光學薄膜制備技術范文

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篇1

【關鍵詞】光學薄膜 制備 應用

1光學薄膜的制備技術

1.1物理氣相學沉積（PVD）

1）熱蒸發

光學薄膜器件主要采用真空環境下的熱蒸發方法制造，此方法簡單、經濟、操作方便。盡管光學薄膜制備技術得到長足發展，但是真空熱蒸發依然是最主要的沉積手段，當然熱蒸發技術本身也隨著科學技術的發展與時俱進。

2）濺射

濺射指用高速正離子轟擊膜料（靶）表面，通過動量傳遞，使其分子或原子獲得足夠的動能面從靶表而逸出（濺射），在被鍍件表面凝聚成膜。其膜層附著力強，純度高，可同時濺射多種不同成分的合金膜或化合物。

3）離子鍍

離子鍍兼有熱蒸發的高成膜速率和濺射高能離子轟擊獲得致密膜層的雙優效果，離子鍍膜層附著力強、致密，離子鍍常見類型：蒸發源和離化方式。

4）離子輔助鍍

在熱蒸發鍍膜技術中增設離子發生器――離子源，產生離子束，在熱蒸發進行的同時，用離子束轟擊正在生長的膜層，形成致密均勻結構（聚集密度接近于1），使膜層的穩定性提光學薄膜制備技術高，達到改善膜層光學和機械性能。

離子輔助鍍技術與離子鍍技術相比，薄膜的光學性能更佳，膜層的吸收減少，波長漂移極小，牢固度好，該技術適合室溫基底和二氧化鈦等高熔點氧化物薄膜的鍍制，也適合變密度薄膜、優質分光鏡和高性能濾光片的鍍制四。

1.2化學氣相沉積（CVD）

化學氣相沉積（CVD）一般需要較高的沉積溫度，而且在薄膜制備前需要特定的先驅反應物，通過原子、分子間化學反應的途徑來生成固態薄膜的技術，CVD技術制備薄膜的沉積速率一般較高。但在薄膜制備過程中也會產生可燃、有毒等一些副產物。

1.3化學液相沉積（CLD）

化學液相沉積（CLD）工藝簡單，制造成本低，但膜層厚度不能精確控制，膜層強度差，較難獲得多層膜，還造成廢水、廢氣污染的問題。

2光學薄膜的應用

2.1應用于照明設備

利用光學薄膜的干涉特性，選擇性地吸收，反射或透射照明光源中的紅外輻射能量，己成為近年熱性能光學控制薄膜的一個重要應用領域。其中對可見光具有很高透過率的紅外高反射薄膜，用于白熾燈、鹵素燈、低壓鈉燈等照明光源上，既可提高能量利用率，又能改變光源光譜的能量分布，滿足特定照明的需求。紅外高反射薄膜中用途較廣的是金屬-介質復合膜和全介質多層干涉膜。

采用氧化錫膜系結構的金屬價質復合膜，用熱蒸發方法鍍制于白熾燈玻殼內表而，可使白熾燈的相對光譜能量分布中紅外輻射能量近乎為零，而可見光的光譜能量卻較未鍍膜時有所增加，使相同功率的鍍膜白熾燈輸出光通量較普通燈泡變大，起到了一定的節能作用。

但是，金屬――介質復合膜的熱穩定性和化學穩定性較差，而且其光學特性也不夠理想，因此，目前用于高溫照明光源的薄膜大多選用全介質膜系結構。據稱，采用二氧化鈦等多層全介質干涉膜系、鍍制在鹵素燈的真空玻璃燈管外壁，節能已達到15%――40%，而且這類膜系屬于硬膜，除了具有很好的熱穩定性和化學穩定性外，還有良好的機械特性。其中適用于高功率鹵素燈（常用于復印機曝光燈）和鈉燈等光源的較理想是多層介質膜。該薄膜的光學特性基本上不受溫度影響，具有良好的耐熱性。

2.2應用于光纖通信

光纖系統也像電子線路系統一樣，需要許多無源器件來實現光纖光路的連接，分路，合路，交換，隔離以及控制或改變光信號的傳播特性。光學薄膜在其中一些儀器中起著十分重要的作用。在透鏡擴束式連接器中，透鏡表而需要鍍制減反射膜，消除菲涅爾反射的影響。在光纖定向藕合器中，部分反射介質膜鍍制在兩透鏡的結合而上。這種微光元件組成的定向藕合器，結構緊湊、簡單，插入損耗較低（

目前光通信系統中實用的有源器件是摻鉺光纖放大器（EDFA）。采用光學鍍膜濾光片是常用的一種改善EDFA的增益平坦的手段，另外在EDFA后，探測器前放置一塊窄帶濾光片可以減少噪聲的影響。

2.3應用于農業生產設施

有一種遮陽節能簾膜在農業上用于種植大棚，其功能主要體現在：當夏天氣溫過高時，反射太陽光，阻擋紅外輻射，使棚內溫度不至升得太高，起遮陽降溫的作用；當冬天氣溫過低時，反射地表熱輻射，使棚內溫度不至降得過低，起到保溫節能的作用。我國從1997年起開始自行研制新型遮陽節能簾膜，經過反復試驗，終于獲得成功。新型遮陽節能簾膜系采用在高分子基質材料上真空鍍鋁膜而制成的。因為鋁鍍膜層對塑料的附著力強，富有金屬光澤；而且鋁在所要求的波長范圍內反射率較高，厚度40nm的鋁鍍膜層的反射率達到90%，所以其保溫節能性能、耐氣候老化性能、耐腐蝕性能、傳熱性能等都達到了國際水平，有的性能甚至超過了一些發達國家同類產品。另外，高純度的鋁價格比較便宜，這是其他鍍膜材料所不及的。目前我國己能穩定地、大規模地生產新型遮陽節能簾膜，且性能價格比優于國際同類產品。

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Abstract： This paper improves the teaching system and interactive teaching methods， scientifically organizes the assorted knowledge points， makes abstract concept into materialization， and infiltrate knowledge of course frontier in the teaching of optical thin film technology， and pays attention to teaching using a variety of forms in the classroom， ultimately explores a kind of teaching methods which suits independent institute.

