Optical Characterization and Optimization of Display Components : Some Applications to Liquid-Crystal-Based and Electrochromics-Based Devices

This dissertation is focused on theoretical and experimental studies of optical properties of materials and multilayer structures composing liquid crystal displays (LCDs) and electrochromic (EC) devices. By applying spectroscopic ellipsometry, we have determined the optical constants of thin films of electrochromic tungsten oxide (WOx) and nickel oxide (NiOy), the films’ thickness and roughness. These films, which were obtained at spattering conditions possess high transmittance that is important for achieving good visibility and high contrast in an EC device. Another application of the general spectroscopic ellipsometry relates to the study of a photo-alignment layer of a mixture of azo-dyes SD-1 and SDA-2. We have found the optical constants of this mixture before and after illuminating it by polarized UV light. The results obtained confirm the diffusion model to explain the formation of the photo-induced order in azo-dye films. We have developed new techniques for fast characterization of twisted nematic LC cells in transmissive and reflective modes. Our techniques are based on the characteristics functions that we have introduced for determination of parameters of non-uniform birefringent media. These characteristic functions are found by simple procedures and can be utilised for simultaneous determination of retardation, its wavelength dispersion, and twist angle, as well as for solving associated optimization problems. Cholesteric LCD that possesses some unique properties, such as bistability and good selective scattering, however, has a disadvantage – relatively high driving voltage (tens of volts). The way we propose to reduce the driving voltage consists of applying a stack of thin (~1µm) LC layers. We have studied the ability of a layer of a surface stabilized ferroelectric liquid crystal coupled with several retardation plates for birefringent color generation. We have demonstrated that in order to accomplish good color characteristics and high brightness of the display, one or two retardation plates are sufficient.

"Tekniken fångar mig" : Hur högstadie- och gymnasieflickor tänker om biologi, kemi, fysik och teknik

Den här studien tar sin utgångspunkt i genusteorier och de naturvetenskapliga och tekniska ämnesområdena i skolsammanhang. Syftet är att undersöka vad flickor tänker om ämnena biologi, kemi, fysik och teknik och hur det påverkar valet av fortsatta studier. I undersökningen deltar flickor i grundskolans årskurs 9 och gymnasiets årskurs 3. I undersökningen användes intervjuer, fokussamtal och enkäter. Resultaten visar att ett personligt ämnesintresse, den egna förmågan och förebilder i familj och kamrater bidrar till att flickor väljer naturvetenskapliga och tekniska studier. Betydelsefullt är att ämnesintresset på något sätt finns i flickornas vardagsliv exempelvis ett naturintresse. Av vikt för att flickorna väljer dessa studier är att de befinner sig i en omgivning, ex familj, som stödjer och främjar naturvetenskapliga och tekniska intressen och studier. Resultaten visar också några av de egenskaper som behövs för att göra gränsöverskridande studieval. Däremot visar resultatet att arbetssätten påverkar i mindre grad till ett personligt intresse för fortsatta studier. Identifieringen med en grupp för att känna tillhörighet är av betydelse i val av ämnesstudier.

