技术难度极高的光学功能膜--位相差膜

科技 2024-08-05 08:00 上海

前言

今天写这个位相差膜，我还是挺犹豫的，因为我看了很多资料，很多技术内容还是看不懂，相信绝大部分的人也都是看不懂的。不过，没关系，学习总是需要一个渐进的过程，暂时先收集一些信息，能写多少是多少，如果有懂位相差膜的行业大咖的话，可以划走了，都是基础普及的内容，而且还不一定对，当然最好也希望有大咖不吝赐教。

首先，我觉得要向国内那些投资研发位相差膜的公司致敬，如四川龙华，怡钛积等等，力求填补国内技术空白，挑战尖端产品，这比那些大量采购德国布鲁克纳的机器，大量扩产如BOPP,BOPET膜，然后卷死国内同行的企业有追求有意义。

什么是位相差膜？

位相差膜，也叫相位差膜，也有叫光学补偿膜的，这边均是讨论用于显示偏光片行业的薄膜类产品。针对不同的液晶显示方式，如TN/STN/IPS/TFT等，均有不同的光学补偿方式。

液晶分子有多种外观形式，如棒状的，碟状的，但是都有一个光学特性，就是双折射性质。了解一下晶体的双折射性质。

一条入射光线，产生两条折射光线的现象。一条光遵守普通的折射定律，称作寻常光（或o光）；另一条光不遵守普通的折射定律，称作非常光（或e光）。两束光有不同的折射率和不同的行程距离，o光的折射率是No，e光折射率是Ne，光线穿过厚度为d的波片，位相差δ是：

而相位差值是：

至于为什么会有相位差，我的理解是这些高分子材料，分子排列是有一定方向性的，而且在生产过程中有拉伸等工艺，从三维的角度来分析，XYZ各个方向上分子官能团疏密排列等等，引起各个方向的光学性能也不一样。

而相位差引起了o光和e光的差异，在显示上，就出现不同的图像，就有重影，这个肯定是不希望出现的。所以我们看相位差膜有个关键参数，就是要求低于多少纳米，比如小于5nm等等。TAC膜由于各方向的分子排列是杂乱的，各个方向都差不多，就是低相位差膜，可以用在偏光片或者低反射膜上，作为基膜或者保护膜，而PET在生产过程中，拉伸比较多，各向异性差异大，就不合适使用，当然也有例外，日本TOYOBO东洋纺却反其道而行之，SRF膜干脆把相位差拉到很大，8000nm以上，让不同影子离得远一些，也不会干扰，也不会出现彩虹纹等不良现象。

既然o光和e光有差异，引起彩虹纹以及摩尔纹等不良。为了改善这个光程差，就需要使用光学补偿膜，或者位相差膜，相位差膜。同时不同的视角，如果不做光学补偿的话，从边缘或者上下角度看显示屏，也会有泛白或者对比度不明显或者颜色灰度反转等不良。

引起相位差是由于材料的各向异性，如果要通过光学补偿，使各向接近同性，n代表折射率，就是调整各方向的折射率。使△n=ne-no越小越好，或者超级大（SRF）。如果液晶的△n>0，就用△n<0的去调整，因为液晶多多种形式结构，o光和e光折射率也互有大小，所以有正负之分。

根据相位补偿膜的光轴区分，光轴平行于薄膜表面称为A-plate，垂直表面称为C-plate，与表面成一倾角称O-plate。以棒状液晶为例：A-plate可通过水平配向制得，用来补偿液晶盒中直立的液晶分子；O-plate的制作常用较大预倾角之配向膜或斜向蒸镀，主要补偿液晶盒驱动过程中的反向倾斜液晶分子；C-plate为分子直立的光学膜，一般用垂直配向可得，用来补偿液晶盒中水平排列的液晶分子。

使用光学补偿膜的作用，简而言之，就是消除液晶层的双折射效应，从而增大视角。然后不同的液晶显示方式，如TN/IPS/VA等，需要不同的补偿膜，包括因为专利等原因，各家日本厂商也都有自己独特的解决方案。

比如日本富士高分子广视角膜的工作原理：低光学延迟量的TAC膜。

比如日本ZOEN瑞翁拉伸技术开发出的多种产品方案。（图来自ZOEN官网）

另外，还有以日本日东为代表的，使用涂布的方式生产补偿膜，这也是吸引国内众多厂家研究。

目前整个市场OLED屏的占比越来越多，四分之一相位补偿膜的需要也越来越多。主要作用是遮盖OLED屏上的阴极金属线路，避免金属线路的高反射性影响外界观看显示屏的效果。

不带偏振的环境自然光，入射经过线性偏光片，水平方向偏振光通过，垂直方向的偏振光被吸收；然后通过QWP变成左旋偏振光，再在阴极线路反射后，变成右旋偏振光，再次过QWP，变成垂直偏振光，最后被偏光片吸收，不再干扰观察者对显示屏的视线。

国内外大厂正积极投入研究，可见液晶涂布型相位差补偿膜技术将是极具潜力的明日之星。

这周2024年8月6日，苏州正好有个偏光片论坛，可以去学习一下。点击链接，了解更多。

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