關鍵詞： 光學薄膜技術；教學體系；主動式教學；教學方法

Key words： the optical thin film technology; teaching system; active teaching；teaching methods

0 引言

《光學薄膜技術》這門課程是我院光電類專業必修的一門專業課，但現有的這門課的教學方法并不適用于獨立學院的學生，并且這方面發表的論文也很少。本文對本課程的內容組織方式和傳授方法進行適當的改進[1-2]，以加強知識內容組織的嚴密性和課堂教學講授的生動性，調動學生課堂學習的主動性。其目的就是要用合理的課程體系組織教學內容，以互動式教學方法讓學生主動地參與到課堂教學中來，重視課堂上實際教學效率，最終實現教學質量的提高。

1 課程體系的構建

《光學薄膜技術》課程綜合了物理光學、大學物理以及材料科學基礎等諸多課程[3]。各部分內容之間層層遞進、環環相扣，但是學生在上課時一些相關基礎課大多數同學都未曾學過，這樣許多重要的概念大家都不能很好地理解，致使教學效果大打折扣，也嚴重影響了授課進度。比如，在講授薄膜的物理氣相沉積工藝時，涉及到輝光放電，但是學生并沒有接觸過關于等離子體物理方面內容等等。

因此在教學內容編排上，從光學薄膜設計的基礎出發，到真空科學與技術，然后講述薄膜制備和工藝的基本方法，再介紹幾類典型的薄膜材料，最后講授薄膜的生長機制和表征手段[4]。整個課程的教學目標清晰，構建合理完善的課程體系，科學合理地構建就是要準確地歸納、提煉課程中包含的概念，形成一個完整的課程體系，正確的概念是科學判斷和推理的基礎。

2 主動式教學法

因為并不是每個人都對推理過程緊湊、公式化的表現形式都能敏感，都能接受，那么即使再嚴密的邏輯，再科學的表達，如果僅僅是枯燥呆板地平鋪直敘，那么由于表現形式的面目可憎，也達不到理想的教學效果。運用適當的技術去刺激鼓勵指導學生的思考和自動學習，亦應視學生的學習興趣需要、能力和教材的內容，甚至教學的環境等，決定采用的教學方法。在教學實踐中也總結并提煉了一些認識，并在課堂上已經取得了一些頗有意義的效果簡列如下：

2.1 將抽象的概念具體化 高深的理論之所以難懂，就是因為包含眾多抽象晦澀的概念。人的思維往往對于一些具體的直觀的事物有著良好的親和性，那么為什么不將一些抽象的概念具體化呢？比如定位輝光等離子體[5]，從霓虹燈說明輝光等離子體的具體應用，這樣學生就能夠很好地接受抽象的概念。

2.2 采用多種語言豐富表達形式 思想內容的表達可以采納多種表現形式，利用形體語言往往可以取得意想不到的表現效果，例如形容磁控濺射靶表面電子的跑道式運動方向，可以形容成劉翔跨欄的動作，并用肢體語言表示，學生更容易理解和接受。

2.3 適當吸納前沿科研經驗充實教學內容 多數情況下，學生對課堂講授內容缺乏理解，往往就是因為沒有形成相關概念的正確認識。在每一講中穿插一些研究實踐的體會，學生在張弛有度地學到了學習內容。比如，在講授類金剛石等先進薄膜材料時，學生對類金剛石材料這一范疇的屬性概念非常模糊，對非晶金剛石的概念在行業中也沒有統一的定義。那么就從這一研究領域中最權威最主流最有影響力的刊物、專著， 充分考慮多數專家學者的建議，對非晶金剛石明確界定科學的定義。非晶金剛石是薄膜中四配位雜化含量超過50%的無氫類金剛石碳[6]。上課的時候，可以通過sp2-sp3-H三元相圖明確不同類金剛石范疇的劃分。再比如，在講授等離子增強化學氣相沉積時，學生對等離子輔助沉積能夠降低界面反應溫度的物理過程不能理解。上課的時候，從輝光放電產生等離子體著手，基于等離子的物理特性，解析反應氣氛中的物理過程，通過演繹推理闡明等離子激發能夠降低界面反應溫度的本質[7]。

2.4 實踐教學 實驗室鍍膜過程錄像的內容，使學生進一步了解薄膜鍍制的過程。在薄膜設計中，增加薄膜設計軟件的教學，使學生熟悉計算機完成膜系設計的過程。

2.5 課后練習 課后布置適當數量的作業，定期批改。最終使學生了解薄膜科學和技術科研具體過程，培養獨立思維能力。

2.6 課堂演講 針對重點、難點內容組織課堂討論，擬定若干薄膜技術研究和應用中具體問題，由同學自主選擇，讓學生查閱相關文獻，獨立解決問題，課堂宣讀。充分發揮學生的主觀能動性。

3 結論

《光學薄膜技術》的教學實踐中利用科學合理地組織教學內容，積極的調動學生參與課堂教學的主動性，探索了更適合獨立學院光電類專業學生教學方法，促進教學質量的提高。

參考文獻

[1]唐晉發等．現代光學薄膜技術[M]．浙江：浙江大學出版社，2006．

[2]盧進軍，劉衛國.光學薄膜技術[M]．西安：西北工業大學出版社，2005．

[3]洪冬梅等．中紅外激光薄膜的研究與特性分析[J]．光學儀器印刷世界，2008，30（5）：80-82．

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[5]付秀梅．紅外增透與保護技術的研究[J]．激光與紅外，2006，36（12）：63-64．

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關鍵詞： 防護玻璃；表面處理；反射率；硬度

中圖分類號：TQ34 文獻標識碼：A

Display Protective Glass Surface Treatment Technology

WANG Bao-song, ZHANG Guo-sheng, XIE Qin

(Jinling machine factory of Jiangsu province, Nanjing Jiangsu 211100, China)

Abstract: Display protective glasses of a certain type instrument were technically processed by use of wet etching with acid solution and AR protective coating method. The reflectivity of surface was reduced to 2% below, the average transmittance of products was 86% in visible light, and the hardness of surface was enhanced to 7.0 GPa. The products' performance testing and trials expressed that, the protective glasses have good anti-glare, antireflective, scratch-resistant process and good behaviors.

