用外差延遲相位量測法來決定扭曲向列型液晶盒的盒厚度、預傾角及旋轉角

Abstract

在液晶顯示器裡，預傾角和液晶盒厚度對顯示器都有著顯著的影響，液晶盒預傾角會影響著顯示器的畫面品質、顯示器壽命及反應時間；液晶盒厚度則會影響顯示器亮度、對比度及反應時間等等因素。本論文提出一套完整的方法來量測這些參數，實驗只需使用賽曼雙頻雷射(Zeeman Laser)搭配電腦數學運算軟體Matlab便可簡易精確地測量，不但成本低廉且步驟簡易，是相當重要的量測方法。

論文中分別使用與旋轉平台相互垂直的出平面旋轉晶體法(out-of-plane rotation)，以及與旋轉平台平行的入平面旋轉晶體法(in-plane rotation)。在出平面旋轉晶體法中，我們使用廣義瓊斯矩陣(Extended Jones Matrix)來描述斜向入射光經過液晶盒產生的相位差變化，先將液晶盒分割若干層子層，計算每層子層的相位差變化，子層相位差總和即為液晶盒的理論模型。實驗透過外差干涉儀量測的相位差來匹配，對應的相位差極低值即可得到預傾角的數值。 接著我們使用入平面旋轉晶體法來更精確的測量液晶盒厚度，使用相位轉換函數來求值，將複雜的相位轉換函數解析解做簡化，利用正旋函數及餘旋函數在特定數值能簡化為一或零的特性，推導出簡易的公式來分析實驗量測的數據，利用旋轉晶體法得到的預傾角數值帶入公式中，便可得到液晶盒厚度。最後，我們運用運算軟體Matlab分析出扭曲角對固定預傾角的相位差變化，模擬結果顯示扭曲角造成的相位差的差值呈現出線性關係，因此我們利用內插法反推液晶樣品的扭曲角數值。

本論文提出的模擬及實驗方法有助於液晶參數的量測，可用來分析檢測液晶樣品重要參數預傾角、液晶盒厚度和扭曲角，如何應用和減少液晶擾動的影響將會是未來推廣此方法的重要課題。

For nematic liquid crystal (LC) displays, the parameters of pretilt angle, cell gap, and twist angle of the LC medium within the LC cell have significant impacts on display qualities. Pretilt angle affects image quality, the LCD lifetime and response times. Cell gap affects image brightness, contrast ratio and response times. In this thesis, we have developed methods to measure these parameters based on measurements of phases or retardations of LC test cells by using heterodyne mixing of two laser beams from a Zeeman laser system in contrast to conventional methods by measuring the intensities. Our schemes of measurements consist of in-plane and out-of-plane rotations of the test LC-cell plane similar to the conventional method. To analyze our data, we have used extended Jones matrix method to derive the phase information corresponding to different measurement schemes. We believe that our method of measuring phases has advantages of a simpler setup, better stability, higher signal-to-noise ratio, and less sensitive to ambient EMI than the conventional method of measuring intensities.