Skadefallsutredning av havererade lager för högtemperaturstillämpningar

GIA industri AB är ett industriföretag som designar och monterar maskiner och hjälpmedel till gruv- och stålindustrin. GIA har blivit kontaktade av en kund där glidlagren till en lyftkrok på en skänklastare har skurit. Syftet med projektet var att utreda varför dessa glidlager har skurit och, om det var möjligt, föreslå lämpliga åtgärder för att undvika att liknande haverier sker i framtiden.Inledningsvis gjordes en omfattande litteraturstudie över olika vanliga lagerhaverier och vilka primära krav ett glidlagermaterial och tillhörande smörjmedel bör uppfylla. Utvalda provbitar från de skadade lagren undersöktes med hjälp av ljusoptisk mikroskopi, svepelektronmikroskopi, energidispersiv röntgenanalys och optisk ytprofilometri. Mikroskopistudierna visade att ytan var väldigt ojämn och att det skyddande fosfatskiktet var bortnött på flera ställen vilket gav kontakt metall mot metall där smörjningen inte fungerat optimalt, vilket skapat en kraftig adhesiv nötning. I tvärsnittsproverna kan man konstatera att de kraftigt nötta områdena är ytutmattade med en omfattande sprickbildning. Sprickorna har växt till och flagor har lossnat och blivit kvar i systemet och orsakat abrasiv nötning på ytan. Det hittades även stora mängder slagginneslutningar (Al2O3) i materialet och dessa var av modell större vilket är negativt då dessa är betydligt hårdare än det övriga materialet vilket ger upphov till höga spänningskoncentrationer och sprickbildning.Tänkbara orsaker till varför de aktuella lagren skurit är att konstruktionen av skänken saknat en värmeskyddande sköld och att lagren då utsatts för en för stor värmepåverkan då skänken använts för att frakta varm slagg i. Detta kan ha gjort att smörjmedlets viskositet har minskat och därmed inte uppfyllt sin bärande funktion och då gett materialet möjlighet att få en kontakt mellan metall och metall. Ett felaktigt valt smörjmedel och felaktigt bearbetade lagerytor är också mycket tänkbara orsaker till att lagren skurit. Materialets innehåll av defekter i form av hårda inneslutningar som kan skapa ytutmattning och sprickbildning är en annan tänkbar orsak. Troligast är att det är en kombination av dessa möjliga orsaker som gjort att lagren skurit. Hur man ska undvika liknande haverier i framtiden är svårt att säga då den direkta orsaken till varför lagren skurit inte kunnat fastställas.

Arbete med naturvetenskap i förskolan : En intervjustudie med pedagoger i förskolan och skolchefer i kommunen

Studiens syfte är att ta del av skolchefernas och pedagogernas syn på naturvetenskap i förskolan och hur pedagogerna beskriver att de arbetar med naturvetenskap i verksamheten. De frågeställningar vi vill ha svar på är: Hur ser skolcheferna och pedagogerna på naturvetenskap i förskolan? Vad har pedagogerna för intresse och kunskaper i naturvetenskap, och hur beskriver pedagogerna att det visar det sig i verksamheten? På vilket sätt är skolcheferna och pedagogerna medvetna om de reviderade strävansmålen för naturvetenskap i Lpfö-98, rev. 2010?För att söka svar på frågeställningarna har vi använt oss av kvalitativa intervjuer med åtta pedagoger fördelade på fyra förskolor uppdelat i två kommuner med varsin skolchef.I studien kom det fram att skolcheferna och pedagogerna tyckte det var viktigt med naturvetenskap i förskolan, de vill ta tillvara barnens nyfikenhet och intresse för naturvetenskap. Pedagogernas tankar om naturvetenskap handlar mest om arbetsområdet biologi, medan arbetsområdena kemi och fysik anses vara svårare och synliggörs inte lika mycket i verksamheten enligt pedagogerna. Skolcheferna och pedagogerna ansåg också att metoder såsom utforskande och experimenterande passar bra för barnen i förskolan. Både skolchefer och pedagoger är medvetna om de nya strävansmålen i Lpfö-98, rev. 2010 och tycker att det är bra med ett tydligt ansvar för förskollärarna.Resultatet av studien visar att pedagogernas intresse och kunskaper inom naturvetenskap är den naturvetenskap, alltså biologi som de förmedlar till barnen i sin verksamhet på förskolan. Hälften av de intervjuade pedagogerna ansåg sig ha ett behov av utbildning inom det naturvetenskapliga ämnet, för att själva kunna bli säkrare och använda flera naturvetenskapliga begrepp i sitt rätta sammanhang.

Ramprogram solfångarutveckling och systematik. FoU 1997-1999. Slutrapport BFR projekt 19960605

Man kan förbättra energibesparingen på årsbasis för ett traditionellt svenskt kombisolvärmesystem från knappt 20 % för ett referenssystem till över 25 %. Alla de studerade systemen har 10 m2 solfångare, lika stor tank, och samma värme- och tappvarmvattenlast. Skillnaderna består endast i systemutformning. Arbetet har utförts genom mätningar i värmelaboratorium och simuleringsberäkningar. Inom området optisk design av solenergisystem har metoder utvecklats för: - analys av solinstråningens himmelsfordelning och asymmetriska årsfordelning - optimering av sollangare med reflektorer - optimering av solceller med tillsatsreflektorer Programmet PRESIM, grafisk indatabehandlare till simuleringsprogrammet TRNSYS, har vidareutvecklats i linje med användarnas önskemål, men förutsättningarna för fortsatt utveckling har försämrats. En förbättrad version, delvis finansierad av Statens energimyndighet och anpassad till TRNSYS 15.0, kommer att släppas under år 2000, men därefter kommer aktiviteten att ligga på en lägre nivå.