Keywords: protective glasses; surface treatment; reflectivity; hardness

引 言

顯示器作為當今社會一種極為常見的數據和信息的顯示方式，在電腦、手機、儀器、儀表等多種設備上具有廣泛的應用。根據特殊使用環境的要求，一些儀器設備的顯示器往往不直接暴露于外界環境之下，而是在其外部增加一層防護玻璃。防護玻璃的作用主要是保護顯示器，防止損壞。針對室外使用情況而言，由于外界視場中光源的強光會在玻璃表面形成較強的反射，影響顯示圖像在人眼的視覺效果，因此保護玻璃需要具有防眩光、增加透射的作用。王承遇等對玻璃表面結構、表征、測試和處理等方面技術的發展情況進行了報道[1]，文獻[2]中指出防眩有三種途徑：表面刻蝕、噴涂小顆粒成膜和表面鍍膜。在多種防眩處理方法中，化學蝕刻因其方法簡單、操作容易、適合于大面積玻璃蝕刻和大規模生產特點而倍受關注[3]。

本文介紹了對某型儀表用顯示器防護玻璃的表面工藝處理的工作情況，采取酸溶液化學腐蝕的方法對防護玻璃表面進行處理以增加表面粗糙度，通過條件調節控制表面光澤度指標，使產品達到防眩作用亦不影響人眼視覺效果。后續采用硬質膜料在產品表面制備光學增透膜層，提高產品在可見光波段的透射率和表面硬度。本文制備的防護玻璃具有防眩、增透、抗劃傷的作用，達到了較好的使用效果。

1 防眩層的制備

1.1 工藝條件

經材料成分分析，防護玻璃基材是以SiO2為主體，包含Na、Ca、Mg、K等離子的非晶氧化物。文獻[4]中報道了在玻璃表面上采用化學腐蝕方法制備折射率連續變化的非均勻膜，該薄膜是折射率漸變的多微孔性結構，在寬光譜范圍內有低的反射率，是一種耐久力較好的減反射膜。羅春煉等通過溶液組分含量的調整，研究了提高防眩玻璃透光率的影響因素[5]。對于制備條件上的控制而言，則需要適宜的腐蝕處理條件（溫度、時間、反應物成分等因素），才能使玻璃獲得較高的透過率和霧度指標，以達到較好的防眩效果[2]。黃騰超等進行了應用于MOEMS器件的K9玻璃濕法刻蝕工藝的研究[6]。

本文對玻璃所進行的濕法刻蝕，是采用氫氟酸和硝酸為腐蝕液，通過調節酸液比例、溫度和時間參數，達到最佳腐蝕效果。腐蝕溶液是以1:1:2比例配比的氫氟酸、硝酸和水混合溶液，腐蝕溫度為40℃，刻蝕時間為18～20min。刻蝕效果的評價指標為表面光澤度，即代表了表面反射率的指標高低。本文經試驗制得的表面光澤度為50～51的保護玻璃，其性能符合產品性能要求的表面反射率小于2%的技術指標，達到對產品預定的刻蝕效果。

1.2 制備過程

按1:1:2的比例配比氫氟酸、硝酸和水的混合溶液，置于聚四氟乙烯容器瓶內。用水洗方法清洗玻璃表面，不需要腐蝕處理的一面用膠帶紙屏蔽起來，將玻璃樣片浸泡于混合液中，整體置于水浴恒溫箱內，設置水浴恒溫箱溫度至40℃，保持時間18～20min。反應結束后立即取出玻璃樣片，用蒸餾水清洗表面殘留混合液，去除屏蔽層，并烘干表面水分。采用表面光學測定儀測量玻璃處理表面的光學反射特性，以保證樣品質量。

2 增透、保護膜層的制備

2.1 膜層設計

根據防護玻璃產品的特點要求，需要在表面制備增透、保護膜層以增加光學透射和提高表面硬度。根據雙層減反射膜設計原理，若限定鍍制在折射率為ng的基底材料上的外層折射率為n1、內層折射率為n2的兩層膜的厚度都是λ/4時，欲使波長λ0的反射光減至零，它們的折射率滿足如下關系[4]

基底玻璃材料的折射率為1.517，若外層膜選用折射率為1.38的MgF2膜料，經（1）式計算可得n2值為1.70，故內層選用折射率為1.66的Al2O3膜料。在雙層減反射膜的基礎上構建三層減反射膜，在此兩層膜中間插入半波長的ZrO2層，使得透射光譜平滑。在此基礎上，對三層膜系結構進行優化，將厚度做了細微調節，使得平均透光率進一步提高，最后膜系結構為G/0.083Al2O3 0.125ZrO2 0.095MgF2/Air。膜系結構中采用了硬度較高Al2O3膜料，有助于提高防護玻璃表面硬度。

2.2 制備方法

文中所采用的鍍膜設備為北京科學儀器有限公司生產的zzs-1100型光學真空鍍膜機，有分子泵、行星轉動裝置、清洗離子源、光學膜厚監控儀的電子槍加熱蒸發鍍膜設備。鍍膜前對防護玻璃表面使用乙醚溶液擦拭干凈，進腔后進行離子清洗以改善表面性質，后按照膜系結構進行薄膜制備。工藝參數如表1所示。

2.3 指標檢測

對膜層的光譜、附著力、摩擦等環境適應性進行了測試，膜層光譜測試曲線如圖1所示，膜層的在0.4～0.76μm可見光波段范圍內的平均透過率達到99%以上。經試驗檢測，膜層可通過GJB 2485-1995光學膜層通用規范[7] 對附著力、摩擦、溫度、濕熱、清擦性、耐溶性和水溶性的檢測項目，質量可靠。

3 表面處理效果評析

經過防眩層處理和薄膜鍍制的防護玻璃樣件制作完成后，對其進行了性能指標檢測。通過UV-3600紫外、可見、近紅外分光光度計對樣件可見光波段光譜進行測試，透射光譜曲線如圖2所示，平均透光率達到86%。采用顯微硬度計對玻璃樣片進行硬度測試，鍍膜后表面硬度達到7.0GPa，高于玻璃基底的表面硬度6.6GPa，提高了玻璃表面硬度和抗劃傷能力。將防護玻璃安裝于儀表顯示器上，對其實際使用效果進行測試。在顯示器通電狀態下，通過人眼觀察，顯示器表面呈現清晰的圖像畫面。在太陽光照射情況下觀察，顯示器圖像畫面依然清晰，反射太陽光較弱，對人眼沒有造成圖像不清晰或不適的感覺，整體使用效果良好。

