液晶显示器光延迟测试方法及其应用

液晶显示器光延迟测试方法及其应用 液晶显示器光延迟测试方法及其应用 李海玲,，荆海,(,(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所北方液晶工程研究开发中心，吉林长春,,,,,,，,娅,,,: ;,,,,((,,,,,,,,,。;,,,) 摘要:,,?，,(,,,,,;,, ,,,盯,,,,,,,,,,,,;)是应用到汽车电子的关键显示器件，其核心技术是采用,,,光延迟膜对,,,盒进行补偿。为在,,,,制造过耪中控制,,,液晶盒与,,,膜的光删？，((,,,)尽量一致，本文提出一种新的测试液晶展示器光延迟的方法，该方法采用自光作为光源，通过改变起偏器和检馈器的角度获镱白光照射下的透射光光谱，剩用琼斯矩阵理论蔹撂的分析方程对渡晶盒的光延迟值进行分柝计算，测出精确数值后用,谤膜对液晶盒进行光学补偿，获得了较清晰的显示图像(本文中的实验使用自光光源代替激光光源经济实惠，该测试方法考虑了环境光及光源对测试结果的影响，实验装薰操作简单，测试快蘧，准确，误差小，霹重复性高。 关键词:液晶显示器;光延迟;,,,,;补偿膜, 引 言 ,,世纪，汽车已成为人们生活中不哥或缺的代步工具，雨电子车载显示技术的诞生更是给人们带来了更多的驾驶乐趣。随着人们对车载显示器各种性能的要求不断提高，显示器的信息密度及其复杂性也在臼益上升，,,,,就是为了满足这些需求而诞生的新型车载显示技术，其结构是在,,,(超扭曲液晶)液晶盒外贴一层液晶光学补偿膜,,,对其视危、对比度、温度等进行补偿。液晶盒和,,,的配置要求:扭曲角相同但扭曲方向相反且要有相同的,,,值，扭越角的误差对决定?,,值的影响较小，所以要精确严格地测试液晶盒的光延迟值，以便补偿膜对液晶盒进行更好的光学补偿。 过去有许多关于,,,测试方面的文献发表〔,,,】，如位相补偿法〔,〕，但该方法需要用不同波长重复测量操作，所以有点复杂耗时:又如波片或偏振片旋转法〔,—,〕，对于测量低盒厚较准确:光学外差法【,】，但是该方法铡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,,，,〕，柯西方程，斯托克斯参量法〔,，,〕等为理论基础。本文以琼斯矩阵为理论依据，采用光谱法对,,,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。,基本理论及光延迟测试系统,(,光延迟产生原因 如图,(入射光可分为。光和,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，,光和,光的传播速度不同，,光和,光不再同步，出现位相差。科技型中小企业技术铋新基金 ,,, 圈，两线偏振光透过液晶材料后产生光延迟的目;意罔 ,,, ， ,,曲, ,,,〕?,,,川, ,,, , , ,,,,,;,, ,, ,,, ,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,, ,,, ,,…,, 入射光分解为:,,,,,,。 根据光强公式; ,:,;,,〔,“,(,,兰)，? ,:振幅，,:频率(,介质中光速, ,:初相位 可以得到: ,,,,:;,,〔,“,(,一三)，纠 ,) , „,，;。,【,, ,(卜芋)，纠 五 因此，光通过厚度为,，折射率若为?,的液晶时产生位相差为 ,:挈抛。 五 其，血,,一心,面孑若惫万酽一, ,是位相延迟(，是波长，,是预倾角，,,,是液晶的坝折射率(,。(,。分月?是寻常光。光和 非寻常,光的光折射率。 ,(,基本理论 根据严格的琼斯矩阵理论，按照图,所示，光透过渡晶盒后的光强为 斗唧,，,〔矧, ;, ,，,分别是检偏器和起偏器相对于参考轴的偏转角度，,是扭曲型液晶的琼斯矩阵。嘭裟嚣孵然,,, 肌肌击、,埘 警?警 肌肝?,一??唧，:警 (,) ‖。,,。，矽„ (,)韶为液晶扭蓝角度，,是液晶旋转矩阵， 阶(,黝 (,) 卟溺罗删讲咖知飒?，,)〕, (,) ，等,,,,‖耐形一,埘 如果按照图,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: ，,,,,,(,矽) (,,) 其中: ,矽,这里旯、删、痧分别代表光波长、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: ，，当透过率取极大值(峰值)，此时 ,痧,,?,,”(?,,，,，,，,，,取到,邸可? (,,,,于是由(,)式有: (,,)对于孝,,偿膜或无搋曲液晶盒: ?