46%的占有率位居第一，在筆記型電腦市場，中住友化學與日東電子合計占據了70%以上的市場比例；而在LCD-TV市場，日東電子以32.3%市占率位居第一，其次為住友化學以25.4%位居第二，LG化學以24.5%位居第三。

我國內地企業在偏光片領域生產規模較小，主要有深圳深紡樂凱、溫州僑業、盛波等批量供應TN-LCD用偏光片和部分STN-LCD用偏光片。而隨著TFT-LCD面板的產能逐漸轉移到我國，TFT-LCD用偏光片的國產化也勢在必行。深紡織投資的TFT-LCD偏光片項目以大尺寸的寬線為主，寬線產能達到600萬平方米。預計國內市場在未來3-5年內的年TFT偏光片需求量將達5000多萬平方米，市場規模達到100億元以上。為完善TFT-LCD的產業鏈建設，國家和政府不僅應在偏光片的研發上給以支持，而且在偏光片原材料研究開發上也應給予大力支持，徹底解決供應鏈問題，以提高我國TFTLCD產業的競爭力。

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