臺灣博碩士論文加值系統

本研究以利用光學級環氧樹脂材料填充於顯示器與保護鏡面之間的空氣間隙方式，達到降低整體封裝光學系統結構內之折射率差異，同時也增加整體穿透率。將市面上常見之消費性電子產品其關鍵零組件薄膜電晶體液晶顯示器作為基礎架構，並進行抗反射封裝後，在模擬戶外高照度環境下使用時，以改善液晶顯示器亮度、色度與對比之光學效能。首先以分光式色彩輝度儀，對未進行任何封裝的液晶顯示器進行光學效能量測。透過自動化顯微分光式光譜儀量測結果，選取封裝玻璃材料的厚度。將玻璃材料以蒸鍍方式製成抗反射玻璃後，輔以光學級環氧樹脂對液晶顯示器作成抗反射封裝模組，同時規劃八組常見的抗反射封裝結構作為對照組，並進行封裝實驗。利用暗室及模擬燈源，來模擬不同照度之戶外強光環境。以不同封裝方式的顯示器，進行不同環境下的亮度、色度與對比之光學效能表現資料量測，以進行比對並確認新型抗反射封裝方式之改善情形。在不改變顯示器種類、背光源功率消耗或是整體機構厚度的前提下，經過實際量測結果數據的比較後，本研究所提之利用光學級環氧樹脂封裝法所製作之戶外型顯示器模組於強光環境(50,000 lux)下使用時，其光學對比效能提昇56.83%。且於CIE 1931與CIE 1976之NTSC色域表現分別提昇21.4%以及24.4%，印證本方法是一個可行的封裝設計方法。

This study focuses on reducing the differential of refractive indexes in whole optical system by filling an epoxy into the air gap between TFT-LCD and cover glass to result in higher transmittance. The anti-reflection packaging is based on a LCD display module which is a critical component of common consumer electrics product on the market. The optical performance such as brightness, color and contrast ratio of the display module could be improved when it is used under outdoor's high illumination environment. First of all, a spectral colorimeter is used to measure the un-packaging display module. With the measurement results by using MFS-Micro Spot Auto equipment, the best thickness of packaging glass material could be decided. The anti-reflection glass with proper thickness is fabricated by using an evaporation process, and assembled with LCD display module by filling an optical epoxy. Meanwhile, eight types of anti-reflection configurations are packaged as comparison. The performances of different packaging configurations are measured in a dark room by using different levels of simulated illumination. The optical performance results are compared with the proposed anti-reflection configuration without changing the panel structure, backlight power consumption and overall thickness. When the epoxy packaging display module is used under high illumination environment of 50,000 lux, the measurement results show that the contrast ratio could be increased about 56.83%. And the performance of CIE 1931 and 1976 NTSC color gamut coverage are improved about 21.4% and 24.4%, respectively. Therefore, such a new anti-reflection packaging method for TFT-LCD module is a possible design.

摘要…………………………………………………………………………I
Abstract..…………………………………………………………………II
誌謝………………………………………………………………………III
目錄………………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………VIII
表目錄……………………………………………………………………XV

第一章 緒論…………………………………………………………………1
1.1 研究背景……………………………………………………………1
1.2 研究動機與目的……………………………………………………3
1.3研究方法與步驟……………………………………………………6
1.4文獻回顧…………………………………………………………9
1.5 本文架構…………………………………………………………11

第二章 薄膜電晶體液晶顯示器與抗反射原理…………………………13
2.1基本光學原理……………………………………………………13
2.1.1 光波………………………………………………………13
2.1.2 折射定律…………………………………………………14
2.1.3 反射定律…………………………………………………16
2.2玻璃基板…………………………………………………………17
2.2.1 玻璃定義與種類…………………………………………17
2.2.2 玻璃製程類型與加工順序………………………………18
2.3薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD) ……………………………23
2.3.1 液晶顯示技術發展史……………………………………23
2.3.2 液晶顯示器驅動原理……………………………………24
2.3.3 薄膜電晶體液晶顯示器模組結構…………………………25
2.3.4 顯示器面板模組結構………………………………………28
2.3.5 背光模組(Back-light Module) ……………………………34
2.4抗反射原理…………………………………………………………38

