液晶显示器视角特性的研究与改进

论文摘要

液晶显示作为目前最为主流的平板显示技术,其应用领域越来越广泛。自从第一个液晶显示器件诞生以来,人们一直致力于改善液晶器件显示性能的研究。虽然目前液晶显示性能已经基本满足人们的使用要求,但是“液晶的视角问题”一直没有得到较为完善的解决。本文开展的主要工作是用1/4波片代替补偿膜改善液晶视角,对TN-LCD（Twisted Nematic Liquid Crystal Display）液晶显示模式的电光特性和视角特性进行了研究。首先在弹性体理论的基础上建立了液晶系统在外场作用下的平衡自由能密度偏微分方程,然后利用快速有效差分迭代法求解偏微分方程,得到液晶系统分子指向矢外场作用下的分布场,文中给出了详细的差分公式的建立和推导过程。得到液晶分子随外场指向矢分布之后,利用Berreman’s4×4矩阵法,将包括偏振片和玻璃层的液晶盒系统分为N+4层,其中偏振片用琼斯矩阵表示,其他每一层用Berreman’s4×4矩阵来描述。N+4个矩阵对入射光层层作用得到出射光的强度,可得到在不同入射方向,即不同视角范围内,入射光透过液晶盒后的强度,从而得出液晶显示屏的视角特性。为了保证该方法及程序的正确性,文中以TN-LCD为例子计算其指向矢分布曲线和透射率视角特性曲线。以往液晶显示参数的测量中一般都是分开测量液晶盒的厚度和扭曲角,本文运用光学的的方式同时测量扭曲向列相液晶的扭曲角和液晶盒的厚度首次被提出,在扭曲角0～360未知的情况下,同样可以确定液晶的手性方向和指向矢的方向,实验以TN-LCD盒为例,测得其盒厚d = 6.1um和扭曲角φ0 = 91.5。用这种测量的液晶盒厚度误差在1%内,测量扭曲角和指向矢方向角度误差在1范围内。论文分析了液晶视角问题的产生原理,总结了目前改善视角问题的各种技术,分析了1/4波片改善液晶视角的工作原理,在己建立的液晶电光特性模拟软件的基础上,建立了液晶宽视角膜自动设计和优化程序。最后,用1/4波片对TN型液晶盒补偿前后的透过率进行比较,实验表明,1/4波片可以极大的增大液晶显示器件的视角特性,改变液晶显示视角的不对称性。最后对本文作了全面的总结,并对今后的工作提出了建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 液晶及液晶显示器简介
• 1.2 液晶显示器件宽视角技术发展概述
• 1.3 液晶盒指向矢、透射率计算方法概述
• 1.4 本论文目的及主要工作
• 第二章 基于弹性体理论TN型液晶指向矢分布计算
• 2.1 液晶静态连续弹性体理论
• 2.1.1 液晶的弹性性质
• 2.1.2 TN 型液晶系统
• 2.2 液晶指向矢求解原理与方法
• 2.2.1 液晶指向矢数学模型
• 2.2.2 液晶指向矢的模拟计算过程
• 2.2.3 数值计算结果与分析
• 2.3 液晶的光学双折射性质
• 第三章 TN 型液晶盒电光特性计算
• 3.1 偏振光的矩阵表示
• 3.2 1/4 波片
• 3.3 斜入射下液晶盒的4×4 矩阵表达光学透过率计算公式推导
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 Berreman'4×4 矩阵推导
• 3.3.3 液晶系统的传输矩阵
• 3.3.4 液晶盒系统光学透过率计算
• 3.4 数值计算结果与分析
• 3.4.1 液晶盒水平视角和垂直视角的定义
• 3.4.2 1/4 波片的Berreman'54×4 矩阵以及仿真结果
• 3.4.2.1 入射面加1/4 波片的情况
• 3.4.2.2 出射面上加1/4 波片
• 3.4.2.3 入射面和出射面都加1/4 波片的仿真图
• 3.4.2.4 透过率计算结果
• 3.4.3 结论
• 第四章 向列相液晶盒厚度和扭曲角的同时测量
• 4.1 用光学方法测量向列相液晶盒厚度和扭曲角的意义
• 4.2 液晶盒厚度和扭曲角测试
• 4.3 结论
• 第五章 TN 型液晶显示宽视角实验与分析
• 5.1 1/4 波片相位补偿的工作原理分析
• 5.2 宽视角补偿的理论设计
• 5.3 TN 型液晶显示实验与分析
• 5.3.1 实验平台
• 5.3.2 偏振片和1/4 波片透光轴测试实验
• 5.3.3 液晶显示视角特性测量
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文所做的工作
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果
• 附录