大多数的人仍然对偏光膜这个名词感到陌生而不很清楚,故在此先对偏极光的现象及基本原理稍做说明。
偏极光
人类对光的了解依序可分成以下四个重要阶段:
1.十七世纪中CONTROL ENGINEERING China版权所有,牛顿首先开始对光做有系统的研究,他发现到所谓的白光(White Light)是由所有的色光(Colored Light)混合而成。为了要解释这个现象,就有许多不同的理论衍生出来。
2.十九世纪初,杨氏(Thomas Young)利用波动理论成功的解释了大部分的光学现象如反射、折射和绕射等。
3.1873年,马克斯威尔发现光波是电磁波CONTROL ENGINEERING China版权所有,其中它的电波和磁波是相依相存不能分开的,电场(E)、磁场(H)与电磁波进行的方向(k)这三者是呈相互垂直的关系。
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因为偏极光的理论是用波动学来解释的,所以往后的讨论都将光视为电磁波,并且为了简化易懂,我们只考虑其电场向量E。
当E的分布不均时就称之为偏极化(Polarization).
偏极光的制造
一般而言,制造偏极光的方法是由以下三个步骤:
1.制造普通非偏极光。
2.分解此非偏极光为两个相互垂直的线性偏极光(图5)。
3.舍弃一条偏极光,应用另一条偏极光(图4)。
能将非偏极光分解为两条偏极光,而舍弃其一的仪器称之为起偏器(Polarizer),起偏器可以利用如吸收、反射、折射、绕射等光学效应来产生偏极光。
一般较常用的起偏器种类有以下数种:
(1) 反射型
当光线斜射入玻璃表面时,其反射光将被部分偏极化。利用多层玻璃的连续反射效果即可将非偏极光转为线性偏极光。
(2) 复屈折型
将两片方解石晶体接合,入射光线会被分解为两道偏极光,称为平常光与非常光。
(3) 二色性微晶型
将具有二色性的微小晶体有规则地吸附排列在透明的薄片上,这是人工第一次做出偏光膜的方法。
(4) 高分子二色性型
利用透光性良好的高分子薄膜,将膜内分子加以定向控制工程网版权所有,再吸着具有二色性的物质,此为现今生产偏光膜最主要的方法。这类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,通常又称之为偏光膜(Polarizing Film)或偏光板(Polarizing Plate or Sheet)。英文上另外一个更通俗的称呼是Polarizing Filter。
偏光膜的起源
偏光膜是由美国拍立得公司(Polaroid)创始人兰特(Edwin H. Land)于1938年所发明。六十年后的今天,虽然偏光膜在生产技巧和设备上有了许多的改进,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样。因此,在说明偏光膜的制程原理之前,先简单的叙述一下兰特当时是在什么情况下得到灵感,相信这有助于全面了解偏光膜的制程。
兰特于1926年在哈佛大学念书时看了一篇由英国的一位医生Dr. Herapath在1852年发表的论文,内容提到Dr. Herapath的一位学生Mr. Phelps曾不小心把碘掉入the solution disulfate of quinine,他发现立即就有许多小的绿色晶体产生,Dr. Herapath于是将这些晶体放在显微镜下观察,发现如下图所示:当两片晶体相重叠时,其光的透过度会随晶体相