一?,,,,鲫„?(,,,,，,，,，,，,) (,,)根据峰值处的波长得到,个(有可能少于,个)试振删值，记为“城,,一。 ,,, 摩擦方向 下 圈,。测试过程中各个光学元件的位置及角度关系(测量液晶盒) ,,, ,,,,, ,, ,,, ,,,;,,, ,, ,,,,,,,(,,,,,,,(,(,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,, ,,,,,,,, ,,, ,,？,,, ;,,,,,, ,,,) ,,(当透过率取极小值(谷值)时，此时分两种情况: ,(如果峰值处波长大于谷值处波长: 五， 咖(?，訇?万;心,,，,同理， ?积血,,? ,(如果峰值处波长小于谷值处波长: ,?,(?一匀?石;心忍,—,同理， 四， 山耐疵,,? 同,一样，根据峰值处的波长得到,个(有可能少于,个)试探?,叫,值。又由于存在色散，可以根据柯西色散公式算得,(,)再代入特征波长,,,(,,,即可得到液晶盒的光延迟僮。 (,,) ?以(五),口，?万,，万,，(,，,，;是柯西色散系数),(,实验装置 该实验装置如图所示，,(卤素灯，作为白光光源，,(起偏器，,,,,,样品盒，,,检偏器， ,,测器，;,电脑。 ,,, 船加 图,透射式液晶盘光延迟测试装置 ,,,(,(,,, ,,,,,,,,,,,, ,,,,;, ,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,, 打开实验仪器，关;,,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，开始钡,试。光源发出的白光经过起偏器,变成线偏振光，入射至样品盒,后到达检偏器,，经过,将信号传给电脑,得出所测样品光延迟值。,实验结果及应用,(,实验结果及误差分析 在所提出理论的指导下(我们对,,,液晶屏做了删猿，(样品屏型号:,,,,,,,,(,,,,，前后两块玻璃摩擦方向互相平行，所以扭曲角二,,,,,。。,,材料:,,,,,,,,,,,,,采用逐点测试光谱法(设置,”,,,,。。攫,试时选取液晶盒四角及中间五个特殊点，得到结果如下: ，八 ,, , , , , , , , , , , , , , ,, , 一, , 棚 ,?, ,?,?? ,”,?, ?, ,,, ,, , , , , , , , , ， 、 , 、 , , …(, , , 、，, ,, (, , , ? , , , , , , ,, 图,透射光谱圈，口,,。，,,,,,。，〔,, ,,。(,,里只列出两个点的结,图 ,,, ,,?四,,, ; ,,目”,,( , ,？,,,, ,, , ,？,,,, ,,,。,,, , ,？,,, ,,,?(,,,,?,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,、 轰,不同点测,瞄果 ,,,,,， ,,,,,,,,,,,, ,,,,‰,,,,,,, 从测试结果可以看出，该方法重复性较好，测得的,,,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咀,),种:,)光源稳定性对测试精度有一定的影响:,〕实验中忽略了偏振器件对光吸收、 反射的影响:,)测试中根据盒上下玻璃片的摩擦方向代入扭曲角,,, ,(但该理论值和实际值之间还是有一定误差的:,)虽然设定盒厚为, ,,,,，但是制盒过程一工,可能由于压力过犬、媪湿度等原因盒厚选不到该值。, ,应用 精确目,试液晶盒位相延迟值对生产指导有着极其蕈舞的意义，尤就在车载电子液晶显示器,,,,的制造过程中，精确快速删,盘,,,值对,,,液晶盒与,,,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椅查(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，最终得到多组最佳肛配值，所以生产中就要求测试仪器操作简单，测试方法方便快速，以便提高上作效率,而我们的方法无论是躁理上还是设备车身部能达到选样的要求。 