偏光片是液晶顯示器的重要組件，它利用拉伸的 PVA 和 TAC 薄膜來控制光偏振，並透過特殊的材料、塗層和製造過程來實現影像顯示。
1. 偏振片的工作原理
偏振片（偏光膜）是一種控制光偏振方向的光學薄膜。當自然光穿過偏振片時，垂直於透射軸振動的光分量會被吸收，而只有平行於透射軸振動的光分量會作為偏振光透射過去。
在液晶顯示模組中，兩片偏光片分別貼附在玻璃基板的兩側。下方的偏光片將背光單元發出的光轉換成偏振光。上方的偏光片對經過液晶層電調製後的偏振光進行分析，從而產生亮度對比度，最終產生可見影像。
LCD模組的成像完全依賴偏振光。缺少任何一個偏光片，LCD模組都無法顯示影像。
LCD模組的基本結構如下圖所示：
2. 偏振片的基本結構
偏光片主要由聚乙烯醇（PVA）薄膜、聚四氟乙烯（TAC）薄膜、保護膜、離型膜、壓敏膠（PSA）和其他層壓材料組成。
偏振片的基本結構如下圖所示：
產生偏振效應的核心材料是聚乙烯醇（PVA）薄膜。染色後，PVA薄膜會吸收具有二色性吸收特性的碘分子。透過拉伸，碘分子沿著PVA分子鏈均勻排列，形成具有均勻二色性吸收特性的偏振薄膜。透射軸垂直於拉伸方向。
下表總結了偏光片中使用的主要薄膜材料的關鍵特性和功能：
LCD面板的性能與偏光片的品質密切相關。
從成本角度來看，PVA薄膜和TAC薄膜在偏光片原料成本中佔比最大。 TAC薄膜約佔總材料成本的50%，而PVA薄膜約佔12%。
在整個顯示器產業供應鏈中，偏光片通常保持相對健康的利潤率。
PVA薄膜：極化的核心材料
PVA（聚乙烯醇）薄膜主要由碳、氫、氧等輕質元素組成，具有優異的光學透明度和高拉伸性能。
染色後，碘分子（或染料分子）均勻地聚集在PVA薄膜表面。在未處理的狀態下，PVA分子鏈隨機分佈，吸附的碘（或染料）分子也同樣隨機排列。
當PVA薄膜被拉伸時，分子鏈會沿著受力方向排列。碘（或染料）分子也會有序排列，使PVA薄膜能起到極化材料的作用。
拉伸後聚乙烯醇分子鏈的有序分佈
下圖展示了PVA薄膜的拉伸過程和碘分子排列情況：
在平行排列的碘（或染料）分子之間，存在著排列均勻的間隙。這些間隙允許偏振方向與分子排列方向相同的光線通過，同時阻擋偏振方向不同的光。因此，非偏振光被過濾成偏振光。
將非偏振光轉換為偏振光
根據聚乙烯醇（PVA）薄膜中使用的二色性分子類型，市售偏光片通常可分為以下幾類：
- 金屬基偏光器
- 碘基偏光片
- 染料型偏光器
- 聚乙烯偏光片
其中，碘基偏振片具有高透射率和高偏振效率，是目前應用最廣泛的偏振片。
乾拉伸和濕拉伸工藝
拉伸PVA薄膜是偏光片製造中最關鍵的一步。
根據拉伸方法，生產可分為：
- 乾式工藝： PVA薄膜在受控蒸氣環境中於高溫下進行拉伸。
- 濕式製程： 將PVA薄膜拉伸到具有特定液體成分的溶液中。
濕式生產製程具有優異的均勻性和耐用性，因此被大多數偏光片製造商所採用。
理論上，成品偏光片的面積等於PVA薄膜的面積。然而，由於PVA薄膜在生產過程中必須經過預處理和拉伸，因此每生產一平方米成品偏光片，大約需要消耗0.5平方米的PVA薄膜。
目前，全球PVA薄膜市場主要由日本可樂麗公司主導，該公司也是全球領先的高端PVA樹脂材料供應商之一。可樂麗在光學PVA薄膜領域的領先地位源自於其垂直整合的生產體系，該體系涵蓋：
- 高品質PVA樹脂生產
- 用於偏光片的PVA薄膜製造
- PVA薄膜的表面處理
據可樂麗公司稱，該公司供應全球約 40% 的 PVA 樹脂和約 80% 的用於偏光片的全球 PVA 薄膜。
TAC薄膜：一種不可取代的材料
TAC（三乙醯纖維素）薄膜的生產流程包括TAC樹脂的溶解、過濾、塑化、流延和乾燥等步驟。它具有優異的光學均勻性、透明度、耐酸鹼性和抗紫外線性能。
TAC薄膜製造工藝
用於偏光片生產的TAC薄膜對品質要求極高。製造參數必須精確控制，才能獲得優異的平整度、機械強度和光學特性。
常見的TAC薄膜厚度包括：
- 40μm
- 50μm
- 57μm
- 80μm