Determination of Thermal and Blue Light Photochemical Hazard Protection needed by Automatic Welding filters

Recent developments in biological research, has shown that the initial maximum permissible exposure (MPE) limits for protection of workers from risks associated with artificial optical radiations were more stringent than needed. Using the most recent MPE limits for artificial optical radiation this piece of work was focused on the investigation of the level of visible light attenuation needed by automatic welding filters in case of switching failure. Results from the comparison of different exposure standards were employed in investigating the need of Vis/IR and blue light transmittance requirement for automatic welding filters. Real and arbitrary spectra were taken into consideration for the worst and best case scenarios of artificial optical radiations. An excel worksheet developed during the execution of this project took into consideration the exposure from different light sources and the precision of the spectrometer used in measuring the transmittances of a welding filter. The worksheet was developed and tested with known product properties to investigate the validity of its formulation. The conclusion drawn from this project was that attenuation in the light state will be needed for products with the darkest state shade 11 or higher. Also shown is that current welding filter protects the eye well enough even in the case of switching failure.

Naturvetenskap i förskolan : En intervjustudie om pedagogers beskrivning av barns naturvetenskapliga lärande i åldern 1-3 år

Syftet med denna studie är att få kunskap om hur pedagoger i förskolan beskriver att de arbetar med naturvetenskap och barn i åldern 1-3 år samt hur de beskriver sina erfarenheter av hur barn lär sig naturvetenskap. För att söka denna kunskap användes följande frågeställningar: ”Hur beskriver pedagoger sina erfarenheter av hur små barn lär sig naturvetenskap?”, ”Vad beskriver pedagoger att små barn i förskolan behöver lära sig i naturvetenskap?”, ”På vilket sätt uttrycker pedagoger att de skapar förutsättningar för små barns naturvetenskapliga lärande?”, samt ”Hur beskriver pedagoger att de arbetar med naturvetenskap med små barn?”. Studien har genomförts genom intervjuer med fem pedagoger i en kommun i Mellansverige. Respondenterna anser att barns naturvetenskapliga lärande handlar om att barn får undersöka, utforska och uppleva naturvetenskap med sin kropp. Intervjusvaren påvisar att barns spontana naturvetenskapliga verksamhet är en stor del av respondenternas arbete med naturvetenskap i förskolan. Respondenterna ser även sig själva och sitt engagemang och intresse som en viktig förutsättning för barns naturvetenskapliga lärande. Sitt arbete med naturvetenskap i förskolan beskriver respondenterna som att det mest handlar om ämnet biologi. Då respondenterna exemplifierade olika aktiviteter eller händelser som de menar speglar deras naturvetenskapliga verksamhet i förskolan så anger de bland annat arbete med växtprocesser, vattenlek, bygglek, årstider, väder, internet och naturkännedom. Genom dessa exempel påvisar respondenterna även aktiviteter inom kemi, fysik och teknik och inte bara inom biologi.

Anomalous spin-related quantum phase in mesoscopic hole rings

We have obtained numerically exact results for the spin-related geometric quantum phases that arise in p-type semiconductor ring structures. The interplay between gate-controllable (Rashba) spin splitting and quantum-confinement-induced mixing between hole-spin states causes a much higher sensitivity of magnetoconductance oscillations to external parameters than previously expected. Our results imply a much-enhanced functionality of hole-ring spin-interference devices and shed new light on recent experimental findings.

Sagnac rotational phase shifts in a mesoscopic electron interferometer with spin-orbit interactions

The Sagnac effect is an important phase coherent effect in optical and atom interferometers where rotations of the interferometer with respect to an inertial reference frame result in a shift in the interference pattern proportional to the rotation rate. Here, we analyze the Sagnac effect in a mesoscopic semiconductor electron interferometer. We include in our analysis the Rashba spin-orbit interactions in the ring. Our results indicate that spin-orbit interactions increase the rotation-induced phase shift. We discuss the potential experimental observability of the Sagnac phase shift in such mesoscopic systems.

