一 พื้นฐานทางเทคนิคของทิศทางฟิล์มโพลาไรซ์: กลไกการหรี่แสงโพลาไรซ์และคริสตัลเหลว
1. คุณสมบัติทางกายภาพของแสงโพลาไรซ์
แสงธรรมชาติประกอบด้วยส่วนประกอบการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าในทิศทางต่างๆ ในขณะที่โพลาไรเซอร์ยอมให้แสงจากทิศทางเดียวผ่านไปได้โดยการดูดซับหรือปิดกั้นการสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าในทิศทางเฉพาะ ตัวอย่างเช่น หากทิศทางแกนส่งของโพลาไรเซอร์อยู่ในแนวนอน (แกน X-) การสั่นสะเทือนทางไฟฟ้าในทิศทางแนวตั้ง (แกน Y-) จะถูกปิดกั้นโดยสิ้นเชิง ทำให้เกิดแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น คุณลักษณะนี้เป็นรากฐานของจอแสดงผล LCD - ซึ่งทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างความสว่างและความมืดโดยการควบคุมการผ่านของแสงโพลาไรซ์
2. หลักการหรี่แสงของโมเลกุลคริสตัลเหลว
หน่วยแสดงผลของจอ LCD รหัสที่เสียหายประกอบด้วยฟิล์มโพลาไรซ์สองแผ่นที่ด้านบนและด้านล่าง และมีชั้นคริสตัลเหลวอยู่ตรงกลาง ฟิล์มโพลาไรซ์แปลงแสงธรรมชาติที่ปล่อยออกมาจากแบ็คไลท์ให้เป็นแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น และโมเลกุลคริสตัลเหลวจะบิดเบี้ยวภายใต้การกระทำของสนามไฟฟ้า ซึ่งเปลี่ยนทิศทางโพลาไรเซชันของแสงที่ตกกระทบ หากทิศทางโพลาไรเซชันแบบบิดตรงกับแกนส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านบน แสงที่ส่องผ่านจะสว่าง มิฉะนั้นจะถูกบล็อกและแสดงเป็นความมืด ตัวอย่างเช่น ใน LCD ประเภท TN เมื่อไม่ได้ใช้พลังงาน โมเลกุลคริสตัลเหลวจะบิด 90 องศา ทำให้ทิศทางโพลาไรเซชันหมุน 90 องศา และจับคู่กับโพลาไรเซอร์ด้านบนเพื่อสร้างสถานะที่สว่าง หลังจากชาร์จแล้ว โมเลกุลคริสตัลเหลวจะถูกจัดเรียงขนานกัน และทิศทางของโพลาไรเซชันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่จะถูกปิดกั้นโดยโพลาไรเซอร์ด้านบนเพื่อสร้างสถานะมืด
3. พารามิเตอร์ที่สำคัญของทิศทางโพลาไรเซอร์
การเลือกทิศทางของโพลาไรเซอร์ควรคำนึงถึงพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
มุมแกนส่ง: โดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับ 0 องศา (แนวนอน) หรือ 90 องศา (แนวตั้ง) แกนส่งของฟิล์มโพลาไรซ์บนและล่างจำเป็นต้องตัดกันในแนวตั้ง (ฟิล์มโพลาไรซ์ต่อไปนี้คือ 0 องศา และฟิล์มโพลาไรซ์ด้านบนคือ 90 องศา )
ประสิทธิภาพโพลาไรเซชัน: ประสิทธิภาพโพลาไรเซชันของโพลาไรเซอร์คุณภาพสูง-สามารถสูงถึง 99.9% ปิดกั้นแสงที่ไม่ส่งผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงคอนทราสต์
