空间光调制器器件之偏光片

近一二十年来,微电子和光电子集成技术的进步以及两者的紧密结合,大大地促进了各种空间光调制器的发展。目前液晶空间光调制器在空间光调制器中已经占有主导地位。它将液晶层作为光调制材料，液晶层采用向列型液晶的混合场效应工作模式，在液晶层上各区域施加不同的电场，引起液晶分子排列方向和位置的变化，从而导致其光学性质的变化，获得透明或不透明两种状态，实现对光束的相位、偏振态、振幅或强度进行一维或二维空间分布的实时调制。

但是，作为空间光调制器关键零件的偏光片，你了解吗？

偏光片是什么？

偏光片的全称是偏振光片，液晶显示器的成像必须依靠偏振光，液晶屏的下偏光片用于将光源产生的光束转换为偏振光，上偏光片用于解析经液晶电调制后的偏振光，产生明暗对比，从而产生显示画面。如果少了任何一张偏光片，液晶片都是不能显示图像。偏光片最早由美国拍立得公司(Polaroid)创始人兰特(Edwin H. Land)于1938年所发明，灵感来源于碘掉入磺酸奎宁溶液中形成的绿色小晶体，具有特异的光学性能。

偏光片工作原理是什么？

以TN-LCD偏光片为例

自然光经过第一张偏光片变成线偏振光，入射到液晶盒内，被扭曲90°，并通过下层玻璃基板外的第二张偏光片（垂直于第一张偏光片），透光；当两极之间加上一定的电压时，液晶分子转动，最终与基板垂直排列，入射到液晶盒内产生的偏振光未被扭曲，不能通过第二张偏光片，从而不透光。

偏光片的种类有哪些？

根据功能进行划分

透射式偏光片 

反射式偏光片

半透过半反射式偏光片

补偿型偏光片

根据起偏材质进行划分

金属偏光膜 ：将金、银、铁等金属盐吸附在高分子薄膜上，再加以还原，使棒状金属有起偏的能力。

碘系偏光膜 ：PVA与碘分子所组成，为现今生产偏光膜最主要的方法。

染料系偏光膜：将具有二色性的有机染料吸着在PVA上，并加以延伸定向，使之具有偏光性能。

聚乙烯偏光膜：用酸为触媒，将PVA脱水，使PVA分子中含一定量乙烯结构，再加以延伸定向，使之具有偏光性能。

碘系偏光片

由于碘系偏光片研发技术较成熟，偏振度及透过率都接近理论值，故碘系偏光片为目前LCD应用偏光片的主流。它通过拉伸一定倍数的聚乙烯醇膜将嵌入其中的碘分子定向，使之能够吸收偏振方向与拉伸方向（吸收轴）平行的光。吸收轴垂直方向（透射轴）上的光基本上没有减弱。因此，各个方向都有振动的自然光透过偏光片后，就变成了振动方向与透射轴方向平行的偏振光。在两片透射轴方向互相垂直的偏光片中间加入具有扭转特性的液晶分子，就能控制光线的通过，从而达到显示图像的目的。

碘系偏光片基本结构

TAC : Triacetyl Cellulose（三醋酸纤维素）

PVA : Polyvinyl Alcohol （聚乙烯醇）

PSA : Pressure Sensitive Adhesive（压敏胶）

偏光层：是由PVA（聚乙烯醇）薄膜经染色拉伸后制成，该层是偏光片的主要部分，也称偏光原膜。偏光层决定了偏光片的偏光性能、透过率，同时也是影响偏光片色调和光学耐久性的主要部分。

TAC层：由PVA膜制成的偏光层易吸水、褪色而丧失偏光性能，因此需要在其两边用一层光学均匀性和透明性良好的TAC（三醋酸纤维素酯）膜来隔绝水分和空气，保护偏光层。

压敏胶（PSA）：它决定了偏光片的粘着性能及贴片加工性能，其性能优劣是LCD偏光片使用者最为关心的问题之一。

离型膜（Release film）：为单侧涂布硅涂层的PET（对苯二甲酸乙二醇酯）膜，主要起保护压敏胶层的作用，同时其剥离力的大小对LCD贴片时的作业性有一定影响。

保护膜（Protective film）：为单侧涂布EVA层（乙烯醋酸乙烯共聚物）的PE（聚乙烯）膜，具有低粘性，起保护TAC膜表面的作用。

偏光片的性能指标有哪些？

偏光片性能主要包括以下几个指标，分别是偏振度、透光率、粘结性能等，针对于LCD产品在对偏光片进行应用时，一般应用偏振度与透光率比较高的偏光片，从而促进LCD显示器件显示质量及效率的提升，充分减少能源损耗。

因此，作为空间光调制器关键器件之一的偏光片，在选用方面变得尤为重要。

我公司自主研发及生产的空间光调制器主要是基于透射或反射类型的液晶微显示技术，通过液晶分子的旋光偏振性和双折射性来实现入射光束的振幅和相位的调制，可作为动态光学元件，实时地调制光强和相位的空间分布。公司在积极开发新产品应用的同时，也对配套硬件不断升级优化。在透射式空间光调制器用偏光片选用上，为提高显示质量，降低光损，一律选用光学性能高透高偏的偏光片制作起、检偏器；为避免起、检偏器因操作不当及环境影响受损，要求偏光片硬度必须大于2H，同时将起、检偏器制作成内贴附，从而避免刮伤及脏污；结构方面，现有起、检片器均采用360°可旋转式，操作方便，应用广泛。

当然，偏光片的选用只是公司众多硬件优化中的一个，更多关于空间光调制器的信息，欢迎咨询西安中科微星光电科技有限公司。

责任编辑:tzh