臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出一利用分割電極設計之雙畫面顯示器結構。藉由電極間距、電極寬度、預傾角等結構及光學元件的組合探討其穿透率及視角分布，並設計出可單、雙畫面切換的顯示元件。研究結果發現，利用分割電極設計之雙畫面顯示器之最佳設計參數為電極寬度4μm、電極間距30μm，預傾角為0°，液晶盒厚度為 6μm。在雙畫面操作下，此顯示器在左右30°觀察角度下之對比可達65 : 1，操作電壓約為 6.6 V。在單畫面操作下，對比為10:1以上的視角約有40°，操作電壓約為12 V。

Abstract
We design a dual view liquid crystal display (DVLCD) by patterning the electrodes of the substrates. The electrooptical properties of the DVLCD with different design parameters are investigated, revealing that the optimized DVLCD has the design parameters of the electrode width 4μm, electrode gap 30μm, pretilt angle 0 degree and cell gap 6μm. Under the dual-view display mode, the contrast ratio of the display at 30 degree view direction is ~ 65:1, the operation voltage is ~ 6.6 V. under the mono-view display mode, the viewing angle of the display is ~ 40 degrees and the operation voltage is ~ 12 V.

目錄
目次 頁次
摘要 I
致謝 II
目錄 III
圖目錄 V
表目錄 XI
第一章 緒論 1
第二章 液晶簡介與文獻回顧 2
2.1 液晶簡介 2
2.2 液晶分類 3
2.2.1 長條狀液晶的組成構造 5
2.2.2 長條狀液晶的排列方式 7
2.2.2.1 向列型液晶 7
2.2.2.2 膽固醇液晶 8
2.2.2.3 層列型液晶 10
2.3 物理特性 13
2.3.1 折射率異方性 14
2.3.2 介電係數異方性 17
2.3.3 秩序參數 19
2.3.4 黏滯係數 20
2.4 文獻回顧 21
2.4.1 雙畫面顯示元件 21
2.4.2 雙畫面液晶顯示元件 23
第三章 基礎理論 28
3.1 液晶之能量密度 28
3.1.1 彈性連續體理論與 28
3.1.2 能量密度 29
3.1.3 彈性自由能密度 30
3.1.4 Freedericksz Transition 31
3.2 配向理論 31
3.2.1 基本功能 31
3.2.2 溝槽理論(Groove Theory) 33
3.2.3 液晶分子排列方式 33
3.3 瓊斯運算(Jones calculus) 36
第四章 模擬參數設定及架構 41
4.1 材料參數介紹 41
4.2 模擬參數設定流程與步驟 42
4.2.1 模擬參數設定流程 42
4.2.2 模擬參數設定步驟 43
4.3 模擬結構介紹 61
4.3.1 第一部份實驗流程-電性及元件架構分析 62
4.3.2 第二部份實驗流程-各參數分析 64
第五章 模擬結果與討論 65
5.1 電性及元件架構分析 65
5.1.1 選擇正負型液晶 65
5.1.2 電極間距、電極寬度分析 66
5.1.3 入射光偏振型態 71
5.2 各參數光電特性分析 74
5.2.1 改變電極間距 74
5.2.2 改變電極寬度 76
5.2.3 改變預傾角 77
第六章 總結與未來展望 78
參考文獻 79

