液晶显示器光延迟测试方法及其应用Word格式文档下载.docx

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光学外差法[4]，但是该方法测试设备比较昂贵和复杂。

归结起来这些测试方法都以琼斯矩阵[5,6],柯西方程，斯托克斯参量法[7,8]等为理论基础。

本文以琼斯矩阵为理论依据，采用光谱法对STN液晶盒做透射式逐点测试，得到光延迟值。

文章将首先阐述实验的测试原理和装置，最后展示了达到光延迟参数要求的液晶盒与补偿膜间的补偿效果。

2基本理论及光延迟测试系统

2.1光延迟产生原因

如图1，入射光可分为o光和e光两线偏振光，当入射光经过液晶材料时，由于液晶具有双折射的特性，o光和e光的传播速度不同，o光和e光不再同步，出现位相差。

科技型中小企业技术创新基金

.

图1.两线偏振光透过液晶材料后产生光延迟的示意图

Fig.1.Lightretardationmapisproducedbytwopolarizedlightthroughtheliquidcrystalmaterial

入射光分解为：

根据光强公式：

（1）

A:

振幅，γ：

频率，v:

介质中光速，ϕ：

初相位；

可以得到：

（2）

（3）

因此，光通过厚度为d，折射率差为△n的液晶时产生位相差为

（4）

其中

δ是位相延迟，λ是波长，θ是预倾角，Δn是液晶的双折射率，no，ne分别是寻常光o光和非寻常e光的光折射率。

2.2基本理论

根据严格的琼斯矩阵理论，按照图3所示，光透过液晶盒后的光强为

（5）

γ，α分别是检偏器和起偏器相对于参考轴的偏转角度，M是扭曲型液晶的琼斯矩阵。

（6）

（7）

ϕ为液晶扭曲角度，R是液晶旋转矩阵，

（8）

这样方程（5）可以重新写成

（9）

如果按照图2所示放置两个偏振片，则光透过液晶盒和两个偏振片后，光强（透过率）可以表示如下：

（10）

其中：

（11）

这里

、

分别代表光波长、液晶盒的光延迟及液晶盒的扭曲角度。

由此可以得到光强取极大值和极小值所满足的条件：

Ⅰ.当透过率取极大值（峰值）,此时

（N=1,2,3,4,5取到5即可）（12）

于是由

（2）式有：

（N=1,2,3,4,5）（13）

对于补偿膜或无扭曲液晶盒：

（N=1,2,3,4,5）（14）

根据峰值处的波长得到5个（有可能少于5个）试探

值，记为“

”。

图2.测试过程中各个光学元件的位置及角度关系（测量液晶盒）

Fig.2.Therelationshipsbetweenpositionandangleintheprocessoftesting（testtheliquidcrystalbox）

Ⅱ.当透过率取极小值（谷值）时，此时分两种情况：

a.如果峰值处波长大于谷值处波长：

（N=1,2,3,4,5同理）（15）

b.如果峰值处波长小于谷值处波长：

（N=1,2,3,4,5同理）（16）

同1一样，根据峰值处的波长得到5个（有可能少于5个）试探

值。

又由于存在色散，可以根据柯西色散公式算得n（λ）再代入特征波长589.3nm即可得到液晶盒的光延迟值。

，（a,b,c是柯西色散系数）（17）

2.3实验装置

该实验装置如图所示，L-卤素灯，作为白光光源，P-起偏器，S-STN样品盒，A-检偏器，D-探测器,C-电脑。

C

图3.透射式液晶盒光延迟测试装置

Fig.3.ThemeasurementdeviceforlightretardationoftransmissiveLCD

打开实验仪器，关闭光源光阀测试背景光后，再打开光阀测光源光，然后在样品架上放上样品，开始测试。

光源发出的白光经过起偏器P变成线偏振光，入射至样品盒S后到达检偏器A，经过D将信号传给电脑C得出所测样品光延迟值。

3实验结果及应用

3.1实验结果及误差分析

在所提出理论的指导下，我们对STN液晶屏做了测试，（样品屏型号：

JP2080A3-AU21，前后两块玻璃摩擦方向互相平行，所以扭曲角ϕ=180°

。

LC材料：

RTP-A3718R057,采用逐点测试光谱法,设置α=γ=315°

测试时选取液晶盒四角及中间五个特殊点，得到结果如下：

4a

4b

图4.透射光谱图，α=45°

，γ=225°

，ϕ=180°

（这里只列出两个点的结果图）

Fig.4.Transmissivespectrum,αequals45°

，γequals225°

andϕ

equals180°

.（onlytworesultsarelistedhere）

表1.不同点测试结果

Table1.Thetestresultsofdifferentpoints

1

2

3

4

5

平均值

预设值

d△n（um）

0.9453

0.9431

0.9447

0.9461

0.9493

0.9457

0.9815

从测试结果可以看出，该方法重复性较好，测得的d△n值与样品设定值相比较还是有一定的误差，我们分析误差产生的原因可能有以下几种：

1）光源稳定性对测试精度有一定的影响；

2）实验中忽略了偏振器件对光吸收、反射的影响；

3）测试中根据盒上下玻璃片的摩擦方向代入扭曲角180°

，但该理论值和实际值之间还是有一定误差的；

4）虽然设定盒厚为6.5um，但是制盒过程中可能由于压力过大、温湿度等原因盒厚达不到该值。

3.2应用

精确测试液晶盒位相延迟值对生产指导有着极其重要的意义，尤其在车载电子液晶显示器ASTN的制造过程中，精确快速测试∆nd值对STN液晶盒与TEP膜更好地匹配有重要指导作用。

