牛顿环内疏外密的原因【用干涉环法分析ＣＳＴＮ－ＬＣＤ盒厚均匀性】
文章编号：1006-6268（2008）10-0041-04 摘要：总结了CSTN空盒及实盒对应干涉环的一些情况，用劈尖原理推算了空盒干涉环明、暗环对应盒厚差值等，推算值与实测值基本相符；提出用实盒干涉环规整程度分析CSTN-LCD盒厚均匀性或颜色均匀性，由此可以相应深入分析产生盒厚不匀的相关原因。
关键词：CSTN-LCD；空盒；实盒；干涉环；盒厚均匀性
中图分类号：TN141文献标识码：B
Analyse of CSTN-LCD Gap Cell Uneven Using Interference Loop Methods
MA Huai-xiang
（Shenzhen Tianma Microelectronics Co.,LTD, Shenzhen 518118,China）
Abstract: The interference loop of CSTN filled cell and unfilled cell were summarized. The unfilled cell gap are calculated using wedge theory. That result was coincident with the testing result. The authors suggested using the form of interference loop to analyze cell uniformity. If the interference loop was regular, then that CSTN cell was even. Moreover, the authors analyzed the cause of the cell uneven using this method.
Keywords:CSTN-LCD; unfilled cell; filled cell; interference loop; gap cell uniformity
引 言
显示彩色化使CSTN-LCD得到了高度发展，盒厚均匀性是CSTN-LCD设计、制造中的关注点、也是难点。CSTN-LCD普遍用于通讯等产品，显示图像颜色不匀让人们比较难接受。因此，业内各家都在致力提高CSTN-LCD产品显示均匀性，而在提高显示均匀性中大部分工作是要提高LCD盒厚均匀性。本文引入干涉环法分析CSTN-LCD盒厚均匀性，这很大地帮助我们有效确定CSTN-LCD盒厚均匀性改善方案。
1 CSTN-LCD中的干涉环描述
1. 1 CSTN空盒干涉环
热压是形成LCD盒的重要工序，热压后通常要检查内污、绒毛等缺陷，当然也要关注热压后盒内干涉环有无异常，干涉环可在白台灯或黄色强光灯下观察，当内污、粉碎等引起盒厚问题时，通常表现为局部小圆圈型的干涉环，另外热压成盒后都较容易观察到规则的干涉环，通常大玻璃上排布的LCD盒很难实现干涉环形状、圈数都一致，这主要受Spacer密度均匀性及盒受压均匀性等因素的影响。干涉环的圈数能反映出整体盒厚变化的剧烈程度。图1和图2为两CSTN-LCD盒的干涉环，表现为红、绿相间的环状。
两图CSTN-LCD盒的干涉环有很大区别，图1干涉环圈数较多，为红4圈、绿4圈半；图2干涉环圈数较少，为红2圈半、绿2圈半。图1对应的CSTN-LCD空盒盒厚变化较剧烈、边框与盒中间差值0.8um左右，图2对应的CSTN-LCD空盒盒厚变化平缓、边框与盒中间差值为0.5μm左右。
1.2 CSTN实盒干涉环
空盒经过灌液晶、盒整平及封口后成为实盒，实盒干涉环较难观察，需要在白台灯或黄色强光灯下观察，干涉环一般环绕盒内四周、在四周黑色遮光区（BM区）。实盒干涉环的规整程度能很好地反映LCD盒厚整体均匀性。图3和图4为两CSTN-LCD实盒的干涉环。
图3中实盒干涉环不规整，在左侧BM区出现距离很近的两圈较细的紫红色干涉环，图4中在BM区形成一圈较宽、规整的紫红色干涉环。图3干涉环对应CSTN-LCD的盒厚均匀性较差，表现为较明显的颜色不匀，如图5所示。图4干涉环对应CSTN-LCD的盒厚均匀性较好，表现为颜色较均匀，如图6所示。
2 用干涉环原理分析盒厚均匀性
2.1 等厚干涉条纹形成原理
用单色平行光垂直照射空气劈尖，由于在同条纹下的薄膜厚度相同，形成干涉条纹为平行于劈棱的一系列等厚干涉条纹。由于单色光经劈尖上下两个表面反射后形成 ①、②两束光，满足干涉条件。
由于入射角i 很小，则cosr=1，设：n1>n；由薄膜干涉公式(1)得：
由上明暗条纹公式(1)可得下面四个推论：
① 劈棱处d=0
光程差为:
劈棱处为暗纹
②第k级暗纹处劈尖厚度
③ 相邻明（暗）纹间对应厚度差
④ 相邻明（暗）纹间距
实际应用中，在要求不高的情况下，入射光不一定严格要求平行；另外复色光照射薄膜表面可形成彩色干涉条纹。
2.2 LCD干涉环分析盒厚均匀性
成盒后的LCD，空盒可认为是空气薄膜；实盒可认为是液晶薄膜。当可见光照射LCD时，在这两个薄膜装置中都可观察到明暗的、近似等厚的干涉条纹。观察方法如图7所示，人眼垂直或近似垂直LCD表面观察，薄膜上的等厚干涉条纹便可在人眼视网膜上形成，即第一节部分拍到的干涉环照片。
由2.1节中第 ③条推论，分析我们CSTN-LCD产品两个相邻的亮环（红色）或暗环（绿色）盒厚差，可见光波长约为400~740nm之间，我们取400nm做估算，相邻的两个暗环或者亮环对应的盒厚高度差约为:
Δd=λ/2≈400nm/2=200nm=0.20μm；此推论值和实测值比较接近。
同样由2.1中第 ③条推论，分析计算同一个环中从红色到紫色色带盒厚差：
Δd=λ红/2-λ绿/2≈740-520nm/2= 110nm =0.11μm；此推论值和实测值也比较接近。
2.3 干涉环在LCD盒厚均匀性分析中应用
可以通过环的多少判断盒厚变化的大小，盒厚变化越大，则环数越多。可以通过数环数推算其对应盒厚变化值。实际中，盒整平后如果有1个环以上，则会出现非常明显的颜色不匀（如图5对应颜色不匀）。
同一个环对应的盒厚一致，即相当于等高线。如果LCD空盒的干涉环同心、均匀，则LCD盒厚较均匀；如果出现偏心环、多心环，则LCD盒厚不均匀。
3 结 论
用干涉环方法可以分析LCD盒厚均匀性，这种方法比较简单、直观，且有充分理论依据，盒厚推算结果和实测结果较接近。从本文可知， LCD空盒干涉环同心且均匀则LCD盒厚较均匀，出现偏心环、多心环则LCD盒厚不均匀；LCD实盒有一个规整的干涉环则对应LCD盒厚均匀且颜色均匀；出现一个以上干涉环则对应LCD盒厚不均匀且颜色不均匀。
参考文献
[1] 赵凯华，钟锡华.光学（上册）.北京大学出版社，1982.省略。
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