第三章 戶外型液晶顯示器之抗反射封裝設計…………………………39
3.1保護鏡面……………………………………………………………39
3.2 光學系統設計……………………………………………………41
3.2.1 麥斯威爾方程式 (Maxwell Equations)…………………42
3.2.2菲涅爾方程式 (Fresnel Equations)………………………43
3.3 環境光源定義……………………………………………………48
3.4 常見抗反射封裝結構……………………………………………49
3.4.1無抗反射之封裝結構………………………………………50
3.4.2單層抗反射之封裝結構……………………………………53
3.4.3雙層抗反射之封裝結構……………………………………55
3.4.4三層抗反射之封裝結構……………………………………57
3.5 折射率同化之新型抗反射封裝結構…………………………59

第四章 實驗流程與實作…………………………………………………61
4.1 實驗規劃…………………………………………………………61
4.2 實驗設備與軟體…………………………………………………65
4.2.1分光式色彩輝度儀(Spectral Colorimeter)………………65
4.2.2自動化顯微分光式光譜儀(MFS-MicroSpot-Auto)………67
4.2.3照度計(T-10)………………………………………………68
4.2.4燈源投射治具……………………………………………70
4.3 實驗流程…………………………………………………………75
4.3.1環境照度條件定義………………………………………76
4.3.2封裝結構種類選擇………………………………………77
4.3.3封裝材料選擇與量測……………………………………78
4.4 可見光波段之穿透率量測實驗步驟……………………………80
4.5 可見光波段之反射率量測實驗步驟……………………………84
4.6 平面液晶顯示器新型抗反射封裝實作…………………………87
4.7 暗室亮度、對比與CIE1931 x、y色座標量測實驗………………89
4.7.1 暗室環境與條件…………………………………………89
4.7.2 儀器與平面液晶顯示器模組之硬體架構………………91
4.7.3 亮度、色度量測圖案與對比計算方式……………………94
4.7.4暗室量測系統架構與步驟………………………………96
4.8 明室亮度與CIE1931 x、y色座標量測實驗………………97
4.8.1明室量測系統架構………………………………………99
4.8.2明室量測步驟……………………………………………100

第五章 實驗結果與討論………………………………………………101
5.1 保護鏡面玻璃材料………………………………………………101
5.1.1 不同厚度玻璃材料穿透率量測結果……………………101
5.1.2 不同厚度玻璃材料反射率量測結果……………………105
5.1.3 玻璃厚度選取………………………………………108
5.2 抗反射玻璃材料………………………………………………110
5.2.1單面鍍抗反射膜玻璃穿透率量測結果…………………110
5.2.2單面鍍抗反射膜玻璃反射率量測結果…………………111
5.2.3雙面鍍抗反射膜玻璃穿透率量測結果…………………112
5.2.4雙面鍍抗反射膜玻璃反射率量測結果…………………113
5.3 不同厚度環氧樹脂材料穿透率量測結果……………………115
5.4 抗反射封裝之平面液晶顯示器模組量測結果………………117
5.4.1未封裝顯示器面板之量測結果…………………………117
5.4.2與玻璃素材封裝顯示器面板之量測結果………………121
5.4.3單面有抗反射鍍膜玻璃封裝顯示器面板之量測結果…124
5.4.4雙面有抗反射鍍膜玻璃封裝顯示器面板之量測結果…127
5.4.5鍍有抗反射膜之顯示器面板量測結果…………………130
5.4.6素玻璃與鍍抗反射膜顯示器模組封裝之量測結果……133
5.4.7單面抗反射玻璃與鍍抗反射膜顯示器模組封裝之量測結
果…………………………………………………………136
5.4.8雙面抗反射玻璃與鍍抗反射膜顯示器模組封裝之量測結
果…………………………………………………………139
5.4.9新型抗反射封裝結構之顯示器面板模組量測結果……142
5.5 對比與色度提昇結果………………………………………145