4 結 論

本文對某型儀表用顯示器防護玻璃表面進行工藝處理，采用酸溶液濕法腐蝕處理獲得防眩層，后利用電子槍加熱蒸發鍍膜方法制備表面增透、保護膜層。防護玻璃經濕法腐蝕處理，表面反射率指標降低到2%以下，鍍制增透、保護膜層后，在可見光波段的平均透過率達到86%，表面硬度提高到7.0GPa。通過性能指標、環境試驗和產品試用的方法對產品工藝處理效果進行評析，結果表明，采用該工藝處理的防護玻璃具有較好的防眩、增透和抗劃傷的作用，使用效果良好。

參考文獻

[1] 王承遇，潘玉昆，盧 琪等. 玻璃表面工程的進展[J]. 玻璃與搪瓷，2003，31（5）：45-50.

[2] 吳春春，楊 輝，袁 駿等. 抗靜電防眩膜研究進展[J]. 材料科學與工程，2002，20（1）：133-135.

[3] 胡沛然，韓文爵，王海風等. Na2SiF6和ZnCl2對玻璃防眩光效果的影響研究[J]. 化工新型材料，2009，37（11）：84-95.

[4] 唐晉發，顧培夫，劉 旭等. 現代光學薄膜技術[M]. 杭州：浙江大學出版社，2006.

[5] 羅春煉，韓文爵，王海風等. 提高防眩玻璃透過率的主要影響因素[J]. 化工新型材料，2008，36（12）：89-91.

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關鍵詞： 偏光片；偏振光學；原理；制造；檢驗

中圖分類號：TN949.199 　 文獻標識碼：B

A Course of Polarizer Knowledge

Part Six The Technology Development and Market State of Polarizer

FAN Zhi-xin

(Shenzhen Sunnypol Optoelectronics Co., Ltd., Shenzhen Guangdong 518106, China; Department of Applied Physics, Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)

Abstract: This paper summarize the polarizer knowledge in detailed, include about of the invention and application of polarizer, the basic of polarization optics, the principle of polarizing devices, the structure and manufacture of polarizer, the properties and examination of polarizer, and the technology development and market state of polarizer. It have a common direct sense for new recruits in polarizer industry and a refer value for polarizer research workers.

Keywords: polarizer; polarization optics; principle; manufacture; examination

1　偏光片制造技術的發展

偏光片自1938年發明以來，工藝原理和材料并無太大改變，在制造流程中染色、延伸、貼合、干燥等仍為主要步驟。近年來為適應大型化、車用以及中小尺寸等不同特殊化的需求，衍生出許多技術，并不斷朝著高亮度化、多功能化及高附加價值等方向發展。偏光片發展最基本的目標是在維持高偏振度下增加光的透過率，目前而言，偏振度及透過率均已達到發展上限，接近理論值，因此低反射成為未來發展的方向。

1.1　偏光片技術

傳統的碘素偏光片由多層膜壓制而成，光學偏振性能優良，但耐熱和耐濕熱性能差，厚度不能小于200μm。液晶顯示器正在向集成化和柔性化方向發展，這要求其組成元器件薄膜化，其中包括偏光片。新型偏光片的研究，特別是耐高溫、耐濕熱性能好的偏光片為研制熱點，在保證偏振度的前提條件下，偏光片薄膜化并與納米技術相結合已經引起人們的興趣，美國Optiva公司正在這個方向進行研究。偏光片薄膜化將簡化液晶屏的生產工藝，并使液晶屏集成化、薄膜化，進一步提高液晶顯示器的穩定性和可靠性，降低液晶顯示器的生產成本。由于要滿足LCD顯示器明亮和易識別等要求，偏光片需要盡可能高的透過率、偏振度等性能。為了滿足不同地域、不同氣候條件下器件的使用需要，必須提高偏光片的強度、耐持久性、耐濕和耐高溫性能。可以預見，未來偏光片正在向輕量化及結構簡單、耐濕熱、耐高溫以及薄膜化等方向發展。PVA及碘所構成的偏光膜長期以來都在偏光組件制造領域占有相當大的比例，為目前的主流產品。碘系偏光片生產技術的主要發展方向有以下幾個方面。

1.1.1　原材料的性能提升

如PVA膜的均勻性、耐久性、光學穩定性等，日本Kurary公司和日本合成化學公司近年來都有大量專利涉及這一課題；TAC膜的透濕性和光學穩定性、尺寸穩定性等，日本富士膠卷、柯尼卡是這一領域研究最活躍的成員；其它輔助材料，如PVA膠粘劑、保護膜、離型膜、壓敏膠等，近年來技術均有不同程度的提高，其最終目標都是從不同角度來提高偏光片的光學性能和耐久性能。

1.1.2　生產工藝的改良

作為偏光片生產工藝的主流濕法延伸，近年來也有新的進展。在PVA膜的澎潤、染色效率的提升、固色及補色方法、干燥方式等方面均與濕法延伸的初期有了很大的變化。特別是延伸方式，采用的多段式延伸已應用于實際生產中，而結合干法延伸的“干、濕法延伸”技術也有專利報道，雖還沒有應用于生產中，但所表現的綜合優勢相當吸引后來的偏光片生產者。目前，采用上述技術生產的偏光片，其偏振度及光透過率都相當接近理論值（偏振度100%、透過率50%），耐久性能也有明顯提高。幾乎所有偏光片生產廠家對此都投入了大量的力量，并獲得了各自獨特的核心技術。

1.1.3　染料系偏光技術

使用具有高二色性比的染料替代碘生產的偏光片，具有耐高溫、高濕、耐光等特性，特別適合于惡劣環境下使用，如車載用、室外、投影儀等的LCD 顯示器。但染料系偏光片的光學性能主要取決于所使用的染料的二色性，以及偏光片制備過程的工藝控制技術。目前，日本寶萊株式會社開發了具有高二色性比性能的染料，以及由此染料生產相應偏光片的控制技術，其產品在染料系偏光片領域占壟斷地位。