由于延迟膜,,,可，三,实现各种偏振志之间的转换，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,,,,中(补偿膜既作为此旋转器又作为光延迟片,其配置如图,所示一扭曲角相同但扭曲方向相反(相邻处液晶钎子排列方向垂直:,相同的?,,值，实际液晶盒的,,,略大。 ,,, ,“, ?,, 』 恻, ,,,,结构(,”为,,,液晶盘，,“是,,,腱 ,,, ?,,, ,, , ,,,, ,,,,;,,,, ,,, ,, ,,, ，, ,,, ,,, ,,, ,…, ,, ,口,,,, 山此可见，在生产中主要控制盒厚以控制,,,值。精确测试们,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，,,,(,,,,，,,,,等模式的车载液晶显示器，,,,,中的,,,膜可以对液晶盒实现两人补偿 其一为色散补偿:在某一特定温度下(液晶的色敲和,盱的色敬一致时(,,以得到理想的补偿，即，,,的底色为黑色(对比度会较高;若它们的色敞不一致(则低及高波长的光会有透过，,,,会有一定底色，对比度降低。 其二为温度朴偿:,,,膜与液晶盒中液晶不是完全一致(即使在某些温度下色敞可近似一致，但在整个工作温度范围，即使仅考虑工作此波,(对应的,,,值不能总是保持一定，特别存低温时，偏差很大，补偿效果变差。 液晶盘延迟值测试完成后，对其贴,,,膜，并徽丁视角测试(如图,，以对比度,, ,为基准，可以看出未补偿前，水平视角:?,,。(垂直视角,,,。(,,。(可以看出,,点方向桃角较大:贴补偿膜后，明显看出视角范围大很多，水平垂直都大于,,。。 娟 ? ? ? ? ??( 图,溉币测试光谱，左图束贴,盱，右图贴肯,,, ,,,(, ,,,, ,,,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,肌,,,，,,, ,,,, ,,肿,,,(,,, , ,,,, ,, ,,, ,,,,〔,, 我们试验?,的,,,,样品,，,,应川,，,策册,,, ,』(能够报蟾铘辆汽,:的环境姑供最适血的对比度羽,背景颤色( 儿?报窀的,作黼度范，,。,婴就足,断掘时对比度,童?，嘲,魁,,,, ,硭订:,,点方向艇察的陶像(其巾有蚪境光技,,机惮录帐因引起的,扰(当滩品盘与,盱膜的,,,值越接近肘对比度趟咖(说珀越宦，所以蜷,。以,各种咏网，研究更为精确测试光延迟的疗法对乍产制造竹符氍要的意义。 嘲,娃毋渣翟((,,)电嫠,十帷; ,,，恃通朴偿睡 , ,,”,叶州,„…,(,一，)，,, ,,,?,,，…, ,, ,州?, (,,)四,,? ,,, ，，,,,, ,,, ， 嘶， ,,,,?日,,,, ,,，, , ,，,;,,, ,, ,,,刚,,, ,结论 ,,，，,是种新掣乍城轻乐技术(…,„掉莺醚轻(，“舳乩质更容特控制(透过牢型高(上作潞虚范【目宽(尤其足具有黼温补接能力等优点, ,,受收 娅(由丁,,,膜与,,,液晶盘的，?，堪破豉才能实观地优配咒(实际生产中叉要求快速，提胁，,:产效牢(所以需要精确,,,速地测试光延迟值(奉文提出丁简单快速测啵液晶盎光延迟的方法，该方法以琼斯舭眸为理论依据的(采,】白兜为光源(通过扶得币嗣点的透射光,:睾获衙液品盒的光延迟值(并对实验结果产生误篮的娘,,进彳,:丁分析。奉史蜮后腱示,与,,,膜,,,值近似接近的液品盒扑偿儡的显示效果阁(叮见』,,的对比度较高。该方沾的蜜骑装计撵作简啦方便(测试快速(误差小(町秉塑性岛。参考文献， ， ,,,,;, , ，(,,“, ,,, , ,,,,,, ,,,,, ,,;山,, ,, ,;,,,,,, ,,,?,;; ,,,,,,,,, ,,;,,,,,,,,;,,,, ,,,;,,,,; ,,？,,, ;, ,,,,〔,, ,,, ,,,, ,,?, ,,,,,、,， ,,:,,,,,,,,,【, ， , , ,;; ,, ,,,, ,,, ,, ,?,,、、;;,, ,,, ,,,,,,,?,,,,,,,,, , ,,,,,,,, ,,八,,;,,,,;,,〕,,, ,,,, ,,～, ,,),,、,, ,,:,,,,,,, ,,,【,】,(,，,,,,,，,,。