这是因为在实际生产中要经常抽样检查，不断调整和确定液晶盒与补偿膜的延迟值，两者不断互相配合，最终得到多组最佳匹配值，所以生产中就要求测试仪器操作简单，测试方法方便快速，以便提高工作效率，而我们的方法无论是原理上还是设备本身,都能达到这样的要求。

由于延迟膜TEP可以实现各种偏振态之间的转换,偏振面的旋转,以及各类偏振光的调制，所以在液晶显示的光学补偿发挥着越来越重要的作用。

在ASTN中，补偿膜既作为光旋转器又作为光延迟片，其配置如图5所示，a.扭曲角相同但扭曲方向相反，相邻处液晶分子排列方向垂直；

b.相同的∆nd值，实际液晶盒的∆nd略大。

图5.ASTN结构，1st为STN液晶盒，2nd是TEP膜

Fig.5.ASTNstructure,thefirstisSTNbox,thesecondisTEPfilm

由此可见，在生产中主要控制盒厚以控制∆nd值。

精确测试∆nd值不但是下步工艺的基础，也是实现光学补偿的关键。

相比于目前市场出上现的ISTN,ESTN,FSTN等模式的车载液晶显示器，ASTN中的TEP膜可以对液晶盒实现两大补偿:

其一为色散补偿：

在某一特定温度下，液晶的色散和TEP的色散一致时，可以得到理想的补偿，即LCD的底色为黑色，对比度会较高;

若它们的色散不一致，则低及高波长的光会有透过，LCD会有一定底色，对比度降低。

其二为温度补偿：

TEP膜与液晶盒中液晶不是完全一致，即使在某些温度下色散可近似一致，但在整个工作温度范围，即使仅考虑工作光波长，对应的∆nd值不能总是保持一定，特别在低温时，偏差很大，补偿效果变差。

液晶盒延迟值测试完成后，对其贴TEP膜，并做了视角测试，如图6，以对比度10:

1为基准，可以看出未补偿前，水平视角：

±

39°

，垂直视角+43°

，20°

，可以看出12点方向视角较大;

贴补偿膜后，明显看出视角范围大很多，水平垂直都大于50°

图6.视角测试光谱，左图未贴TEP，右图贴有TEP

Fig.6.Thetestspectrumofviewingangle,theleftisnoTEP,therightistheoppsite

我们试验中的ASTN样品瓶应用了宝莱的TEP片，能够根据每辆汽车的环境提供最适宜的对比度和背景颜色，具有很宽的工作温度范围主要就是高温时对比度较好。

图7是ASTN屏在12点方向观察的图像，其中有环境光及相机像素原因引起的干扰，当液晶盒与TEP膜的∆nd值越接近时对比度越高，视角越宽，所以基于以上各种原因，研究更为精确测试光延迟的方法对生产制造有着重要的意义。

7a

7b

图7.显示效果，（7a）宝莱TEP膜（7b）普通补偿膜

Fig.7.Displaypicture,（7a）theTEPfilmisstickedontheSTNbox,

（7b）theusualretardationfilmisstickedontheSTNbox

4结论

ASTN是一种新型车载显示技术，由于其重量轻，产品品质更容易控制，透过率更高，工作温度范围宽，尤其是具有高温补偿能力等优点而广受欢迎。

由于TEP膜与STN液晶盒的△nd尽量一致才能实现最优配置，实际生产中又要求检测快速，提高生产效率，所以需要精确快速地测试光延迟值。

本文提出了简单快速测量液晶盒光延迟的方法，该方法以琼斯矩阵为理论依据的，采用白光为光源，通过获得不同点的透射光谱获得液晶盒的光延迟值，并对实验结果产生误差的原因进行了分析。

本文最后展示了与TEP膜△nd值近似接近的液晶盒补偿后的显示效果图，可见屏的对比度较高。

该方法的实验装置操作简单方便，测试快速，误差小，可重复性高。

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043101.

ThemeasurementandapplicationforlightretardationoftheLiquidcrystaldispalay

Lihailing1Jinghahi1

（1.NorthLCEngineeringR&

DCenter,ChangchunInstituteofOptics,FineMechanicsandPhysics,ChineseAcademyofSciences,Changchun130031,China,Email:

ciomp_lihl@）

Abstract

ASTN（advancedsupertwistednematic）isthekeydisplaydeviceanditscoretechnology

usesopticalretardationfilmtocompensatetheSTN.ForgainingthesameopticalretardationoftheSTNandTEP,thispaperputsoutanewmethodtotestdeltandoftheliquidcrystaldisplay.Itcalculatestheopticalretardationoftheliquidcrystalboxthroughchangingtheangleofthepolarizerandanalyzertogainthetransmittedspectrumunderthewhitelightillumination.ThenwegainclearedisplayimageswhenweapplyTEPfilmtocompensatetheliquidcrystalboxafteracquiringtheresults.Becausetheexperimentuseswhitelighttoreplacelaserlightsourceandtheambientlightthatmayimpactthetestingresultistakenintoaccount.theadvantagesofourmethodisasfollow:

simpleoperationoftheexperimentdevice,fasttesting,accurate,Lowerrorandhighrepeatability,

Keywords：

Liquidcrystaldisplay（LCD）;

opticalretardation;

compensationfilm