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1、液晶显示器光延迟测试方法及其应用李海玲1*荆海1(1.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130033，Email：ciomp_lihl@163.com)摘要:ASTN（advancedsupertwistednematic）是应用到汽车电子的关键显示器件，其核心技术是采用TEP光延迟膜对STN盒进行补偿。为在ASTN制造过程中控制STN液晶盒与TEP膜的光延迟值(d△n)尽量一致，本文提出一种新的测试液晶显示器光延迟的方法，该方法采用白光作为光源，通过改变起偏器和检偏器的角度获得白光照射下的透射光光谱，利用琼斯矩阵理论
2、获得的分析方程对液晶盒的光延迟值进行分析计算，测出精确数值后用TEP膜对液晶盒进行光学补偿，获得了较清晰的显示图像。本文中的实验使用白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，实验装置操作简单，测试快速，准确，误差小，可重复性高。关键词：液晶显示器;光延迟;ASTN;补偿膜1引言21世纪，汽车已成为人们生活中不可或缺的代步工具，而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日益上升，ASTN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
3、是在STN（超扭曲液晶）液晶盒外贴一层液晶光学补偿膜TEP对其视角、对比度、温度等进行补偿。液晶盒和TEP的配置要求：扭曲角相同但扭曲方向相反且要有相同的∆nd值，扭曲角的误差对决定△nd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△nd测试方面的文献发表[1-8]，如位相补偿法[1]，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[2-3]，对于测量低盒厚较准确;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
4、，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.Lightretardationmapisproducedby
5、twopolarizedlightthroughtheliquidcrystalmaterial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
6、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
7、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
8、,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-