其中，50 μm 和 80 μm 是最常用的規格。
用於偏光片的TAC薄膜通常分為兩類：
1. 普通TAC薄膜
用於偏光片的內層。這些是未經處理的TAC基底膜，沒有額外的塗層或表面改質。
2. 功能性TAC薄膜
用於偏光片的最外層。這些薄膜需要經過鍍膜、濺鍍或其他表面處理工藝，以獲得額外的功能。
常見的表面處理包括：
- 防眩光 (AG)
- 防眩光+低反射（AG+LR）
- 透明硬塗裝 + 低反射 (CHC + LR)
- 透明硬塗層（CHC）
- 防反射（AR）
不同的處理方法旨在滿足不同的終端使用者應用需求。例如，CHC處理方法常用於觸控行動裝置。
按應用劃分的表面處理要求
大多數表面處理方法都是在普通的TAC薄膜上添加功能性塗層。
例如：
- AR治療： 塗覆一層塗層，使入射光波和反射光波發生相消干涉，進而減少反射。
- AG 治療： 產生微觀表面不規則性，使光線散射更均勻，從而減少眩光。
AR治療機制
AG治療機制
每個液晶面板需要：
- 2個偏光片
- 每個偏振片使用 2 層 TAC 薄膜
因此，每個液晶面板總共需要4 張 TAC 薄膜。
功能性TAC薄膜通常只用於最外層表面。
主要的TAC供應商通常提供普通型和功能型TAC薄膜，包括：
- 富士
- 柯尼卡美能達
- 日本製紙
- 新光合成纖維
- 曉星
有些公司會購買普通的TAC薄膜，然後自行進行表面處理，例如：
- 大日本印刷公司（DNP）
- 凸版
- 琳得科
- 友川
此外，一些偏光鏡製造商，包括：
- LG Chem
- 日東電工
擁有內部TAC薄膜表面處理能力，以滿足自身部分需求。
TAC表面處理供應鏈
雖然 TAC 製造商、塗層公司和偏光片製造商都擁有某些塗層技術，但每家公司都有其獨特的優勢。
譬如：
- 大日本印刷株式會社（DNP）：高清AG薄膜產業的領導者，市佔率超過70%。
- 凸版印刷和日本製紙：在CHC塗料方面擁有強大的專業知識。
- 凸版印刷：乾式擴增實境薄膜生產領域的產業領導者。
- LG化學：雖然其他塗層技術的研發仍在繼續，但該公司已具備內部生產AG薄膜的能力。
- Optimax、Sunboon Optical 和 Sanlipu 等公司尚未掌握 TAC 表面處理技術。
由於這些技術在整個行業中推廣速度緩慢，因此擁有專門的TAC處理技術的公司享有顯著的競爭優勢。
公司技術優勢
TAC薄膜清洗與PVA薄膜拉伸/層壓：核心偏光片製造工藝
碘基偏光片生產技術及濕式伸展工藝
前端製程（TAC薄膜清洗和PVA拉伸/層壓）
前端製程包括TAC薄膜預處理和PVA薄膜拉伸/層壓。
TAC薄膜的預處理包括鹼處理、洗滌去除殘留鹼、乾燥和複卷。其主要目的是降低TAC表面的接觸角，並提高其與PVA薄膜的黏合性。
PVA拉伸和層壓工藝包括：
- 將PVA薄膜在純水中溶脹。
- 將其浸入染料浴中以吸收二色性碘分子。
- 在拉伸槽中拉伸薄膜，使碘分子取向。
- 晾乾拉伸後的薄膜。
- 將其夾在兩層預處理過的TAC薄膜之間。
這個過程可以製備出偏光膜。
中間工序（塗佈和複合生產線）
中間工序包括壓敏膠塗層和離型膜及其他光學薄膜的層壓。
該過程包括：
- 在離型膜上塗覆壓敏膠。
- 將黏合劑放入烤箱中烘乾以去除水分。
- 將塗有黏合劑的薄膜與前端製程中生產的偏光膜進行層壓。
- 將層壓材料重新捲繞。
- 在恆溫固化室中進行固化。
根據產品要求，還可以層壓額外的光學薄膜。
後端工序（切割線）
固化後的偏光片將依照所需尺寸進行以下加工：
- 切割
- 磨邊
- 清潔
- 品檢
- 包裝
3. 主要產品特性及應用領域
偏振片的關鍵性能指標可分為三個面向：
光學性能
這些包括：
- 透光率
- 極化效率
- 色調
機械性能
這些包括：
- 偏光鏡變形
- 黏接強度
可靠性
可靠性衡量的是偏光片的耐用度。
評估方法通常包括將偏振片暴露於以下環境壓力條件：
- 高溫
- 低溫
- 高溫高濕
經過規定的測試期後，對外觀和光學性能的變化進行檢查和評估。
偏光片產業的供應鏈如下圖所示：
