lcd电极显露的显化分析

图 3 入射光模型
Fig13 Schematic representation of the incident light
根据入射光的偏振方向与入射面的关系 ,入射
光分平行光和垂直光两种 。当光从介质 1 入射到介
质 2 时有[3 ] :
反射 :
ρ ⊥
=
[
(
n1cosθ1
-
n2cosθ2) / ( n1cosθ1 + n2cosθ2) ]2
第 20 卷 第 5 期 2000 年 9 月
真 空 科 学 与 技 术
VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY(CHINA)
377
工业应用
LCD 电极显露的量化 、分析与克服
杨健君 成建波 杨开愚 张小俊
(电子科技大学光电子技术系 成都 610054)
(3) SiO2 层 : 当薄膜的折射率 ( nSiO2) 较大时 ,可 增加厚度 ( dSiO2) 来减少电极显露 ,如图 8 所示 。其 中 nSiO2 = 1151 , dPI = 45 nm ,其余参数同图 4 。
图 6 dITO对电极显露的影响 Fig16 Influence of dITO on the pattern shown
何吸收 (因各薄膜较薄 ,故可忽略) ; ②偏光片可简化 为两部分 :一是没有物理厚度的起偏层 (或检偏层) ; 二是各向同性 、厚度均一的介质层 ,介质层的吸收曲 线如图 2 所示 ; ③液晶层简化为 90°旋光器 (因为一 般反射亮底 TN 的扭曲角均为 90°) ,对可见光没有 任何吸收 ; ④不失一般性 ,设入射平面垂直于液晶屏 平面 ,并且平行于其中的一条边 ,如图 3 所示 。
图 8 dSiO2对电极显露的影响 Fig18 Influence of dSiO2 on the pattern shown
(4) 偏光片和玻璃基板对电极显露的影响不大 。 作者在与图 4 相近的条件下 , 测得当 dPI = 50 nm 左右时 ,便可获得理想的效果 ,与模型的计算结 果吻合得较好 。日本的松本正一先生[7] 认为 PI 层 厚度在 50～80 nm 之间为宜 ,但随 dPI的增大 , PI 层 的不均匀性也增大 ;同时使工作电压偏高 。另外 ,实 验证明 dSiO2 = 80～100 nm 时可减少电极显露 。除 通过调节器件物理参量来克服电极显露外 ,当 ITO
1150 , nglass = 1152 , nSiO2 = 1150 , n ITO = 1190 , nPI = 1170 , nLC = 1150 , dSiO2 = 30 nm , dITO = 30 nm ,入射角 20°,θ= 45°,本文选择 460 ,550 ,680 nm 三种波长的 入射光的情况作参考 。由图可见 ,当 PI 层厚度 dPI 大于 46 nm 时 , K 值小于阈值 Kt (2 %) 。图 5 中 , dPI 取 50 nm ,其余参数同图 4 。
(3)
ρ ∥
=
[
(
n1cosθ2
-
n2cosθ1) / ( n1cosθ2 + n2cosθ1) ]2
(4)
折射 :
τ ⊥
=
4
n1
n2cosθ1co
sθ2/
(n1cΒιβλιοθήκη sθ1+n2cosθ2) 2
(5)
τ ∥
=
4
n1
n2cosθ1co
sθ2/
(
n1cosθ2
+
n2cosθ1) 2
(6)
式中 n 和θ分别为折射率和折射角 。
式中 y0 为入射介质的导纳 。式 (3) ～ (11) 构成大部 分计算的基础 。
2 结果与讨论
通过计算机模拟得出以下结果 : (1) PI 层 :只要 PI 层达到一定的厚度 ,就可以完 全克服电极显露 ;也可通过调节折射率 ( nPI) 来改善 电极显露的情况 ,如图 4 ,5 所示 。图 4 中 : n偏光片 =
薄膜光学主要应用了波的干涉 。首先引入特征
导纳 Y , Y 为磁场与电场强度的切向分量之比[4] :
Y = Hr/ Er ;故有 :
y ⊥ = ncosθ
(7)
y ∥ = n/ cosθ
(8)
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
Studies of Pattern Shown of Liquid Crystal Display Devices
Yang Jianjun ,Cheng Jianbo , Yang Kaiyu ,Zhang Xiaojun
( Department of Optoelectronic Technology , University of Electronic Science and Technology of China , Chengdu ,610054)