1.2　偏光片的附加功能

近年來為適應液晶顯示的大型化、車載以及中小尺寸等不同用途的要求，特別是要滿足個性化顯示效果的要求，在偏光片的制造過程中，通過選擇特種材料、采用特殊工藝等方法，賦予了偏光片許多新的功能。為了滿足各種需求，需要在原偏光片上貼附許多其它功能膜，這樣就會出現偏光片變厚、透過率下降、工序復雜、成本上升等問題。因此，現在偏光片的發展趨勢就是研究多功能膜，即將多種功能集于一身，使偏光片向薄膜化方向發展。

1.2.1　廣視角功能

所謂廣視角功能，就是要求液晶顯示器在更大的視角范圍內可以觀察到畫質基本不變的影像，以滿足更多的、視角不同的觀眾。在偏光片上貼合一層光學補償膜，可以對液晶在各視角產生的相位差做修正，從而提高畫面的保真度。補償膜的補償原理，是將各種顯示模式下液晶在各視角產生的相位差做修正，簡言之，即是讓液晶分子的雙折射性質得到對稱性的補償。若要從其功能目的來區分，則可略分為單純改變相位的位相差膜、色差補償膜及視角擴大膜。補償膜能降低液晶顯示器暗態時的漏光量，并且在一定視角內能大幅提高影像的對比、色度與克服部分灰階反轉問題。為了達到這個目的，人們從兩個方向進行了研究：（1）在原有的結構基礎上通過附加幾層光學補償膜，即扭曲向列型加上光學補償膜，有人將其稱為補償膜模式；（2）開發新的液晶驅動方式，如共面轉換開關（IPS）模式、垂直取向（VA）模式和光學補償彎曲（OCB）技術等，其中前二者已經實用化。不管是哪種廣視角技術，都需要有各種光學補償膜作配合，以達到更好的效果。

1.2.2　提高分辨率

為了更好地將畫面真實再現，防止和避免內部或外部雜光的干擾，提高顯示器的分辨率，在偏光片保護層三醋酸纖維素（TAC）上進行有針對性的表面處理，是目前研究的熱門話題。主要的研究方向是防眩光處理、防劃傷處理、抗反射/低反射處理、抗污處理等。

（1）防眩光處理

當光線被過度集中時，會使畫面的清晰度下降，同時會使觀看者產生視覺疲勞，即所謂的眩光。通過在偏光片保護膜材料表面形成細小的凹凸不平結構，就可以使光線形成散射，避免光線被過度集中。一般的處理方法有將SiO2等無機微粒子或有機微粒子等分散到粘合劑中，然后均勻地涂敷到TAC等基材上，或利用噴砂處理或腐蝕處理等使基體材料自身凸凹不平，或在膜表面進行壓花處理，以形成精細的花紋。要實現抗眩功能，膜的表面粗糙度需在0.5～2μm范圍內。若小于這個范圍，就不能滿足抗眩功能；而大于這個范圍時，圖像清晰度反而會下降，且常被外部光線白化。

（2）防劃傷處理

防劃傷處理或稱表面硬化處理，液晶顯示器表面在使用過程中會因為沾染灰塵等原因而需要擦拭，目前偏光片保護膜的表面硬度還比較低，擦拭次數一多，難免會產生許多擦痕和劃傷，直接影響顯示效果，特別是觸摸式顯示屏，產生劃傷的幾率就更大了。將保護膜表面涂覆上一層高硬度的高聚物，就可以加強偏光片表面硬度，以防止日常生活中無意的擦傷。一般情況下，偏光片的表面硬度要求為3H，日本富士膠卷開發了一種由丙烯酸聚合物、氨基甲酸脂聚合物、環氧聚合物和硅化合物制成的反射膜硬涂層。

（3）抗反射/低反射處理

在光線較強的外界環境下觀看面板時，由于額外光線的反射會造成人眼所接受的光線過于強烈，影響觀看效果。因此，需將偏光片做處理，以降低反射進入人眼的光線強度。防反射有兩種方法，在基片上貼附一層或多層具有一定折射率的膜，利用從膜的上下兩個界面反射回來的光所產生的相位差而發生相消干涉，或者在基片上貼附一層折射率呈梯度變化的膜，使基片與空氣界面的折射率突變有一個過渡，也可達到防反射的目的。

（4）抗污處理

抗污處理是要減少膜的表面自由能，從而減小表面張力，使水、油等污漬在表面的粘力減小，使其容易去掉或不粘。在偏光片中一般不會有單獨的抗污膜，它常常是在其它功能膜的基礎上經過改進而賦予的附加功能。

1.3　增亮膜

為增加面板的亮度和節約能耗，可在偏光片中貼上增亮膜。目前實際使用的增亮膜為3M公司的DBEF與日東的PCF兩種，此外還有臺灣精邁科技發明的利用膽固醇液晶的CBEF增亮膜，但是尚未量產。當光通過下層偏光片時，有50%的光被吸收而浪費掉，而3M公司的DBEF就是將原本被吸收的50%偏振光重復利用。背光源發出的光可分解成偏振方向垂直的兩束光線，分別稱為P光和S光，該膜可允許P光通過，而將S光反射回來重復利用再變成P光和S光，如此反復循環可增加亮度至60%。

2　偏光片的市場分析

偏光片制造要求運用精密機械、光學和化工等技術，偏光片產業屬于技術和資金密集型產業，因此技術含量在TFT-LCD面板零組件中也屬要求較高者，加之偏光片工廠的建立需要較大的前期投入，這也在一定程度上造成偏光片較高的進入門檻。偏光片產業最早萌芽于日本，產品多應用于如手表和鬧鐘等低檔的TN-LCD型單色顯示器上。1999年5月我國臺灣省第一家偏光板廠商力特光電投產，標志著日本廠商獨占偏光片市場的時代結束，但力特的技術依然來源于日本廠商的授權。而韓國則于2000年開始進軍TFT-LCD用偏光片市場，首家廠商LG化學于2000年3月量產。其后隨著日本TFT-LCD工業的大發展，TFT-LCD型偏光片逐漸嶄露頭角。全球TFT-LCD用偏光片市場規模為數十億美元，增長率超過20%。由于大尺寸面板市場仍持續增長，而且電視面板出貨比重提高，預計偏光片市場產值將增長至50億美元。

