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| 23I-T61 莎益博董冠佑_以 Lumerical 研究液晶面板的正视对比.pdf |
以Lumerical 研究液晶面板的正视对比 |
2023-12-28 14:53:05 2023-12-28 14:53:05 |
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以Lumerical 研究液晶面板的正视对比
2023.12.281. 前言
液晶面板已经是相当成熟的产品,也有相当多的延伸应用，比如做为投影机、抬头显示器等成像系统的光源。
液晶面板主要分为背光模组与液晶模组，然而细看其结构相当复杂，如图一所示。目前面板业者在液晶模组的研究会专注在有光轴的层别上，包含液晶层的材料与光轴控制，偏光片与补偿膜等，因为这些层别主要决定了此显示设备的对比度。然而搭配不同角度分布的背光又会稍微影响其正视对比，这是为什么呢?
本文主要探讨：背光模块的角度分布为何会影响面板的正视对比？相信这是液晶屏以及其相关应用者非常关心的问题之一。
图一右侧中列举了Ansys 光学软件可以做的设计或分析项目，会发现除了现有分析，还考虑了面板周期、制程不平整衍伸的散射等问题，其中画底线的项目是个人认为相对好分析，并且有机会从设计面做改进的项目。
2. 问题探讨
面板业者或以面板当光源的用户其实都发现：使用同一个液晶模块搭配半高宽越宽的背光，得到最后的正视对比会越差，并不是一个角度范围 (比如说10度以内，或是10~20度之间)的背光能量会影响正视对比。
从结果来说，可推测液晶模块内存在能让光偏转很多的结构，且此结构有能力让不同角度的光线都有部分能量转向正视角。以下先分析可能的结构与作用原理。
- 几何光学现象：从结构尺寸来观察，包含面的不平整、层的侧面等，通常1um以下，在没有特意作液晶透镜的情况下，可见光波段可排除几何光学的影响。
- 散射现象：液晶分子本身有些散射特性，此外电极结构、制程造成的不平整，液晶光轴排列混乱等，都可能引起散射。但此散射如能让光很扩散，比如入射光30度影响到正视角，偏振特性应明显被破坏，这跟液晶面板操作可行性相悖，因此在此推测有散射但不应是主因。
- 干涉或绕射现象：面板有非常多的周期特性，这些周期从数um到数百um，周期较大超过光源相干的部分，考虑其孔径如果在30um以下,也会有孔径绕射的效应。干涉或绕射与散射相比，对偏振的影响有理论可推导，与光源波长与周期尺寸或孔径尺寸相关。
考虑到可改进的可能性，本篇着重在周期性造成的影响。
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