大多數(shù)的人仍然對偏光膜這個名詞感到陌生而不很清楚，故在此先對偏極光的現(xiàn)象及基本原理稍做說明。
li (g?|AD 偏極光
)[>{
Ie2 人類對光的了解依序可分成以下四個重要階段：
L_Z> *s& 1.十七世紀(jì)中，牛頓首先開始對光做有系統(tǒng)的研究，他發(fā)現(xiàn)到所謂的白光(White Light)是由所有的色光(Colored Light)混合而成。為了要解釋這個現(xiàn)象，就有許多不同的理論衍生出來。
g%Eb{~v 2.十九世紀(jì)初，楊氏(Thomas Young)利用波動理論成功的解釋了大部分的
光學(xué)現(xiàn)象如反射、折射和繞射等。
WSUU_^ . 3.1873年，馬克斯威爾發(fā)現(xiàn)光波是電磁波，其中它的電波和磁波是相依相存不能分開的，電場(E)、磁場(H)與電磁波進行的方向(k)這三者是呈相互垂直的關(guān)系。
t}+P |$[ 圖2
af.yC[ nzU^G) 4.二十世紀(jì)初，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光的能量要用粒子學(xué)說才能解釋，因而衍生出量子學(xué)。換言之，光同時具有波動及粒子兩種特性。
9[T}cN=| 因為偏極光的理論是用波動學(xué)來解釋的，所以往后的討論都將光視為電磁波，并且為了簡化易懂，我們只考慮其電場向量E。非偏極光的E可以用圖2表示，圖2中許多對稱等長的輻射線表示E在E、H所組成的平面上振動，并且在各方向振動的機會均等。當(dāng)E的分布不均時就稱之為偏極化(Polarization)，如圖3所示為部份偏極光，當(dāng)E只在一個方向振動時則稱之為線性偏極光(圖4)。從向量的觀點來看，當(dāng)圖2中各方向的向量投影到X和Y兩個相互垂直的坐標(biāo)軸上后，非偏極光可以分解為兩條相垂直的線性偏極光(圖5)。
L2+~I<|> 圖2：非偏極光 圖3： 部分極性偏振光
sZ_+6+ : [ 8[g_ I vO#tI 圖4：線性偏極光 圖5：相互垂直的線性偏振光
,-D3tleu` bDK72cQ q9|'!m5K 偏極光的制造
YB*I'm3q oUoDj'JN{ 一般而言，制造偏極光的方法是由以下三個步驟：
s>ilxLSX] 1.制造普通非偏極光(圖2)。
JZB7?@h% 2.分解此非偏極光為兩個相互垂直的線性偏極光(圖5)。
*6<<6f`( 3.舍棄一條偏極光，應(yīng)用另一條偏極光(圖4)。
'b~,/lZd 能將非偏極光分解為兩條偏極光，而舍棄其一的儀器稱之為起偏器(Polarizer)，起偏器可以利用如吸收、反射、折射、繞射等光學(xué)效應(yīng)來產(chǎn)生偏極光。
T'!7jgk{: jYI\.bc 一般較常用的起偏器種類有以下數(shù)種：
D5^wT>3> ,#m:U5#h (1) 反射型
l]C#bL>i 當(dāng)光線斜射入玻璃表面時，其反射光將被部分偏極化。利用多層玻璃的連續(xù)反射效果即可將非偏極光轉(zhuǎn)為線性偏極光。
opc`n}Fc h8'`g 0 (2) 復(fù)屈折型
)H8Rfn? 將兩片方解石晶體接合，入射光線會被分解為兩道偏極光，稱為平常光與非常光。
EZypqe):/C *>
LA30R*v (3) 二色性微晶型
OlI|.~ 將具有二色性的微小晶體有規(guī)則地吸附排列在透明的薄片上，這是人工第一次做出偏光膜的方法。
Qq+$ea?> B:;$5 PUTc (4) 高分子二色性型
u7 L&cx 利用透光性良好的高分子薄膜，將膜內(nèi)分子加以定向，再吸著具有二色性的物質(zhì)，此為現(xiàn)今生產(chǎn)偏光膜最主要的方法。這類吸收式的起偏器都是以膜(Film)或是板(Plate or Sheet)的形式存在，因此，通常又稱之為偏光膜(Polarizing Film)或偏光板(Polarizing Plate or Sheet)。英文上另外一個更通俗的稱呼是Polarizing Filter。
SJ8Ax_9{q 偏光膜的起源