圖目錄

圖號 圖名 頁次
圖2.1 液晶物質之相變化示意圖 3
圖2.2.1 液晶之各種分類 5
圖2.2.2 長條狀液晶之結構圖 5
圖2.2.3 向列型液晶分子排列結構示意圖及其光學影像圖 8
圖2.2.4 膽固醇型液晶分子排列結構示意圖 9
圖2.2.5 Chiral Nematic液晶分子結構示意圖 10
圖2.2.6 層列A相型液晶分子的排列結構示意圖及其光學影像圖 11
圖2.2.7 層列C相型液晶分子的排列結構示意圖及其光學影像圖 12
圖2.2.8 層列C*相型液晶分子的排列結構示意圖及其光學影像圖 13
圖2.3.1 折射率面 (a)正單光軸，(b)負單光軸型液晶 15
圖2.3.2 (a)液晶分子長軸與導軸之空間位置示意圖，
(b)秩序參數與溫度關係圖 20
圖2.3.3 向列型液晶物質所示三個定常流動與分別對應的黏滯係數 21
圖2.4.1 雙畫面之車用顯示器 22
圖2.4.2 貼附外部光學膜之雙畫面顯示器：(a)視覺柵欄parallax barriers，(b)透鏡片lenticular lenses 23
圖2.4.3 雙畫面ECB之結構 24
圖2.4.4 單畫面、雙畫面操作原理 25
圖2.4.5 右畫素之穿透率對電壓圖 26
圖2.4.6 單雙畫面對比圖：(a)單畫面操作下等對比圖(12V/3.6V)，
(b)雙畫面右畫素操作下等對比圖(4.8V/0V) 26
圖3.1.1 液晶的三種基本應變：(a)展曲，(b)扭曲，(c)彎曲 29
圖3.1.2 液晶(a)e>0 ， (b)e<0 在電場中的扭轉示意圖 30
圖3.2.1 施加電壓時，液晶分子轉動行為示意圖 32
圖3.2.2 不同配向的分子排列方式之示意圖：(a) 水平排列， 35
(b) 垂直排列，(c) 傾斜排列，(d) 混成排列，
(e) 扭轉排列，(f) 平面螺旋型排列，(g) 手紋型排列，
(h) 焦點圓錐型排列
圖3.3.1 各種偏振光的瓊斯向量 37
圖3.3.2 特定光學元件的瓊斯矩陣 37
圖3.3.3 液晶之慢軸、快軸與x軸、y軸 39
圖4.1 三種人眼細胞對波長的敏感度 42
圖4.2.1 開新檔案 43
圖4.2.2 軟體介面 43
圖4.2.3 定義尺寸 44
圖4.2.4 結構圖 44
圖4.2.5 圖畫(Draw)項目 45
圖4.2.6 定義絕緣體 45
表4.2.7 電極參數 46
圖4.2.8 定義液晶 47
圖4.2.9 結構定義完成 48
圖4.2.10 定義導軸 48
圖4.2.11 導軸參數 48
圖4.2.12 定義錨定能 49
圖4.2.13 錨定能參數 49
圖4.2.14 定義電壓 50
圖4.2.15 定義光學條件 51
圖4.2.16 定義面板 52
圖4.2.17 定義黑色矩陣 53
圖4.2.18 定義入射光 54
圖4.2.19 定義入射光偏振 55
圖4.2.20 定義分析條件 56
圖4.2.21 穿透率對電壓圖 56
圖4.2.22 選擇特定電壓 57
圖4.2.23 3D模型圖 57
圖4.2.24 2D圖 58
圖4.2.25 光學分析參 58
圖4.2.26 等亮度視角圖 59
圖4.2.27 選擇暗態檔案、電壓 59
圖4.2.28 對比視角圖 60
圖4.3.1 分割電極設計 61
圖4.3.2 光路系統架設：(a)線偏振光(b)圓偏振光 63
圖5.1.1 (a)正型(b)負型液晶在外加10V電壓下之轉動情形 65
圖5.1.2 電極位置的幾何分析：(a)正型液晶(b)負型液晶 66
圖5.1.3 固定電極寬度、液晶盒厚度，改變電極間W時，
導軸轉動示意圖：(a)電極結構示意圖，
(b)~(d)電極間距分別為20、30、40μm 68
5.1.4 固定電極間距、液晶盒厚度，改變電極寬度D時之導軸轉動示意圖。(a)電極結構示意圖，(b)~(d)電極間距分別為2、4、6μm 70
圖5.1.5 利用線偏振入射光之畫面顯示器之光電特性：
(a)雙畫面操作下導軸圖(6.6V)，(b)雙畫面操作下導軸圖(12V)，(c)穿透率對電壓圖 72
圖5.1.6 利用線偏振入射光之雙畫面顯示器之視角圖：
(a)單畫面操作下亮態光強分佈圖，
(b)單畫面操作下對比視角圖，
(c)雙畫面操作下亮態光強分佈圖，
(d)雙畫面操作下對比視角圖 73
圖5.1.7 利用圓偏振入射光之雙畫面顯示器之光電特性：(a)穿透率對電壓圖，(b)單畫面操作下亮態光強分佈圖，(c)單畫面操作下對比視角圖，(d)雙畫面操作下亮態光強分佈圖，(e)雙畫面操作下對比視角圖 73
圖5.2.1 在固定電極寬度及液晶盒厚度下，改變電極間距時液晶盒之光電特性。(a)、(b)、(c)電極間距分別為30、40、60μm 75
圖5.2.2 在固定電極間距及液晶盒厚度下，改變電極寬度時液晶盒之光電特性。(a)、(b)、(c)電極間距分別為2、4、6μm 76
圖5.2.3 在固定電極寬度、電極間距及液晶盒厚度下，改變預傾角時液晶盒之光電特性。(a)為預傾角0°時，給上電極0V，下左電極0V，下右電極10V
(b)、(c) 為預傾角1°時，給上電極0V、分別給下左、下右電極0V電壓 77

表目錄
表號 表名 頁次
表4.1.1 使用液晶之相關物理特性之列表 41
表4.2.1 尺寸參數 44
表4.2.2 絕緣體參數 45
表4.2.3 電極參數 46
表4.2.4 液晶參數 47
表4.2.5 導軸參數 49
表4.2.6 電壓參數 50
表4.2.7 光學條件參數 51
表4.2.8 面板參數 52
表4.2.9 黑色矩陣參數 53
表4.2.10 入射光參數 54
表4.2.11 入射光偏振參數 55
表4.2.12 分析條件參數 56
表4.2.13 選擇電壓參數 57
表4.3.1 液晶層結構(電性分析) 61
表4.3.2 液晶層結構(光學分析) 64

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