第五章 實驗量測
5.5 系統效能評估
總合上述所有實驗結果,可以得到以下四點:
1. 因為液晶分子的厚度扮演一個重要的角色在決定液晶顯示特性(例如:
反應時間),而且為了顯示出我們所發展量測系統的效能,所以必須要 針對液晶單元參數做定量的評估,而其定量後的結果如表7 所示。
2. 預傾角的功能主要在避免液晶分子發生向錯現象,而根據這項參數的定 性評估,此系統所量測得到的結果(0.6°)即使是有稍微的誤差也將不會 影響造成向錯現象的發生。
3. 液晶分子的扭動角會影響對比度是大家廣泛皆知的。因此,量測的效能 可以藉由 PSA 的架構來驗證或是利用已知的 V-T 曲線當作樣板與量測 到的數據做定性的評估分析,由圖5-6 可以看到模擬與實際量測得到的
影響曲線的參數在於液晶單元的厚度,因此量測到的 V-T 曲線也可以 拿來跟我們之前利用極化量測法所量測得到的液晶厚度做相互驗證。
4. 在價格的考量上,德國美最時所販售的儀器約 4-5 百萬,而我們所發展 的量測系統大約2-30 萬之間,因此,本系統有達到具成本效應的需求。
第六章 討論與未來工作
本論文雖然已經達成多功能且具成本效益的量測系統,但是從實驗過 程中得到以下問題與結論:
1.由廠家型錄中,發現其產品本身的製造誤差為±0.2µm,引此造成實驗 的誤差,然而實驗結果有些是落在誤差範圍之外,所以未來將加強誤 差來源的分析。(詳見附錄五)
2.實驗結果的誤差有可能來自於(1)在架設液晶單元時人為手動上的誤差 (2)機構的穩定度。
3. 關於扭轉角量測部份,由於液晶單元的扭轉角尚未經由精密儀器量測 所以在驗證扭轉角部分將在未來工作中繼續持續下去。
由相關過去做法[28-31]及上述的實驗結論中可以得知。未來工作的重 點項目如下:
延伸 Jones 向量與 Jones 矩陣到 Stokes 向量(SV),其中 SV 又稱為 Stokes 參數(SP)。並且用來檢驗不同系統架構(例如:PSCA、PCSA 與 PCSCA) 的量測效能。工作項目可以分成兩部分:
A 部分:
(1) 以 SP 為基礎來改變θ 在補償器的快軸與極化器穿透軸之間參數的角C
度,並且詮釋變動參數架構的理論。可以參考Zhou 的作法[21],在θ =0C 的PSCA 系統架構。
(2) 考慮變動各元件轉動的參數的條件之下,設計實驗並且檢測在這些架構 的量測效能與變動參數之間的影響。
B 部分:
(1) 以 SP 為基礎發展光譜極化量測術來檢驗量測系統的準確性。
發展MMs 的方法並建立準確地極化模型。
(3) 檢驗上述兩項量測技術結合之後,其量測效能是否比過去做法更佳。
(4)建立以數位訊號處理器為基礎之多功能且具成本效益之液晶顯示單元 光學參數量測系統。
參考文獻
[1] 2006 PIDA 成 果 發 表 暨 記 者 聯 誼 會 新 聞 稿 , PIDA 。 (http://www.pida.org.tw/pida/060118.newsrelease.doc)
[2]Melchers網站。
(http://www.autronic.melchers.com/Cell_and_Material_ch.21.0.html) [3] Shintech型錄。(http://www.photal.co.jp/english/product/lcd.html) [4] 大塚電子型錄。(http://www.shintech.jp/eng/index_e.html)
[5] K.-Y. Han, T. Miyashita and T. Uchida, “Accurate determination and measurement error of pretilt angle in liquid crystal cell,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 32, pp. L277.L279, Part 2, no. 2B, Feb. 1993.
[6] T. Nishioka and T. Kurata, “Novel pretilt angle measurement method for twisted-nematic liquid-crystal cells by apparent retardation measurement,”
Jpn. J. Appl. Phys., vol. 40, pp. 6017-6023, Part 1, no. 10, Oct. 2001.
[7] J. S. Gwag, et al., “Simple method for measuring the high pretilt angle of nematic liquid crystals,” J. Appl. Phys., vol. 93, no. 8, Apr. 2003.
[8] A. Lien and H. Takano, ” Cell gap measurement of filled twisted nematic liquid crystal displays by a phase compensation method,” J. Appl. Phys., 69 (3), Feb. 1991.
[9] S. H. Lee, et al., “Low-cell.gap measurement by rotation of a wave retarder,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 41, pp. 379.383, Part 1, no. 1, Jan.
