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偏振片及其用途

2016-3-12 9:38:36      


偏振片也叫偏光镜、偏振镜、偏光片,简称PL镜,是一种滤色镜。偏振片有着独特的特征结构,被广泛应用于工业以及摄影器材等领域,深圳市赓旭光电科技有限公司有着多年的偏振镜生产研发经验,

偏振镜


偏振片的结构特征

光是一种电磁波光的电场振动是横波即光的电振动是在与光前进方向垂直的平面上。自然光是各种特性在各个方向都完全相同的均匀的光,自然光的电振动在振动平面的各个方向也都是完全均匀的。如果光波的电振动只限于某一个确定的方向上,就是偏振光了。而偏振片就是一种产生和检测偏振光的片状光学功能材料。

偏振光的电振动局限于某一个特定的方向上,因而偏振光是有方向性的。同样,偏被片也是有方向性的。偏振片有一个特定的方向指向,我们称之为透射轴,与这个方向垂直的电振动被阻挡,而与这个方向平行一致的电振动则可以自由通过。这样自然光通过偏振片以后,就成了偏振光。同样,当偏振光透过偏振片时,如果偏振光的振动方向与偏振片的透射方向平行一致时就几乎不受到阻挡,这时偏振片是透明的。如果偏振光的振动方向与偏振片的透射方向相垂直时,则几乎完全不能通过,偏振片就成了不透明的了。偏振片就可以起检测偏振光的作用。

由于偏振片又轻又薄,有足够的强度和韧性,可以做得很大,能方便地进行大规模工业化生产,便于广泛应用,因而使偏振光在工业、科技、交通以及人们的日常生活中得到了广泛的应用。

目前大量工业化生产并得到广泛应用的偏振片是美国人兰德(H.Lard),于年发明的,随后波拉公司也译作宝丽来实现了偏振片的工业化生产。偏振片的英文就是Polarizer。最初仅用于光学仪器和遮光太阳眼镜。


偏振光与自然光

由于聚乙烯醇膜的亲水性,这种偏振膜在湿热的环境中会很快变形、收缩、松驰、衰退,而且强度很低,质脆易破,不便于使用和加工。因而又在这种偏振膜的两边都复合上一层强度高,光学上各向同性的,透光率高而又耐湿热的高聚物如三醋酸纤维素醋,即片基,赋于偏振片良好的机械性能和耐侯性,这样就组成了偏振片的基本结构,称为原偏振片(见图2)。








 偏振镜的结构

世界各国制造偏振片的工艺方法都相差无几,只是在使用原材料和具体技术细节方面各有特点。一种典型的工艺过程是这样的:先将PVA膜单向拉伸3~6倍,使聚乙烯醇分子键高度取向,并吸附上碘和二向色性染料,然后利用物理和化学的处理,使这种结构尽量固定下来,并且把薄膜烘干,就制成了具有选择性偏振光透过特性的偏振膜。然后用特定的粘合剂,在此偏振膜的两面都复合一层三醋酸纤维素醋(TAC)片基。三层膜要结合成为一种不怕水,具有良好的物理机械性能和耐气候性能的牢固,紧密、平整地形成一个整体,把偏振膜很好地保护起来,复合体——原偏振片。原偏振片的两个外表面上通常都要各贴附上一层柔软的外保护膜。为适应在液晶显佘器中使用的需要,要在原偏振片的一面附上一层压敏胶,并贴上压敏胶的隔离膜,这就是透射型的偏振片(见图3)。

透射型偏振片的结构












撕去隔离膜露出压敏胶,偏振片就可方便牢固地贴到液晶显示器的玻璃面上。其中有些偏振片还要在另一面复合上一层镀有金属反光层的反光膜,而成为反射型的偏振片。反射型偏振片也需要压敏胶层(见图4)。在液晶显示器中,偏振片是成对使用的,在最普通的型液晶显示器中就使用透射型和反射型各一片组成的一对偏振片。

聚乙烯醉是一种线型高分子聚合物,在很长的分子键上均匀地挂着许多强极性的——OH基团,结构式如下:

结构


用来制做偏振片的膜在光学上是均匀的各向同性的,大分子键在各个方向上都是完全均匀的,无规律排列聚集成膜的。但在拉伸以后,几乎所有的大分子键都被迫按照拉伸力作用的方向伸展开来,虽没有形成结晶式完全有序的规则排列,却达到了高度的取向,形成了象栅栏一样的结构和在纵横两个方向性能不同的强烈的各向异性。大分子键上吸附了染料分子以后就形成了在纵横两个方向上对光振动吸收性能差别很大的所谓二向色性。即顺着大分子键方向的光振动能量几乎全部被吸收,通不过去,而垂直于此方向的振动能量则不被吸收而顺利通过,这就是对光的偏振方向有强烈的选择性吸收的特性。自然光通过偏振膜后就只剩下偏振光了。偏振光通过偏振膜,会因偏振方向的不同,或者通过,或者被吸收。

2.偏振片的用途

由于偏振片具有独特的光学特性,又是一种近似于塑料薄片一样的片状材料,便于加工,便于使用,因而在生活用品、工业交通、国防和尖端科学技术中都有着广泛的应用。

2.1用于遮光太阳眼镜

光在两种介质分界面上的反射光是偏振光,其振动方向是与反射界面平行,且垂直于传播方向。为了挡住水面、路面等的强烈反射光直接刺激眼睛,我们可以戴用偏振片作镜片的遮光眼镜,并且使偏振片镜片的透过方向与地面或水面垂直。这样就可以挡住振动方向与地面或水面平行的直接反射光,对观察其他物体的影响很小。

2.2减小汽车会车时对面车灯的强光对司机眼睛的刺激

为此可在司机前和车灯前面都加一块偏振片,并使其透过方向相同,且与地平面成45°角,这样司机通过前面的偏振片看自己车灯的光是通过二片平行的偏振片,光强度影响不大但对面来车,由于车上的偏振片相当于翻了个面,左右互换,透过方向变成了相互垂直。司机看对面的车灯就是通过两片正交偏振片,就不会刺眼了。行人和骑自行车的人如戴上同样的眼镜,同样可以不刺眼。这样就能减少许多交通事故(见图5)。

汽车上的偏振镜片


2.3摄影用偏振滤光片

在照相机、摄影机等的镜头前面加一偏振片滤光片,就可以大大减轻强烈的直接反射光的干扰,减低天空背景光的强度,增加天空云彩的层次等。

2.4用于物质结构中的应力分体

各向同性的物质由于受到应力的作用会产生各向异性的光学性质,称之谓光弹性效应或应力双折射效应。把受到应力的透明物体放在两片偏振片之间进行观察,就可以看到一些宽窄疏密不同,明暗相间的曲线条纹,分析研究这些条纹可以得出物体内应力分布的定量数据,这在科学研究、工程建设和工业生产中都是很有用的(见图6)。









2.5用于各类液晶显示器件上

当前,偏振片最大的用途是用于各类液晶显示器(LED)上。的基本结构如图7所示。在透明导电层上加上适当的电压,液晶物质对偏振光振动方向的旋转作用就会发生很大的改变。这种变化是不能被人眼所直接感受到的,只有放在两片偏振片中间才会表现出来,才能被人眼观察到。因而偏振片是各类液晶显示器件不可缺少的主要组成部分。











偏振片还有许多广泛的应用,如在光学仪器中做起偏器和检偏器用于旋光分析中;用在立体电影和立体电视中还大量用于动感教学演示板和动感艺术灯箱画的制作中。

随着科学技术的不断发展,偏振片技术也会不断提高与普及,偏振光和偏振片的应用还会不断的发展。