,,,,，,, ,,(,,,(,,,,,, ;,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,; ,,？,,,;,,,,, ;,,,,【刀(,,,。,,,,(,,,,，,,,,，,,,(,,:,,,,,(【,】,,,, ,,,, ,,,,,(,,,;,,, ,,如 ,,,,,,,,;, ,, ,,,,,,; ,,, ,,,,,?,,,,,, ,？,,, ,,,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,;,,,？,,〔,〕。,,,,;,, ,,;,,,, ,, ,,,,,;,，,,,,,,,。,，:,,,,,(【,〕,,,,;,, ,,,,，,,,,?,,,, ,,,,，,,,,,,,,, ,,,,，,,,,, ,,,,,，,,, ,,,,,,, ,,,,憾(,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,; ,,？,,,,;,,,,,, ,,,,,,,〔,〕(,,,,;,, ,,;,,,, ,,,,,,,;啦,,,，,,〕(,,:,,,,,,,,,(【,〕,,,, ,;,, ,,,, ,,, ,,, ,, ,,,,(,,,, ,,,,,,,,, ,,勰,,,,,,, ,, , ,,,,,,,,,,,撕, ,,？,,,;,,,,,, ;,,, ,, ,,, ,,,;,,,,;,,,; ,,,,,,，〔,〕。,,,,,;,, ，,,,,,,,, ,, ,,,,,;,，,,,,，,,,,,,,，:,,,,,,,,(阴,,,,,,,, ,,,，,,,,,—,盐?,,,,,,, ,,，,,, ,,,,,,,,, ,,,(, ,,,,,, ,,,,?, ,,,,,弱,,,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,?,,,,,,; ,,？,,, ,,,,,,, ,,,,, ,曲,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,, , ,把,,,,; ,,,,,,,,,〔,〕(,,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,;,,,,,,,，,,,,，,,,(,,:,,,,,,,,,(【,】, ,,,,,，,(,,,;,,，,(,,,,,,,,,;,，,,, ,(,,,,,,,,,;,(,,,, ,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,诅,,,,,,,; , ,？,,, ;,,,,,, ,,,,,,, ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,四。,,,(,,,(,,,,，,,,,，,,,。,,:,,, ,,,( ,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,;,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,？,,, ;,,,,,, ,,,,,,,, , “,,,,,,,, ,,,, ,,,, (,。,,,,, ,,啦,,，，咖,,, ,,,,,,，,,,,,;,,, ，,,,,,,,, ,,,,,,;,，,,,, ,,;,,,,;, ,,, ,,,,,;,，,,,,,,, ,;,,,,, ,,,;,,,;,,，,,,,,;,,, ,,,,,,，,,,,,，,,,,,:;,,,, ,,,,,,,,(;,,, ,,,,,,;, ,,,,(,,,,,;,, ,,,,, ,,,,,,, ,,,蚯;),, ,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,;, ,,, ,,, ,,,,,,;,,,,,,,,,,, ,,,,;,, ,,,,,,,,,,, ,,,, ,, ;,,,,,,,,, ,,, ,, ,,,,;,, ,,,,,,,(,,, ,日,,，，,,, ,,, ,,,, ,,,,, ,,,,,洲,,, ,,,，,,,, ,,,,, ,,,, ,,, , ,洲,,,,,, .