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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:林俊羽
研究生(外文):Chun-Yu Lin
論文名稱:視角可切換之藍相液晶顯示器之設計
論文名稱(外文):Applications of blue phase liquid crystals on viewing angle controllable displays
指導教授:黃啟炎黃啟炎引用關係
指導教授(外文):Chi-Yen Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:物理學系
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:廣窄視角切換藍相液晶顯示器補償膜四畫面
外文關鍵詞:viewing angle controllableBPLCDPFFfour-view
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本論文提出在顯示層使用Double-Penetrating Fringe Field (DPFF)結構,並使用兩平面電極作為廣窄視角切換層之藍相液晶顯示器。模擬結果發現,藍相液晶顯示器配合補償膜的使用後,在對比僅大於10的條件下,顯示器的窄視角模式之水平視角小於70o;廣視角模式在對比大於100的條件下,水平視角達到大於150o之水準。本論文亦提出四畫面藍相液晶顯示器結構,顯示層由控制四個畫面之子像素構成,透過在三角柱狀突起物之斜面上覆蓋電極,使之有均勻斜向電場,藉此調控觀測者視角。若各別驅動該顯示器的四個子像素,即可產生四個獨立畫面;若同時以單一的畫面資訊驅動四個子像素,該顯示器亦可成為單畫面顯示器。
This thesis demonstrates a viewing angle controllable blue phase liquid crystal display (BPLC), which uses the double-penetrating fringe field (DPFF) structure as the display layer and uses two plane electrodes as viewing angle controllable layer. By the result of simulations, the azimuthal viewing angle of display is smaller than 70o in narrow viewing angle mode; and that of display can extended over 150o in wide viewing angle mode. This thesis also demonstrates a four-view BPLC display composed of two pairs of isosceles triangular protrusions, which are aligned perpendicularly. The demonstrated display can display four different images by separately addressing the BPLCs on the Hypotenuse of the isosceles triangular protrusions. When the two pairs of isosceles triangular protrusions are addressed simultaneously, the demonstrate display becomes a monoview display.
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XV
第一章 導論 1
1-1 前言 1
1-2液晶簡介 2
1-2-1 液晶的種類 3
1-2-2 液晶的物理性質 8
1-2-3液晶光學特性 10
1-2-4 液晶的介電特性 14
1-3 藍相液晶 16
1-3-1藍相液晶的基本特性 17
1-3-2 藍相液晶的光學特性 19
1-3-3 藍相液晶的克爾效應 20
1-3-4 藍相液晶的延伸克爾效應 21
1-4 相位延遲片 21
第二章 文獻回顧 24
2-1廣窄視角切換層的開發 24
2-2雙畫面顯示器的開發 28
第三章 模擬流程 31
3-1 模擬軟體簡介 31
3-1-1 模擬介面 32
3-1-2 模擬流程 34
3-2模擬參數的訂定 40
第四章 廣窄視角切換 48
4-1 模擬結構與設計 49
4-2 廣窄視角的切換原理 52
4-3模擬結果與討論 55
4-3-1線偏振系統 55
4-3-2圓偏振系統 60
4-3-3圓偏振添加補償模系統 64
4-3-4不同突起物高度之光電特性比較 69
4-3-5不同電極寬度與電極間距比較 72
第五章 四畫面藍相顯示器 76
5-1 結構設計 76
5-2四畫面顯示器原理 79
5-3模擬結果與討論 80
5-3-1 確認使用觀測者角度 80
5-3-2 四畫面顯示器單畫面模式 89
5-3-3 四畫面顯示器四畫面模式 92
5-3-4 加入廣窄切換層之四畫面顯示器 98
第六章 結論 102
參考文獻 104


圖目錄
圖1-2.1 分子隨溫度排列示意圖。 2
圖1-2.2 液晶的分類。 3
圖1-2.3 向列型液晶分子與導軸。 4
圖1-2.4 膽固醇液晶排列示意圖。 5
圖1-2.5 藍相液晶隨溫度變化示意圖。 7