第六章 結論與未來研究方向……………………………………………152

參考文獻…………………………………………………………………153
作者簡介…………………………………………………………………156

[1] http://www.isuppli.com/Pages/Market-Research-News, 2010。
[2] H.H. Chung, S. Lu,「Contrast-ratio analysis of sunlight-readable color LCDs for outdoor applications」, Journal of the SID, 11/1, P237-242 , 2003.
[3] 黃乙白，「應用微型光學元件於提升攜帶式液晶顯示器之影像品質」，國立交通大學光電工程研究所，博士論文，2004。
[4] 邱繼暐，「直流磁控濺鍍輔以氧離子助鍍光學薄膜於塑膠基板」，國立中央大學光電科學研究所，碩士論文，2004。
[5] 張誌凱，「以雙層抗反射膜提高有機發光二極體之對比度」，義守大學電子工程研究所，碩士論文，2006。
[6] 游世明，「抗反射層製作與奈米孔洞二氧化矽薄膜應用在光致發光材料」，國立中央大學化學工程與材料工程研究所，碩士論文，2007。
[7] 謝仁杰，「多重性能之光學膜應用於高效率背光模組」，國立交通大學光電工程研究所，碩士論文，2008。
[8] Z.B. Ge, S.T. Wu, and S.H. Lee,「Wide-view and sunlight readable transflective liquid-crystal display for mobile applications」, Optics Letters, Vol.33, No.22, P2623-2625, 2008.
[9] K. Yamada, M. Umetani, T. Tamura, Y.Tanaka and J. Nishii,「Formation of anti-reflective structure on the surface of optical glass by molding」, Proc. of SPIE, Vol.6883, 688303-1~8, 2008.
[10] 呂世佑，「高強度照明環境下的液晶顯示器色彩補償技術」，世新大學資訊管理研究所，碩士論文，2009。
[11] 蕭世勳，「反射式顯示板特性量測」，國立中央大學光電科學研究所，碩士論文，2009。
[12] 蔡明忠，「平面顯示科技實務課程」講義，國立台灣科技大學自動化及控制研究所，2006。
[13] http://www.danamcclure.com/teaching/Image_2010/?p=1547, 2011。
[14] http://www.matter.org.uk/schools/Content/Refraction/absolute.html, 2011。
[15] B. Saleh, M. Teich,「Fundamentals of Photonics」, Wiley, 1991。
[16] 林惠娟、張煒國，「電腦裡的玻璃工坊」，科普期刊，406期，P38-45，2006。
[17] 蔡獻逸，「液晶顯示器用玻璃基板」，科普期刊，406期，P32-37，2006。
[18] 紀國鐘、鄭晃忠，「液晶顯示器技術手冊」，經濟部技術處，2002。
[19] http://www.auo.com/?sn=15&lang=zh-TW, 2010。
[20] http://www.daxontech.com/pro_b_1.htm, 2010。
[21] http://www.sintek.com.tw, 2010。
[22] http://www.adt.co.jp, 2010。
[23] http://www.wellypower.com.tw, 2010。
[24] 王耀東，「液晶顯示器之直下型背光光學效能最佳化之研究」，元智大學機械工程研究所，碩士論文，2004。
[25] 丁嘉仁、許沁如、聶雅玉、張哲瑋，「次波長結構抗反射膜片發展現況」，機械工業雜誌，282期，P71-73，2006。
[26] http://www.sc-optics.com, 2010。
[27] Asahi Glass，「產品規格表」，http://www.agc.com, 2010。
[28] F.L. Pedrotti, L.M. Pedrotti, L.S. Pedrotti, 「Introduction to Optics」,Prentice Hall, 3rd ed., 2006。
[29] http://www.ini.unizh.ch/~tobi/anaprose/recep/index.php,2011。
[30] Konica Minolta ，「產品技術手冊」， http://www.konicaminolta.com, 2011。
[31] 宏明科技有限公司，「自動化顯微分光式光譜儀技術手冊」，http://www.hmtech.com.tw, 2009。
[32] Philips，「MASTERLine Plus Datasheet」，http://www.philips.com, 2011。
[33] Epotek，「301-2FL Datasheet」，http://www.epotek.com, 2010。
[34] VIDEO ELECTRONICS STANDARDS ASSOCIATION, 「Flat panel display measurements standard」, Ver. 2.0, 2001.