การส่งผ่าน: การส่งผ่านของโพลาไรเซอร์เดี่ยวมักจะอยู่ที่ 42% -45% ในขณะที่การส่งผ่านของฟิล์มโพลาไรซ์สองชุดรวมกันจะอยู่ที่ประมาณ 18% -20% ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความสว่างของหน้าจอ
2 ตรรกะการเลือกทิศทางโพลาไรเซอร์: การออกแบบที่ขับเคลื่อนด้วยสถานการณ์ของแอปพลิเคชัน
1. ข้อกำหนดด้านมุมมองจะกำหนดการกำหนดค่าทิศทาง
มุมมองของจอ LCD รหัสที่เสียหายนั้นตั้งชื่อตามทิศทางตามเข็มนาฬิกา (เช่น มุมมอง 6:00 น., มุมมอง 12:00 น.) และการเลือกทิศทางจะต้องตรงกับสถานการณ์การใช้งานของอุปกรณ์:
มุมมอง 6:00: เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่วางอุปกรณ์โดยวางราบหรือถือด้วยมือ (เช่น เครื่องคิดเลข รีโมทคอนโทรล) ณ จุดนี้ แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านล่างคือ 0 องศา และของโพลาไรเซอร์ด้านบนคือ 90 องศา ทิศทางการสังเกตที่เหมาะสมที่สุดคือเอียงลง 60 องศาจากทิศทางปกติของหน้าจอ (เช่น ทิศทาง 6 นาฬิกา)
มุมมอง 12:00: เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ติดตั้งอุปกรณ์ไว้ต่ำกว่าระดับสายตามนุษย์ (เช่น แผงหน้าปัดรถยนต์ จอแสดงผลที่พื้นลิฟต์) แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านล่างคือ 90 องศา และแกนของโพลาไรเซอร์ด้านบนคือ 0 องศา ทิศทางการสังเกตที่เหมาะสมที่สุดคือ 60 องศาขึ้นไปจากทิศทางปกติของหน้าจอ (เช่น ทิศทาง 12 นาฬิกา)
มุมมอง 9:00: เหมาะสำหรับฉากที่อุปกรณ์ตั้งอยู่ทางด้านขวาของสายตามนุษย์ (เช่น หน้าจอควบคุมส่วนกลางรถยนต์ แผงควบคุมอุตสาหกรรม) แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านล่างคือ 45 องศา และแกนของโพลาไรเซอร์ด้านบนคือ 135 องศา ทิศทางการสังเกตที่เหมาะสมที่สุดคือ 60 องศาทางด้านขวาของทิศทางปกติของหน้าจอ (เช่น ทิศทาง 9 นาฬิกา)
กรณี: แผงหน้าปัดรถยนต์บางรุ่นได้รับการออกแบบให้มีมุมมองภาพ 12:00 โดยมีแกนการส่งโพลาไรเซอร์ด้านล่างอยู่ที่ 90 องศา และแกนการส่งผ่านโพลาไรเซอร์ด้านบนเป็น 0 องศา เมื่อผู้ขับขี่มองขึ้นไปที่แผงหน้าปัด แสงจะเข้าสู่ทิศทางที่ใกล้เคียงกับปกติ และทิศทางโพลาไรเซชันจะตรงกับโพลาไรเซอร์ด้านบน ส่งผลให้มีการแสดงผลที่ชัดเจน หากใช้มุมมอง 6:00 ผู้ขับขี่จะต้องก้มศีรษะลงเพื่อสังเกต เนื่องจากการเพิ่มมุมตกกระทบของแสงจะทำให้คอนทราสต์ลดลง
2. โหมดการแสดงผลส่งผลต่อการเลือกทิศทาง