2002.
[10] J. S. Gwag, et al., ”Simple cell gap measurement method for twisted-nematic liquid crystal cells,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 43, no.
1A/B, pp. L30.L32, 2004.
[11] J. S. Chae and S. G.. Moon, “Cell parameter measurement of a
twisted.nematic liquid crystal cell by the spectroscopic method,” J. Appl.
Phys., vol. 95, no. 7, Apr. 2004.
[12] S. J. Hwang, “Precise optical retardation measurement of nematic liquid crystal display using the phase-sensitive technique,” IEEE. J. Display Tech., vol. 1, no. 1, Sep. 2005.
[13] Y..P. Lan, et al., “Intracavity measurement of liquid crystal layer thickness by wavelength tuning of an external cavity laser diode,” Opt. Exp., vol.
13, no. 20, Oct. 2005.
[14] T. Akahane, H. Kaneko and M. Kimura, “Novel method of measuring surface torsional anchoring strength of nematic liquid crystals,” Jpn. J.
Appl. Phys., vol. 35, pp. 4434. 4437, Part 1, no. 8, Aug. 1996.
[15] Y. Zhou, Z. He and S. Sato, “A novel method for determining the cell thickness and twist angle of a twisted nematic cell by stokes parameter measurement,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 36, pp. 2760-2764, Part 1, no. 5A, May 1997.
[16] C..C. Tsai, et al., “Determination of optical of parameters of a twisted.nematic liquid crystal by phase.sensitive optical heterodyne interferometric ellipsometry,” Appl. Opt., vol. 44, no. 35, Dec. 2005.
[17] Lueder, Liquid crystal displays: addressing schemes & electro.optical effects 2001, 2001.
[18] 液晶顯示器工業中液晶分子取向排列控制技術的研究進展,中華液晶 資訊網論壇。(http://172.16.18.35:7751/cn.china.tft.com/forum)
[19] 台灣大學物理系教授趙治宇老師,液晶顯示器上課講義,2005.
[20] Edward Collett, Polarized Light in Fiber Optics, the polawave group, Lincroft, New Jersey, USA, 2003
[21] P. Yeh and C. GU, Optics of Liquid Crystal Displays, wiley, pp. 200, 1999.
[22] Max Born and Emil Wolf, Princiiples of Optics, 7th ed, cambridge university press, pp.823.828, 2002.
[23] Eugene Hecht, Optics, 4th ed., international edition, pp. 328, 2002.
[24] F. L. Pedrotti, Introduction to Optics, 2nd ed, prentice hall, pp. 280.301, 1993.
[25] S. T. Tang and Hoi-Sing Kwok, “Characteristic parameters of liquid crystal cells and their measurements,” IEEE. J. Display Tech., vol. 2, no. 1, 2006.
[26] T. Akahane, “The influence of multiple-beam interference in a liquid crystal cell on the determination of the optical retardation and the twist angle,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 37, Part I, no. 6A, pp. 3428-3435, June 1998.
[27] E. Garcia-Caurel, A. D. Martino, B. Drevillon, “Spectroscopic Mueller polarimeter based on liquid crystal devices,” Thin Solid Films, pp.
120-123, 2004.
[28] A. D. Martino, et al., “Optimized Mueller polarimeter with liquid crystals,” Opt. Let., vol. 28, no. 8, Apr. 2003.
[29] I. Dahl, “How to measure the Mueller matrix of liquid-crystal cells,”
Institute of Phys. Publishing, pp. 1938-1948, Oct. 2001.
[30] S. T. Tang, H. S. Kwok, “3X3 matrix for unitary optical systems,” J. Opt.
Soc. Am., vol. 18, no. 9, Sep. 2001.
[31] S. T. Tang, H. S. Kwok, “Characteristic parameters of liquid crystal cells and their measurements,” IEEE. J. of Display Tech., vol. 2, no. 1, Mar.
2006.
[32] M. Kawamura, et al., “A two-dimensional pretilt angle distribution
plural wavelengths,” Jap. J. of App. Phys., vol. 43, no. 2, pp. 709-714, 2004.
[33] P. Yeh and C. Gu, “Optics of liquid crystal display,” p.120-122, John Wiley & Sons, 1999.
附錄一:E7 液晶特性
Melting Point 10 oC
SÆN < -20 oC
Clearing Point 61 oC Viscosity (20oC) η 39 mm /2 s Dielectric anisotropy
1kHz, 20oC
Optical anisotropy
(20oC, 589nm) o Multiplex properties
measured at 90otwist
附錄二:液晶空盒的規格
資料來源:Instec型錄, pp. 68, 2006.