2.1　TFT-LCD面板出貨量總體保持增長態勢

據統計數據顯示，中小尺寸顯示器面板出貨量近年來增長率為8%，達30億片左右，盈收成長15%，達256億美元。TFT面板占整個中小尺寸面板近60%的盈收，約154億美元，其余部分則為TN、STN與OLED面板。但受全球經濟增長放緩影響，現階段液晶顯示器生產行業和市場形勢比較嚴峻。據統計數據顯示，全球大尺寸面板出貨量累計達5億片水平，年增長率11%，其中筆記本電腦（NB）面板出貨量年增長22%，LCD TV年增長20%。強勁的出貨增長主要源于下游廠商對市場普遍持樂觀看法，因此積極買入面板以備市場需求。

2.2　TFT-LCD面板價格及未來趨勢分析

作為液晶顯示器件的核心部件，液晶面板的價值占整個顯示器件價值的65%左右，因此，液晶面板價格的走向也成為行業景氣的風向標。當液晶面板價格平穩并保持微漲，則液晶產業處于景氣循環上升。液晶電視面板的價格已趨于平穩，面板價格已接近面板廠的現金成本線。當市場上面板售價低于總成本時，表示面板廠正朝向虧損的方向邁進，未來的面板售價降幅將會非常有限。

2.3　偏光片價格及未來趨勢分析

偏光片價格主要受供求關系和原材料價格影響，雖然現在受終端消費疲軟、面板價格暴跌的影響，各尺寸偏光片價格有所下降，但平均降幅僅為4%左右，遠遠低于面板40%的降幅。因此，偏光片作為液晶面板中技術含量較高的核心原材料，受上游材料控制的影響，產品價格比較穩定，隨著面板價格的企穩，而逐漸趨于平穩并成上升態勢。

3　偏光片的行業現狀

3.1　國家產業政策

信息產業部已經明確表示，中國將通過加強投資政策和技術政策的支持促進平板顯示（FPD）產業的進一步發展，引導國內外企業和投資公司將更多的資金和資源投入到國內FPD產業的建設中，逐步形成完整的產業鏈。經國務院批準，國家財政部與國家稅務總局于2005年3月聯合了《關于扶持薄膜晶體管顯示器產業發展稅收優惠政策的通知》（財稅[2005]15號），這表明我國已將產業重點定于大力扶持TFT-LCD產業。另外，中國電子信息振興計劃中，政府出資100億美元推進液晶制造商的產業升級。同時，在國家發展與改革委員會、科學技術部、商務部、國家知識產權局2007年第6號令《當前優先發展的高技術產業化重點領域指南（2007年度）》中，已明確了偏光片項目屬于信息類第16項的配套產品，是面板上游六大關鍵零組件材料之一。在國家發展改革委辦公廳最新的文件——發改辦高技[2009]299號《關于組織實施彩電產業戰略轉型產業化專項有關問題的通知》中的“（三）平板顯示關鍵配套件及材料”部分，將偏光片列入了“六至八代TFT-LCD液晶面板配套件及材料：混合液晶材料、光學薄膜、玻璃基板、彩色濾光片、高精度光刻掩膜版及其基材、感光性電極漿料、平板顯示用化學品、驅動IC、新型背光源、靶材等”中的光學薄膜類。

綜上所述，偏光片項目符合國家光電產業政策，屬于鼓勵和扶持發展的產業項目。按照深圳市政府的規劃，深圳將圍繞液晶屏生產的相關產業，鞏固和發展深圳作為彩電和計算機產業基地的地位，整合、帶動顯示器件上下游產業的發展，聚集起包括器件、電視機、控制芯片等產業群。平板顯示產業是深圳市重點發展產業之一，也是國家及廣東省大力支持鼓勵發展的產業。2005年以來深圳市政府工作報告中均把發展包括平板顯示產業在內的高新技術項目作為今后工業發展的重點，同時，正在制定的深圳“十二五戰略規劃”和“十二五科學與技術發展規劃”等重要發展戰略中均將該產業列為重點扶持發展對象。偏光片作為平板顯示的上游產品，是平板顯示產業鏈中的重要一環，大力發展偏光片產業有助于完善深圳市液晶顯示產業鏈，將有力配合深圳市打造亞洲平板顯示重鎮。所以，大力發展偏光片產業符合國家和深圳市的產業政策，可以獲得政府政策的大力支持。從平板顯示產業在國民經濟建設中的地位與作用來看，其巨大的產業鏈和應用市場將成為繼半導體和汽車產業之后全球第三個經濟增長點，筆記本電腦、顯示器和液晶電視是目前TFT-LCD發展的主流產品。中國大陸各偏光片生產企業現僅能生產TN-LCD和少量STN-LCD用偏光片產品，難以滿足LCD產業發展的要求。偏光片生產企業必須增加產品品種，生產出各類高端的TFT-LCD用偏光片，這將會大大提高企業持續發展的能力。目前，偏光片（特別是TFT-LCD型偏光片）的生產技術已經相當成熟，更因為在此次波及全球的金融危機沖擊下，偏光片生產及市場發生了明顯的變化，相關的核心技術隨著人員的流動而逐步對外擴散，對核心技術的壟斷與封鎖局面正在被打破。中國的偏光片行業正是要抓住這個時機，吸納這些人才，獲取核心技術，迅速成長和壯大，在偏光片行業這個新的世界市場格局中搶占自己的領地。有國家相關優惠政策的大力支持，有地方政府相關配套政策的大力扶持，有良好的市場及外部環境的機遇，加上我們自身艱苦創業的傳統，中國偏光片行業已經迎來了騰飛的春天。

3.2　偏光片產業國內外發展狀況

3.2.1　TFT-LCD產業

影響TFT-LCD產業發展最為關鍵的是液晶電視（LCD TV）用面板市場，隨著LCD TV市場的升溫，大型TFT-LCD面板的需求也將逐漸提升，將帶動大尺寸（寬幅）偏光片市場的急劇擴大。