近年来 ,我国大陆地区液晶显示 (LCD) 产业有 了长足发展 ,TN 产量占世界的三分之二强 ;但产值 仅三亿美元 ,只占世界低档 LCD 市场的 25 %。外观 质量不够好是我国 LCD 产品与国际先进水平主要 差距之一 ,这使我国 LCD 企业未能占据更大的市场 份额[1] 。而“电极显露”为 LCD 的一种外观性能指 标 ,是指液晶显示器在非显示状态下 ,电极图形的可 见性 。有电极显露的 LCD 屏 ,视觉上给人一种背景 不干净感 ,严重影响产品外观质量 ,削弱其竞争力 , 降低企业的利润 。关于电极显露鲜有报道 ,本文通 过提出电极显露参量 K 来量化分析有关问题 ,使用 计算机模拟 ,成功地解释了电极显露的有关现象 ,提 出了相应的解决方法 ,并获得验证 。
电极显露参量 K :
K = | I1 - I2| / I2 (如果 I2 ≥I1)
(1)
或
K = | I1 - I2| / I1 (如果 I1 > I2)
(2)
参量 K 有对比度的物理意义 。用它作为电极
显露 的 量 化 指 标 。参 量 K 也 可 用 于 其 他 模 式 的
收稿日期 :1999212227
第5期
杨健君等 :LCD 电极显露的量化 、分析与克服
379
采用 特 征 矩 阵 B 来 描 述 基 片 和 膜 系 的 光 学 特
C
性[3 ] ,其中膜层的位相厚度为 :δj = (2π/λ) njdjcosθj ;
dj 为膜层厚度 ;θj 由折射定律确定 ; 光学导纳 yj 由
式 (7) 、(8) 确定 。
Keywords Pattern shown ,LCD ,Film
摘要 通过提出参量 K 和重建 LCD 光路模型来量化和分析液晶显示屏的电极显露 ,成功地解释了有关现象 ,提出相应
的解决方法 ,并已获得验证 。
关键词 电极显露 液晶显示 薄膜
中图分类号 :TN 14119 文献标识码 :A 文章编号 :025329748 (2000) 0520377204
图 7 nITO对电极显露的影响 Fig17 Influence of nITO on the pattern shown
图 4 dPI对电极显露的影响 Fig14 Influence of dPI on the pattern shown
图 5 nPI对电极显露的影响 Fig15 Influence of nPI on the pattern shown
图 2 偏光片的吸收曲线 Fig12 Polarizing disc absorption
图 1 LCD 光路模型 Fig11 Schematic diagram showing the optical
paths of LCD devices
电极显露的产生和影响与液晶器件 、使用者和 环境因素等有关 。液晶器件方面的因素包括 :器件 物理参量 、图形和工作模式三方面 ;使用者方面是指 其视力 、使用习惯 ;环境因素主要指背景光强 。对生 产企业而言 ,能控制的主要是器件物理参量 ;图形方 面可利用人眼的极限分辨角做点工作 ,后有附述 ;其 他方面只能取一般的典型值来考虑 。由图 1 可知 , 电极显露存在的根本原因是 :液晶屏有且只有部分 地方有 ITO 图形层 。而 ITO 图形层的主要贡献是 : SiO2 ,ITO ,PI 三薄膜层的折射率不匹配 ,引起入射光 在 SiO22ITO , ITO2PI ,SiO22PI 三种交界面上存在明显 而有区别的反射 、折射 、干涉等行为 ,从而导致电极 显露 。
© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
378
真 空 科 学 与 技 术
第 20 卷
LCD 器件上 ,只需令 I1 , I2 分别代表与 ITO 图形最 相关的和最不相关的两种出射光光强即可 。当 K 值增大时 ,电极图形就更容易被看见 ,即电极显露变 得严重 。由于人眼存在阈值对比度 ( Ct) ,所以也存 在一个电极显露阈值 Kt ,当 K < Kt 时 ,没有电极显 露 ;当 K > Kt 时则有电极显露 。LCD 通常的使用环 境属日间视觉和中介视觉范围 ,此时 Kt = Ct = 2 %。 当然 Kt 受环境照度 、极限分辨角等因素的影响 ,会 有波动[2 ] 。
∏ B
k cosδj (1/ yj) sinδj
C = j =1 i yjsinδj
cosδj
1 yk + 1
(9)
此时能量反射比为 :
ρ= [ ( y0 B - C) / ( y0 B + C) ]·
[ ( y0 B - C) / ( y0 B + C) ] 3