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前面章节提到的方解石和水晶存在双折射现象，是相对一般的晶体结构，其原子排列在不同的方向排列密度不同。光沿着原子密度高的方向，折射率大（光速低）；沿着原子密度低的方向，折射率小（光速快）。相位片又称为相位延迟片、相位差膜或补偿膜，指的就是薄膜在三维的 x - y - z 方向上原子排列存在差异，折射率存在不同，导致入射的偏振光通过时发生了速度的变化，出现了相位差。
通常所说的相位差膜指的是延伸了的高分子膜。高分子膜被延伸后，其高分子链会根据延伸方向重新进行排列，在延伸方向和非延伸方向的原子排列方式出现差异。通常情况是延伸方向的原子密度高，其垂直方向的原子密度低。如图1.30所示，构成高分子膜的小分子单元本身具有各向异性的特点，在延伸前组成分子链的各小分子杂乱无章排列，薄膜整体没有各向异性。在延伸后，出现了小分子的有序排列，在延伸方向分子密度增大，因此这个方向的折射率会变大。这样，延伸了的相位差膜就具有了双折射现象。
图1.30 高分子链及延伸后的排列
相位片具有双折射性。相位片通常是与偏光片（线偏振片）组合在一起应用的。在两片偏光片系统中间，如果透光轴相互平行，则出射光为亮场，如果透光轴相互垂直，则出射光为暗场，在它们之间插入相位差膜后，出射光会出现颜色的差异。
如图1.31所示，在两片偏光片相互垂直的系统中插入具有双折射的相位片，则出射光强度：
（1.45）
图1.31 相位差片在两片偏光片中间
式中，
为入射到两片偏光片时的强度；
为偏光片1（又称为起偏器）的吸收轴和相位差膜的慢轴之间的角度；
为相位差
。从图1.31中可以看出
为45°，因此式（1.45）简写为
（1.46）
因为相位差
与波长相关，因此出射光强度有差异，出射的光就由入射的白光转变为有颜色的光，并且在不同角度观察，颜色还可能出现差异。
从式（1.45）中可以看出，如果偏光片1和相位片的光轴形成的角度是0°或者90°，则
，因此不会出现颜色偏差。如果两片偏光片的光轴相互平行，则式（1.45）表示为
因为相位差
与波长相关，因此出射光同样出现颜色差异。
通常，相位片是由高分子膜延伸后得到的。使用不同的高分子材料进行延伸，随着延伸方向、延伸程度、温度与湿度等条件的变化，得到的相位差膜的性能是不一样的。表征相位片的参数除了光轴，还有相位差、 N z 系数及波长分散性。
1．相位差
相位片最重要的物理特性之一是相位差，分为平面内相位差
（从法线方向看）和垂直方向膜片厚度的相位差
，分别表示为
（1.47）
（1.48）
式中，
、
和
分别为
x
轴、
y
轴和
z
轴方向的折射率；
d
为相位片的厚度（
z
轴方向）。
对于不同波长来说，相位差不同，一般以589nm来测量相位片的相位差。测试方法有偏光显微镜法和偏光干涉法。不同测试方法的结果有原理性的差异，因此，对比数据需要采用同样的测试方法，否则结果没有意义。
2． N z 系数
系数表明了材料的单轴或双轴特性，其计算方法为
（1.49）
当
时，表示相位片具有
z
轴方向的取向性；
当
时，表示相位片具有单轴取向性；
当
时，表示相位片具有双轴取向性。
3．波长分散性
相位片的相位差与波长相关，波长不同相位差也不同，称为相位片的波长分散性。这种特性是由延伸的高分子化学结构决定的，与薄膜的制造方法、延伸倍率无关。一般的高分子延伸薄膜，在长波长处相位差较小，而在短波长处相位差较大，如图1.32所示。通常选取波长450nm和590nm处的相位差的比值（ α 值）称为该相位片的波长分散系数。常见高分子材料相位片的波长分散系数见表1.2。
图1.32 相位片的相位差随波长的变化关系
表1.2 常见高分子材料相位片的波长分散系数
相位片的分类可以根据
、
和
之间的关系，分为单轴和双轴补偿片或补偿膜。其中单轴膜可以分为A膜（A-Plate）和C膜（C-Plate）两大类。对于A膜，其光轴平行于膜表面，折射率关系为
（1.50）
对于+A膜，
，即光学正性的；对于-A膜，