圖1-2.6 液晶三種形變示意圖:(a)Splay,(b) Twist,(c) Bend。 8
圖1-2.7 折射率橢圓球。 11
圖1-2.8 液晶分子在外加電場下的旋轉方向示意圖:(a)正型液晶,(b)負型液晶。 14
圖1-3.1 雙扭轉柱體結構於不同溫度之堆積示意圖:(a)雙扭轉柱體結構,(b) 體心立方堆積,(c) 簡單立方堆積,(d)非晶相。 16
圖1-3.2 (a)體心立方結構,(b)簡單立方結構的不連續線。 18
圖1-3.3 相位延遲片種類。 21
圖1-3.4 單軸波板(粗體線為光軸): (a) +A plate,(b)-A plate,(c)-C plate,(d) +C plate。 22
圖2-1.1在顯示器添加廣窄視角切換層示意圖。 24
圖2-1.2 IPS廣窄視角藍相液晶顯示器之等對比圖:(a)無正型藍相液晶層;添加正型藍相液晶層且驅動電壓為(b) V=0 Vrms,(c) V=5 Vrms,(d) V=8 Vrms,(e) V=10 Vrms,(f) V=20 Vrms。 26
圖2-1.3 IPS廣窄視角藍相液晶顯示器添加負型藍相液晶層之等對比圖,其負型藍相液晶層之驅動電壓為(a) V=5 Vrms,(b) V=8 Vrms,(c) V=10 Vrms,(d) V=20 Vrms。 27
圖2-2.1 ECB結構之雙畫面顯示器。 28
圖2-2.2 右子像素在不同電壓下,左右正視角所見之暗亮態示意圖,右視角:(a)暗態,(b)灰階態,(c)亮態。 29
圖2-2.3 驅動右子像素之V-T Curve圖 30
圖2-2.4 單雙畫面對比圖:(a)單畫面模式,(b)雙畫面模式下的右畫面對比圖。 30
圖3-1.1軟體介面。 32
圖3-1.2 液晶材料設定介面。 34
圖3-1.3 TechWiz Layout 介面圖。 35
圖3-1.4 3D Generation 介面。 36
圖3-1.5 Mesh 介面。 36
圖3-1.6 Boundary condition 設定說明。 37
圖3-1.7 LC Analysis 介面。 37
圖3-1.8 Rubbing條件設定。 38
圖3.1-9 Optical Analysis介面。 39
圖3-2.1延伸克爾效應公式之E2與Δn (E)之關係曲線圖。 41
圖3-2.2 將液晶參數代入模擬介面示意圖。 41
圖3-3.3 牆狀電極示意圖。 42
圖3-3.4 調控Electrical Factor參數之光電特性模擬圖。 43
圖3-3.5 調控Polymerization Factor參數之光電特性模擬圖。 44
圖3-3.6 光電特性曲線圖疊合之結果,其中線條代表Δns=0.143與Polymerization Factor=100之模擬結果,方格點代表Δn=0.17與Polymerization Factor=84之模擬結果。 46
圖3-3.7 模擬介面參數設定示意圖。 47
圖4-1.1 (a)IPS結構,(b)DPFF結構之顯示器側視剖面圖。 49
圖4-2.1 廣視角模式暗亮態等穿透圖:(a)廣視角暗態,(b)廣視角亮態。 53
圖4-2.2 窄視角模式亮暗態等穿透圖:(a)窄視角亮態,(b)窄視角暗態。 53
圖4-2.3 對比圖:(a)廣視角模式,(b)窄視角模式;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 54
圖4-3.1 線偏振系統光學架構。 55
圖4-3.2線偏系統下,正視角時面板之廣窄視角模式V-T Curve。 56
圖4-3.3 廣視角模式下暗亮態之等穿透圖,廣窄視角切換層驅動電壓0V (a)IPS驅動電壓0V,(b) IPS驅動電壓66V,(c) DPFF驅動電壓0V,(d) DPFF驅動電壓30V。 57
圖4-3.4 窄視角模式下暗亮態之等穿透圖,廣窄視角切換層驅動電壓40V (a)IPS驅動電壓0V,(b) IPS驅動電壓66V,(c) DPFF驅動電壓0V,(d) DPFF驅動電壓30V。 58
圖4-3.5 廣視角模式之等對比圖:(a)IPS結構,(b)DPFF結構;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 59
圖4-3.6 窄視角模式之等對比圖:(a)IPS結構,(b)DPFF結構;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 59
圖4-3.7 圓偏振系統光學架構。 60
圖4-3.8正視角時面板之廣窄視角模式下的V-T Curve。 60
圖4-3.9 廣視角模式下暗亮態之等穿透圖,廣窄視角切換層驅動電壓0V;(a)IPS驅動電壓0V,(b) IPS驅動電壓66V,(c) DPFF驅動電壓0V,(d) DPFF驅動電壓30V。 61
圖4-3.10 廣視角模式之等對比圖 (a)IPS結構,(b)DPFF結構;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 62
圖4-3.11 窄視角模式下暗亮態之等穿透圖,廣窄視角切換層驅動電壓40V:(a)IPS驅動電壓0V,(b)IPS驅動電壓66V,(c) DPFF驅動電壓0V,(d) DPFF驅動電壓30V。 62
圖4-3.12 廣視角模式之等對比圖:(a)IPS結構,(b)DPFF結構;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 63
圖4-3.13 圓偏振添加補償模系統的光學架設圖。 64
圖4-3.14偏振加補償膜系統下,正視角時面板之廣窄視角模式下的V-T Curve。 64
圖4-3.15廣視角模式下暗亮態之等穿透圖,廣窄視角切換層驅動電壓0V:(a)IPS驅動電壓0V,(b) IPS驅動電壓66V,(c) DPFF驅動電壓0V,(d) DPFF驅動電壓30V。 66