gaV>WF 05hjC 偏光膜是由美國拍立得公司(Polaroid)創(chuàng)始人蘭特(Edwin H. Land)于1938年所發(fā)明。六十年后的今天，雖然偏光膜在生產(chǎn)技巧和設(shè)備上有了許多的改進，但在制程的基本原理和使用的材料上仍和六十年前完全一樣。因此，在說明偏光膜的制程原理之前，先簡單的敘述一下蘭特當(dāng)時是在什幺情況下得到靈感，相信這有助于全面了解偏光膜的制程。
X;'H@GU0 蘭特于1926年在哈佛大學(xué)念書時看了一篇由英國的一位醫(yī)生Dr. Herapath在1852年發(fā)表的論文，內(nèi)容提到Dr. Herapath的一位學(xué)生Mr. Phelps曾不小心把碘掉入the solution disulfate of quinine，他發(fā)現(xiàn)立即就有許多小的綠色晶體產(chǎn)生，Dr. Herapath于是將這些晶體放在
顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)如下圖所示：當(dāng)兩片晶體相重迭時，其光的透過度會隨晶體相交的角度而改變，當(dāng)它們是相互垂直時，光則被完全吸收(圖6)；相互平行時，光可完全透過(圖7)。
(ZSd7qH" x4v@o?zW 圖6：光被完全吸收 圖7： 光可以完全透過
wwaw| $ &L`^\B]k| =Z}$X:
$ 這些碘化合物的晶體非常小，所以在實際應(yīng)用上有了很大的限制，Dr. Herapath花了將近十年的時間來研究如何才能做出較大的偏光晶體，可是他并沒有成功。因此，蘭特認(rèn)為這條路可能是不可行的，于是他采用了以下的方式：
i24t$7q ●蘭特把大顆粒晶體研磨(ball mill)成微小晶體，并使這些小晶體懸浮在液體中。
x,L<{A`z ●將一塑料片放入上述的懸浮液中，然后再放入磁場或電場中定向。
- ?z# ●將此塑料片從懸浮液中取出，偏光晶體就會附蓋在塑料片的表面上。
;S0Kf{DN2 ●將此塑料片留在磁場或電場中，干燥后就成為偏光膜。
@S9^~W3G3 蘭特的方法是將許多小的偏光晶體，有規(guī)則的排列好，這就相當(dāng)于一個大的偏光晶體。他應(yīng)用上述的方法，在1928年成功的做出了最早問世的偏光膜、J片。這種方法的缺點是費時、成本高和模糊不透明。但蘭特已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了制造偏光膜的幾個重要因素：(1)碘 (2)高分子 (3)定向(Orientation)。經(jīng)過不斷的研究改進，蘭特終于在1938年發(fā)明了到現(xiàn)在還在沿用的制造方法，其基本原理將于下節(jié)中討論。
OGcq]ue 偏光膜的工作原理
P8[rp >UNx<=ry 時下最通用的偏光膜是蘭特在1938年所發(fā)明的H片，其制法如下：首先把一張柔軟富化學(xué)活性的透明塑料板(通常用PVA)浸漬在I2 / KI的水溶液中，幾秒之內(nèi)許多碘離子擴散滲入內(nèi)層的PVA，微熱后用人工或機械拉伸，直到數(shù)倍長度，PVA板變長同時也變得又窄又薄，PVA分子本來是任意角度無規(guī)則性分布的，受力拉伸后就逐漸一致地偏轉(zhuǎn)于作用力的方向，附著在PVA上的碘離子也跟隨著有方向性，形成了碘離子的長鏈。因為碘離子有很好的起偏性，它可以吸收平行于其排列方向的光束電場分量，只讓垂直方向的光束電場分量通過，利用這樣的原理就可制造偏光膜(如圖8)。
Q ? xA))0 圖8
G{CK b{ Cg_9V4h.C lWPh2k 偏光膜的種類及發(fā)展
~
kwS` AdD,9 4/ 現(xiàn)今所使用偏光膜的種類
*\gYs{, 偏光膜的應(yīng)用范圍很廣，不但能使用在
LCD做為偏光材料，亦可用于太陽眼鏡、防眩護目鏡、攝影器材之濾光鏡、汽車頭燈防眩處理及光量調(diào)整器，其它尚有偏光顯微鏡與特殊醫(yī)療用眼鏡。為了滿足輕量化及使用容易的要求，所以偏光膜的選擇以高分子二色性型為主，這型起偏材料的種類有四：
)[wB:kG (1) 金屬偏光膜
fQQj2> 3w 將金、銀、鐵等金屬鹽吸附在高分子薄膜上，再加以還原，使棒狀金屬有起偏的能力，現(xiàn)在已不使用這種方法生產(chǎn)。
QlE]OAdB42 (2) 碘系偏光膜
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