平板顯示（flat panel display，FPD）是信息社會的支柱產業之一，近年來各種平板顯示器件隨著生產技術的不斷提高已進入加速發展時期，其中液晶顯示器市場約占整個平板顯示器市場份額的80%以上，居于絕對優勢地位。2002年液晶顯示器的銷售額就已超過陰極射線管顯示器（CRT），成為世界上最大的顯示器產業，其上下游產業發展正處于快速增長期，具有很大的投資價值。液晶顯示器以低耗、重量輕、應用廣等優點，已應用于電視、電腦顯示器、筆記本電腦、掌上電腦、攝像機、游戲機、移動顯示（汽車、飛機等）、手機和其它顯示器件等產品，產量和銷量近年來呈不斷上升趨勢。液晶顯示器中占主導地位的是薄膜晶體管液晶顯示器（thin film transistor liquid crystal display，TFT-LCD），由于具有輕、薄、低輻射、環保等優點，因而廣泛應用于筆記本電腦、液晶電視、電腦顯示器等大尺寸產品方面，而且在新一代移動電話、各類數字多媒體產品以及特殊專業應用等眾多領域也獲得廣泛應用。目前，TFT-LCD已成為當今新型薄型顯示技術的主流發展方向，也是未來20年內電子信息產業增長的核心動力。

TFT-LCD產業涉及半導體、光學、微電子、高分子材料、精密機械、化工等眾多高科技領域，上下游所需技術層面廣泛，產品技術和工藝水平要求相對較高，產業鏈也相對較長，所以很少有制造商能自行完成從材料到成品的生產，因此，各領域分工明顯。隨著TFT-LCD產業的飛速發展，將會帶動玻璃基板、ITO導電玻璃、液晶材料、彩色濾光片、背光源組件、偏光片、驅動IC等上游產業發展，同時拉動筆記本電腦、臺式顯示器、液晶電視、車載導航系統、PDA及移動電話等下游產業的進步。TFT-LCD產業不僅對相關市場有著巨大的拉動力，還將極大地拉動微電子、光電子、材料、裝備等產業技術全面升級和進步。TFT-LCD產業近年來一直是全球的投資熱點，領跑者是日本、韓國和中國臺灣。現在中國大陸已經投產了深圳華星光電、南京熊貓、北京京東方等多家大尺寸面板廠，正在徹底解決面板供貨國產化問題。

3.2.2　偏光片產業

偏光片是液晶面板關鍵零部件，是目前業界投資最為熱門的行業之一，其成本約占面板原材料制造成本的7%左右。由于目前偏光片的制造技術一直被日本、韓國、中國臺灣等國家和地區所壟斷，大陸生產偏光片的企業尚少，而且主要產品為TN/STN型產品。目前大陸上馬的LCD生產線多為TFT型，相應的TFT型偏光片的市場缺口大，大部分產品主要依賴進口，極大影響了我國液晶產品的競爭力。因而發展偏光片項目對完善我國液晶上游產業鏈，降低產品成本，提高市場競爭力有著重要意義。

目前，偏光片主要生產廠商共有6家，其中日本4家，韓國和臺灣各1家。全球LCD偏光片產能占有率，日東電工為35%，力特光電為20%，住友化學與LG化學分別為13%左右，日商三力為8～9%。另外，新興的偏光片廠商如CMEL、Skypolar、Daxon及ACE Digitech等則陸續在2006年起量產進入市場。日東電工在大尺寸（桌面顯示器和液晶電視）中比較強，住友化學在中小尺寸（車載、手機）方面有優勢。在中國大陸，偏光片的生產廠商已經有溫州僑業、深圳盛波、深圳富鴻電子、深圳三利譜、蘇州達信等多家公司，但這多數公司由于生產線及工藝技術落后，只能生產低檔的TN-LCD型偏光片，不能生產高檔的TFT-LCD偏光片產品。2011年10月，深圳三利譜公司國內首條寬幅（1,490mm）TFT-LCD型偏光片生產線投產，打破國內沒有高檔偏光片的局面。

垂直整合重要關鍵零組件已成為面板制造商降低材料成本的最佳策略，為了獲得更低的戰略成本，面板廠采用策略投資進軍偏光板市場已成為必然趨勢。如LPL及Samsung分別投資LG Chemical及Ace Digitech，以供應自己所需的偏光片，并采取低價策略進攻其它國家市場。過去偏光片市場由少數廠商所寡占，偏光片價格穩定，但隨著LCD TV市場興起造成的龐大商機，為了避免缺貨的危機以及配合面板廠降價方向，面板廠都開始內制偏光片，似乎面板廠投入偏光片制作已是一種趨勢，但其產能相對于偏光片大廠仍相去甚遠。

偏光片是TFT-LCD面板零部件材料中技術含量較高的一種，其性能對LCD關鍵指標有著重要影響。偏光片制造過程中運用精密機械、光學、高分子和化工等多門類技術，制造難度較大，項目建設需要較大的前期投入，這也就使得國內外偏光片生產廠家不多，中國大陸TFT-LCD用偏光片主要依賴境外進口。國內液晶材料、ITO玻璃、背光模組、彩色濾光片、偏光片等上游關鍵零部件的配套能力亟需加強，只有掌握了上游產品的生產，中國大陸平板顯示產業才能持續健康的發展。

美國次貸危機從金融行業開始，波及實體經濟，進而引發全球性的經濟危機，盡管各國政府紛紛出臺各種措施救市，但2009年以來經濟危機愈演愈烈，人們對經濟前景十分擔憂，導致整體市場消費能力大幅下降。液晶顯示行業也受到大環境影響，相當部分液晶面板廠商和偏光片廠商為了順利度過寒冬，實施降價清理庫存回收現金，短期內對市場價格體系造成了巨大沖擊。從供貨商出貨面積來看，日東電工以32.68%的市占率維持市場第一的位置，LG化學以16.6%的市占率排名第二，排名第三的是住友化學。

3.2.3　全球TFT-LCD用偏光片與模組生產線的配比情況

截至2008年底，全球共有中小尺寸面板生產線47條，可年產980萬m2。按規格劃分，1代線1條，2～2.5代線11條，3～3.5代線20條，4～4.5代線15條。按地區劃分，中國大陸6條，韓國7條，日本16條，中國臺灣18條。截至2008年底，全球共有大尺寸TFT-LCD面板生產線30條，可年產79.36百萬m2。按規格劃分，5～5.5代線17條，6代線6條，7～7.5代線4條，8～8.5代線3條。按地區劃分，日本擁有3條大尺寸TFT-LCD面板生產線，中國大陸6條，韓國9條，中國臺灣14條。2008年上半年基于對市場前景的看好，面板制造商提出了擴產計劃，致使全球TFT-LCD設備資本支出在2008年創出歷史新高，超過130億美元。但受面板價格快速下跌、低產能利用率及全球經濟持續低迷等因素影響，原擬訂的擴廠計劃紛紛推遲。