圖4-3.16廣視角模式之等對比圖 (a)IPS結構,(b)DPFF結構;紅色粗體線為對比為100的等對比線。 66
圖4-3.17窄視角模式下暗亮態之等穿透圖,廣窄視角切換層驅動電壓40V:(a)IPS驅動電壓0V,(b) IPS驅動電壓66V,(c) DPFF驅動電壓0V,(d) DPFF驅動電壓30V。 67
圖4-3.18窄視角模式之等對比圖:(a)IPS結構,(b)DPFF結構;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 67
圖4-3.19 不同高度之突起物之V-T Curve。 70
圖4-3.22 不同電極寬度與電極間距下,正視角廣窄視角切換的V-T curves。 72
圖4-3.23 不同電極寬度與間距之等對比圖:W = 3μm與S = 3μm之(a)窄視角模式,(b)廣視角模式;W = 3μm與S = 5μm之(c)窄視角模式,(d)廣視角模式;W = 2μm與S = 4μm之(e)窄視角模式,(f)廣視角模式;窄視角模式下之紅色粗體線為對比10的等對比線,廣視角模式下之紅色粗體線為對比100的等對比線。 75
圖 5-1.1 顯示器側視剖面圖。 77
圖 5-1.2三維左右子像素斜視圖。 78
圖 5-1.3 三維四畫面顯示器主像素結構斜視圖。 78
圖5-2.1 左右子像素運用藍向液晶設計原理示意圖。 79
圖5-3.1 線偏振系統光學架構。 81
圖5-3.2 當角度θ = 15 o時,觀測者與非觀測者所得之V-T Curve 與 其對應之X.T.R。 81
圖5-3.3 當角度θ = 20 o時,觀測者與非觀測者所得之V-T Curve 與 其對應之X.T.R。 82
圖5-3.4 當角度θ = 30o時,觀測者與非觀測者所得之V-T Curve 與 其對應之X.T.R。 82
圖5-3.5 當角度θ = 60 o時,觀測者與非觀測者所得之V-T Curve 與 其對應之X.T.R。 83
圖5-3.6 驅動左畫面之等穿透率圖:左右子像素在θ=15 o下之(a)暗態,(b)亮態;左右子像素在θ=20 o下之(c) 暗態,(d)亮態。 84
圖5-3.7 驅動左畫面之等穿透率圖:左右子像素在θ=30 o下之(a)暗態,(b)亮態;左右子像素在θ=60 o下之(c) 暗態,(d)亮態。 85
圖5-3.8 左右子像素在θ=15 o下的等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 86
圖5-3.9 左右子像素在θ=20 o下的等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 86
圖5-3.10 左右子像素在θ=30 o下的等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 87
圖5-3.11 左右子像素在θ=60 o下的等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 87
圖5-3.12 在主像素加入黑色陣列示意圖。 89
圖5-3.13單畫面模式下正視角之V-T Curve。 90
圖5-3.14 四畫面顯示器之單畫面模式之暗亮態等穿透率圖:(a)驅動電壓為0V,(b)驅動電壓為32V。 90
圖5-3.15四畫面顯示器之單畫面模式等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 91
圖 5-3.16 單驅動左子像素所得之V-T Curve 與X.T.R。 92
圖5-3.17 左右子像素之暗亮態等穿透圖:(a)左子像素驅動電壓0V,(b)左子像素驅動電壓24V,(c)右子像素驅動電壓0V,(d)右子像素驅動電壓24V。 93
圖5-3.18 前後子像素之暗亮態等穿透圖:(a)前子像素驅動電壓0V,(b)前子像素驅動電壓24V,(c)後子像素驅動電壓0V,(d)後子像素驅動電壓24V。 94
圖5-3.19 四畫面顯示器左畫面等對比圖;紅色粗體線為等對比線,對比為10。 95
圖5-3.20 四畫面顯示器右畫面等對比圖;紅色粗體線為等對比線,對比為10。 95
圖5-3.21 四畫面顯示器前畫面等對比圖;紅色粗體線為等對比線,對比為10。 96
圖5-3.22畫面顯示器後畫面等對比圖;紅色粗體線為等對比線,對比為10。 96
圖5-3.23廣窄視角切換層加入顯示器示意圖。 98
圖5-3.24正視角單畫面模式下之電壓對穿透率關係圖。 99
圖5-3.25廣視角模式之暗亮態等穿透圖:(a)驅動電壓0V,(b)驅動電壓32V。 99
圖5-3.26廣視角模式之等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 100
圖5-3.27窄視角模式之暗亮態等穿透圖:(a)驅動電壓0V,(b)驅動電壓32V。 100
圖5-3.28窄視角模式之等對比圖;紅色粗體線為對比為10的等對比線。 101


表目錄
表(1-3.1) 正負型A-plate和C-plate的折射率參數表。 22
表(3-2.1) 液晶參數。 40
表(3-2.2) JC-BP01M參數。 45
表(4-1.1) 液晶參數。 50
表(4-1.2) 結構參數。 51
表(4-3.2) 各模式下的驅動電壓。 56
表(4-3.3) 雙軸補償膜參數。 65
表(4-3.4) 結構參數。 69
表(4-3.5) 各結構之驅動電壓。 74
表(5-1.1) 液晶參數。 77
表(5-3.1) 結構參數。 80
表(5-3.2) 各個角度下的驅動電壓。 83

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