，即光学负性的。
对于C膜，其光轴垂直于膜表面，折射率关系为
（1.51）
对于+C膜，
；对于-C膜，
。
此外，单光轴与膜表面倾斜一个角度，称为O膜（O-Plate）。
如果
，即相位差膜具有两个光轴，称为双轴膜。表1.3列出了单轴与双轴相位片的折射率（用液晶取向工艺制备）。A膜和C膜通常分别用来补偿液晶盒内直立和水平排列的液晶分子。采用碟状液晶取向，由于其光学对称轴
z
轴的折射率（off-axis，
）小于平面
x
轴或
y
轴折射率（on-axis，
，
），因此这种分子平躺取向为-C膜，垂直取向则为-A膜。
表1.3 单轴与双轴相位片的折射率（用液晶取向工艺制备）
相位片的制备工艺一般分为基材的延伸工艺、在基材上涂覆双折射材料（一般是液晶）的取向工艺，以及两种工艺的结合。
延伸工艺就是对高分子薄膜在特定方向进行拉伸，并且为了保证相位差膜的均一性和最恰当的物性值，膜厚以及延伸时的温度、速度和倍率等工艺参数都很重要，决定着相位差膜的优劣。
通常适用于相位片的高分子膜是由米粒形状（pellet）小分子组成的高分子树脂制备而成。这种高分子膜的制备方法如下。
①溶液法制备：把溶解了高分子树脂的溶液在不锈钢带或PET膜上进行涂覆，然后蒸发溶剂后形成。
②熔融挤压法：把高温熔融的高分子树脂送至挤压机，在出口处设定一定的厚度间隙，把树脂挤压出来，冷却后形成。
熔融挤压法具有厚度均一性高、缺陷少的优点，除了TAC系膜外，相位差膜的基材基本上都是采用熔融挤压法制备的。作为相位差膜的材料，PC树脂常用于STN液晶显示的相位差膜，COP树脂以及TAC树脂常用于TFT液晶显示的相位差膜。
相位差膜的延伸，可以在 x 方向、 y 方向、 z 方向、倾斜方向或几个方向组合进行，最后得到需要物性值的薄膜。
相位差膜光轴与偏光片光轴之间很少出现平行或垂直，一般都会有一定的夹角。因此，如果相位差膜在倾斜方向延伸，则偏光片卷轴和相位差膜的卷轴就能直接贴合，可以以卷到卷（Roll-to-Roll）工艺低成本制作偏光片和相位差膜的贴合产品。最近，新开发的技术已经采用了偏光片与相位差膜平行或者垂直贴合的情况。如果是在厚度方向（ z 轴方向）取向的相位差膜，这种方向性就更没有关联性了。从厚度方向取向，不采用涂覆补偿层的方法，工艺上无法从厚度方向直接进行延伸，但是在上下膜面使用特殊的黏着剂和膜材，结合单轴拉伸及温度工艺条件，能得到厚度方向的取向。
图1.33显示了高分子基材薄膜在卷对卷工艺（Roll-to-Roll）上下方向（ y 方向）和水平方向（ x 方向）延伸前后的示意图。
图1.33 高分子基材薄膜的延伸（2倍率）
采用高分子薄膜延伸的工艺，可以很容易制备
和
方向折射率不同的相位片，但是对于
方向折射率的调整，一般就需要采用具有双折射的材料进行涂敷（Coating）的取向工艺。液晶作为一种常见的双折射材料，根据采用的液晶相特点及取向状态不同，可以制备成不同类型的相位片。
①将圆盘状的液晶涂敷在TAC基材表面，并且进行一定角度的倾斜取向，可以制备成TN型薄膜晶体管液晶显示器中应用的广视角补偿膜（WV膜）；
②将棒状的向列相液晶倾斜一定角度取向，固化后形成NH和NR补偿膜；
③将棒状的向列相液晶涂敷在PC基材表面，并进行延伸后制备成补偿膜；
④将胆甾相液晶涂敷在TAC基材表面，制备具有螺旋轴取向，常用于STN型液晶显示器的视角补偿膜。
液晶显示器中常用的相位片的主要特性需求：
①厚度均一性。当制备工艺用的基材厚度不均、基材延伸速度或者用力不均引起相位差的波动，会导致显示器产生彩虹纹等不良；
②波长分散系数。波长分散系数偏大，会影响不同波长下的补偿效果，导致显示器产生色偏或者彩虹纹等不良；
③水氧阻隔性。集成于偏光片中的相位片，自身吸水后会引起相位差发生变化，导致暗态漏光不良。除了自身防止水汽外，还需要保护偏光片中的PVA免受水汽和氧的影响。如果水汽侵入，PVA材料容易产生膨胀，导致偏振度发生变化，出现漏光不良。对于水氧阻隔性，一般来说PET材料和COP材料要优于亚克力和TAC材料。