โหมดการแสดงผลของ LCD ที่มีรหัสใช้งานไม่ได้ (เช่น TN, STN, FSTN) มีข้อกำหนดเฉพาะสำหรับทิศทางของโพลาไรเซอร์:
โหมด TN: แกนการส่งผ่านของฟิล์มโพลาไรซ์ด้านบนและด้านล่างตัดกันในแนวตั้ง (0 องศา /90 องศา ) โดยแสดงพื้นหลังสีเขียวสีเหลืองและตัวอักษรสีน้ำเงิน หากหมุน 90 องศา (90 องศา /0 องศา ) จะแสดงพื้นหลังสีน้ำเงินและตัวอักษรสีเหลือง
โหมด STN: มุมบิดของ LCD คือ 180 องศา -270 องศา พร้อมคอนทราสต์ที่สูงขึ้นและมุมมองภาพที่กว้างขึ้น โดยปกติแล้ว โหมดสีเทา (โพลาไรเซอร์สีม่วง) หรือโหมดสีน้ำเงิน (โหมดสีเทาหมุน 90 องศา) จะใช้เพื่อแสดงสีพื้นหลังสีเทา ตัวอักษรสีน้ำเงิน หรือสีพื้นหลังสีน้ำเงิน ตัวอักษรสีเทา
โหมด FSTN: การเพิ่มฟิล์มชดเชยบนพื้นฐานของ STN เพื่อกำจัดเอฟเฟกต์การสะท้อนแสงสองทาง และได้การแสดงผลขาวดำ แกนส่งของฟิล์มโพลาไรซ์ด้านบนและด้านล่างตัดกันในแนวตั้ง โดยแสดงพื้นหลังสีขาวและตัวอักษรสีดำ เหมาะสำหรับสถานการณ์ที่มีความต้องการคอนทราสต์สูง เช่น อุปกรณ์ทางการแพทย์และเครื่องมือที่มีความแม่นยำ
กรณี: ตัวควบคุมอุณหภูมิอุตสาหกรรมบางตัวใช้โหมด FSTN โดยมีแกนการส่งผ่าน 0 องศาสำหรับโพลาไรเซอร์ด้านล่าง และ 90 องศาสำหรับโพลาไรเซอร์ด้านบน ฟิล์มชดเชยจะปรับความสว่างและการเปลี่ยนสีให้เหมาะสมเมื่อมองจากด้านข้าง ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้า หน้าจอยังคงสามารถรักษาคอนทราสต์สูงได้ ทำให้มั่นใจได้ว่าผู้ปฏิบัติงานสามารถอ่านค่าได้อย่างชัดเจน
3. การออกแบบทิศทางการปรับให้เหมาะสมสำหรับสภาพแสงสิ่งแวดล้อม
สภาพแสงโดยรอบถือเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญสำหรับการเลือกทิศทางของโพลาไรเซอร์:
การส่งสัญญาณ LCD: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มืด (เช่น เครื่องมือที่ใช้ในเวลากลางคืน) ต้องใช้โมดูลแบ็คไลท์ โพลาไรเซอร์ด้านล่างใช้การออกแบบการส่งผ่านที่มีการส่งผ่านสูงถึง 45% ในขณะที่โพลาไรเซอร์ด้านบนตัดกันที่ 0 องศา /90 องศาเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสว่างของแบ็คไลท์สูงสุด
LCD แบบสะท้อนแสง: เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้า (เช่น อุปกรณ์กลางแจ้ง) โดยไม่ต้องใช้แสงไฟ ฟิล์มโพลาไรซ์ใช้การออกแบบสะท้อนแสง โดยมีกระจกสะท้อนแสงแบบกระจายปกคลุมพื้นผิว และแสดงภาพโดยใช้แสงโดยรอบ ทิศทางของแกนส่งกำลังต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมตามมุมสังเกต (เช่น การปรับให้เข้ากับฉากที่มีแสงแดดส่องโดยตรง ณ เวลา 12:00 น.)