現階段全球有超過15家偏光片生產商，主要集中在日本、中國臺灣和韓國。中國大陸有5家偏光片生產企業，主要生產TN和STN型偏光片，其中三利譜公司生產TFT-LCD用偏光片。目前，全球共有偏光片生產線81條，2008年產能4.06億m2。

2007～2008年新建的TFT-LCD用偏光片生產線9條，2007年新增產能3,088萬m2，2008年新增2,732萬m2。目前正在建設中，計劃2009～2010年量產的生產線5條，2009年可實現新增產能5,225萬m2，2010年新增2,525萬m2。由于面板制造商在2008年第三季度開始減產，致使偏光片制造商在2008年下半年開始出現供過于求。相當部分偏光片制造商的生產效率2008年第四季度僅為50%。但隨著庫存的逐步消化及時間的推移，需求與供給將逐漸達到平衡，產能將逐步增長。預計偏光片市場供應過剩的局面從2009年第二季度開始將會有所好轉。

2009年2月，中國電子信息振興計劃的出臺，政府出資100億美元推進液晶制造商的產業升級，將會加速龍騰光電、上廣電、京東方、華星光電、南京熊貓等面板制造商擴產計劃的實施，并且隨著全球經濟的復蘇，消費者信心的恢復，經濟重新進入繁榮，面板廠原訂擴產計劃的實施，都將加大對偏光片的需求。因此，未來仍將形成偏光片供不應求的局面。如以目前中國擁有CRT電視機4.2億臺，在2015年之前全部換成平板電視機（《2008～2009年中國平板電視消費白皮書》），其中75%更換為TFT-LCD，平均30英寸液晶電視機為例，通過計算，如果全部采用國產偏光片，僅此一項就需要1,330mm幅寬的偏光片生產線9.2條。如果綜合考慮偏光片所涉及的各個領域，保守估計中國大陸偏光片設備需求量12～15臺（1,330mm幅寬）。

4　偏光片行業的產學研

偏光片生產技術是集高分子材料技術、微電子技術、光電技術、薄膜技術、高純技術及計算機控制技術等多種應用技術發展的結晶。當前，國內偏光片與國際先進水平比較，存在產能小、品質不穩定、技術更新較慢、產品檔次較低、一般只能做中低端的扭曲向列和STN產品，以及利潤較低等現實問題。另外，所有偏光片生產所需的原材料基本上都依賴日本進口。

根據國內外偏光片產業與研究的現狀，進行偏光片研究，應當注意以下幾個方面：（1）偏光片行業在國際上是一個相當閉塞和技術封鎖的行業，如一切都從頭開始，則研究周期較長，并且難以切中技術研發與產業發展前沿。因此，在開始研究之前，一定要做好充分的調研工作，以避免低層次重復研發和知識產權糾紛。（2）偏光片研發的關鍵點在于原材料的制備，這也是日本企業控制整個產業的所憑借的重點。因此，需要大力發展有機高分子化工合成技術，研究偏光片用關鍵材料（如PVA、TAC、PE及各種粘接劑組分等的制備技術。（3）原偏光片的制備工藝非常成熟，性能提升空間小、難度大。而現在平板顯示器對偏光片的功能要求越來越多，如提高對比度、增加亮度、抗高溫高濕、耐光、吸紫外光、防反射等，根據使用場合的不同而不同。因此我們可以在吸收消化他人基礎技術的同時，把重點放在實現偏光片的附加功能上，并向偏光片的多功能化和薄膜化方向努力。綜上所述，偏光片的制造需要一個復雜的工藝過程，從聚合物的合成、精制、用流延法制成厚膜、拉伸、染色、固色、干燥、涂內保護膜，到壓敏膠的制造、涂膠、貼合外保護膜，得到多層結構的偏光片需要十幾道工序。為了確保偏光片的質量，國外采用了微機控制的全自動化連續生產工藝，生產車間為全封閉式潔凈車間。

偏光片是一種光學功能膜，它是一種高技術和高附加值產品。近幾年來，光學功能膜已發展成為一種新型產業，如除了偏光片外還有補償膜增亮膜等，因為這種膜的生產涉及了化學、光學、機械設備、計算機及自動化控制等許多問題。偏光片企業需要偏振光學、液晶物理、高分子化工、自動化控制、機械等專業的研究生和本科生，年需求研究生數十人，本科生數百人。LCD產業年需求研究生數百人，本科生數千人。

現在國內很多學校在辦液晶顯示相關專業，除河北工業大學之外，陜西科技大學電氣與電子工程學院十年來為液晶行業輸送了大量本科生。西安交通大學、西安電子科技大學、北京理工大學、北京交通大學、電子科技大學等學校都是液晶顯示器公司愿意前往做校園招聘的地方。北京交通大學和東南大學都有顯示技術中心，上海復旦大學和上海大學也都新建立了平板顯示中心，電子科技大學光電信息學院、四川大學高分子科學與工程學院、北京科技大學材料學院、北京大學工學院、華東理工大學理學院物理系，都在培養液晶科學方向研究生和本科生，但是仍然不能滿足液晶行業的需求。雖然國內高校中有光學專業和有機化學、工程光學專業和高分子化工專業的不在少數，但偏光片企業需要的偏振光學和高分子化工等專業培養的高水平人才仍然十分稀缺。這種人才的培養是相關企業、研究院所和高校都應關注的問題，通過建立產學研基地，渴望得到一定程度的解決。

另外，傳統光學教材和高分子化工教材等對于偏光片的描述都很少，也沒有偏光片方面的專業教材和專著。現在國內偏光片產業發展壯大，從業人員增多，相關原理、原材料、工藝技術、新應用等專利層出不窮，有待于偏光片生產和研究一線的專家做出奉獻，編輯出版相應的教材，對于偏光片行業具有很重要的意義。

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