LCD โปร่งแสงและสะท้อนแสง: ปรับสมดุลสภาพแวดล้อมที่มืดและแสงจ้า โพลาไรเซอร์ด้านล่างใช้วัสดุกึ่งโปร่งใสและกึ่งสะท้อนแสงที่มีการส่งผ่านแสงประมาณ 20% -30% การออกแบบทิศทางจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างการส่งแสงแบ็คไลท์และการสะท้อนแสงโดยรอบ (เช่น การใช้มุมมอง 6:00 เพื่อปรับให้เข้ากับฉากที่สลับในร่มและกลางแจ้ง)
กรณี: สายรัดข้อมืออัจฉริยะใช้จอ LCD แบบสะท้อนแสงที่มีแกนการส่งผ่าน 0 องศาสำหรับโพลาไรเซอร์ด้านล่าง และ 90 องศาสำหรับโพลาไรเซอร์ด้านบน ในสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่มีแสงน้อย ไฟแบ็คไลท์จะเปิดขึ้นโดยมีการส่งผ่านแสง 25% เพื่อให้มั่นใจถึงการแสดงผลที่ชัดเจน ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้ากลางแจ้ง ไฟแบ็คไลท์จะถูกปิด และตัวสะท้อนแสงแบบกระจายจะใช้แสงโดยรอบเพื่อแสดงเวลา โดยมีมุมมองภาพ 120 องศา
3 แนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรม: กรณีทั่วไปของการเลือกทิศทางฟิล์มโพลาไรซ์
1. แดชบอร์ดรถยนต์: มุมมอง 12:00 และโหมด FSTN
ผู้ผลิตรถยนต์บางรายใช้มุมมอง 12:00 และโหมด FSTN ในการออกแบบแดชบอร์ด:
การกำหนดค่าทิศทาง: แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านล่างคือ 90 องศา แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านบนคือ 0 องศา และฟิล์มชดเชยจะปรับเอฟเฟกต์มุมมองด้านข้างให้เหมาะสม
เอฟเฟกต์: เมื่อผู้ขับขี่เงยหน้าขึ้นมองแผงหน้าปัด แสงจะเข้าสู่ทิศทางที่ใกล้เคียงกับปกติ โดยมีอัตราส่วนคอนทราสต์ 500:1; ที่มุมมองด้านข้าง (± 60 องศา) อัตราส่วนคอนทราสต์จะยังคงสูงกว่า 200:1 เพื่อให้มั่นใจว่าสามารถอ่านข้อมูลในตำแหน่งต่างๆ ได้อย่างชัดเจน
การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุน: ด้วยการกำหนดขนาดโพลาไรเซอร์ (ลดการสิ้นเปลืองของเสีย) และการจัดซื้อจำนวนมาก ต้นทุนของโพลาไรเซอร์ตัวเดียวจะลดลง 15%
2. อุปกรณ์การแพทย์: การออกแบบที่มีคอนทราสต์สูงและป้องกันแสงสะท้อน
จอภาพทางการแพทย์บางรุ่นใช้โหมด STN และโพลาไรเซอร์ป้องกันแสงสะท้อน:
การกำหนดค่าทิศทาง: แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านล่างคือ 0 องศา แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านบนคือ 90 องศา และพื้นผิวเคลือบด้วยการเคลือบ AG (ป้องกันแสงสะท้อน)
ผลกระทบ: ในสภาพแวดล้อมที่มีแสงจ้า (เช่น ไฟในห้องผ่าตัด) การเคลือบ AG จะกระจายแสงโดยรอบและลดการรบกวนการสะท้อน อัตราส่วนคอนทราสต์สูง (800:1) ของโหมด STN ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแสดงรูปคลื่นที่ชัดเจน และลดอัตราการอ่านผิดลง 30%
ความน่าเชื่อถือ: โพลาไรเซอร์ผ่านการทดสอบอุณหภูมิที่กว้าง -40 องศา ~85 องศา และสามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรงในห้องผ่าตัดได้
3. เครื่องใช้ไฟฟ้า: การออกแบบที่บางเฉียบและการเพิ่มประสิทธิภาพมุมมองกว้าง
สมาร์ทวอทช์บางรุ่นใช้จอ LCD ที่มีโค้ดหัก-บางเป็นพิเศษและโพลาไรเซอร์มุมมองกว้าง:
การกำหนดค่าทิศทาง: แกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านล่างคือ 45 องศา และแกนการส่งผ่านของโพลาไรเซอร์ด้านบนคือ 135 องศา รวมกับเทคโนโลยี IPS (การจัดตำแหน่งแนวนอนของโมเลกุลคริสตัลเหลว)
เอฟเฟกต์: มุมมองถึง 160 องศา (ซ้าย/ขวา/ขึ้น/ลง) และสามารถรักษาความสว่างได้ 80% แม้ว่าจะเอียงที่ 45 องศา; ความหนาของโพลาไรเซอร์เพียง 0.1 มม. ซึ่งช่วยลดความหนาโดยรวมของเครื่องเหลือ 9.8 มม.
การควบคุมการใช้พลังงาน: การออกแบบสะท้อนแสงช่วยลดการใช้พลังงานจากแบ็คไลท์ลง 50% และยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ที่ชาร์จครั้งเดียวเป็น 15 วัน