Effects of a quantum measurement on the electric conductivity : Application to graphene

We generalize the standard linear-response (Kubo) theory to obtain the conductivity of a system that is subject to a quantum measurement of the current. Our approach can be used to specifically elucidate how back-action inherent to quantum measurements affects electronic transport. To illustrate the utility of our general formalism, we calculate the frequency-dependent conductivity of graphene and discuss the effect of measurement-induced decoherence on its value in the dc limit. We are able to resolve an ambiguity related to the parametric dependence of the minimal conductivity.

Refraction in spacetime

Refraction, interference, and diffraction are distinguishing features of wavelike phenomena. Although they are usually associated only with a purely spatial wave-propagation pattern, analogs to interference and diffraction involving the spatio-temporal dynamics of waves in one dimension have been discussed. We complete the triplet of analogies by discussing how spatio-temporal analogs to refraction are exhibited by a quantum particle in one dimension that is scattering off a step barrier. Similarly, birefringence in spacetime occurs for a spin-1/2 particle in a magnetic field.

Fysikundervisningen i årskurs F-6 : En systematisk litteraturstudie om hur fysikundervisning kan utföras utanför klassrummet

Sammandrag Syftet med denna litteraturstudie var att kartlägga forskning om hur fysikundervisning kan utföras utanför klassrummet och avser undervisningen i årskurs F-6. Frågeställningarna har besvarats med hjälp av en systematisk litteraturstudie i databaserna Google Scholar, ERIC, avhandlingar.se, NorDiNa och DiVA. Resultaten visar att stora delar av kursplanen i fysik går att tillämpa utanför klassrummet och det område som berörs mest i litteraturen är kopplat till undervisning om kraft och rörelse. Många platser utomhus kan användas för undervisningen i fysik, t.ex. skolgården, som är det vanligaste exemplet, men även, tivolin, nöjesparker, museum och utställningar. Bland annat lyfts fördelarna med att bedriva undervisning i en autentisk miljö samt möjligheten att bättre fånga elevernas intresse för fysik fram. Utmaningarna handlar främst om kompetensutveckling hos pedagogerna, både inom ämnet fysik och om utomhuspedagogik generellt.

Gravitational self-localization for spherical masses

In this work, I consider the center-of-mass wave function for a homogenous sphere under the influence of the self-interaction due to Newtonian gravity. I solve for the ground state numerically and calculate the average radius as a measure of its size. For small masses, M≲10−17 kg, the radial size is independent of density, and the ground state extends beyond the extent of the sphere. For masses larger than this, the ground state is contained within the sphere and to a good approximation given by the solution for an effective radial harmonic-oscillator potential. This work thus determines the limits of applicability of the point-mass Newton Schrödinger equations for spherical masses. In addition, I calculate the fringe visibility for matter-wave interferometry and find that in the low-mass case, interferometry can in principle be performed, whereas for the latter case, it becomes impossible. Based on this, I discuss this transition as a possible boundary for the quantum-classical crossover, independent of the usually evoked environmental decoherence. The two regimes meet at sphere sizes R≈10−7 m, and the density of the material causes only minor variations in this value.

Extramuralt lärande i forskarmiljö : Gymnasieforskarskola för klasser inom NV-programmen

Kan det vara så att extramuralt lärande i forskarmiljö för elever vid gymnasiets naturvetenskapliga program kan öka motivationen till vidare studier inom naturvetenskap? Extramuralt lärande innebär allt lärande som sker under aktiviteter utanför skolan. Jag har i den här studien följt och intervjuat en klass i åk 2 som tillbringat en vecka på forskarskola i Garpenberg. En av frågorna i denna studie var om arbetssättet påverkat dem, och i så fall hur, om det har lockat eller avskräckt? Resultatet visar att alla elever i den här studien tyckte att forskarveckan var rolig och intressant. Ungefär 80% hade redan innan bestämt sig för att läsa vidare, men ca 45% ansåg att deras motivation till att läsa vidare hade ökat i och med forskarskolan. Höstens resultat ligger lite över genomsnittet som visar att ca 31% av gymnasieeleverna som under de sex åren som forskarskolan funnits har upplevt en ökad studiemotivation. En internationell studie från England inom extramuralt lärande visar på att många elever tycker att skolundervisningen är tråkig, irrelevant och för gammal och att den har en design som endast tilltalat ett fåtal elever. Däremot tycker eleverna att extramuralt lärande vid s k Science centers, botaniska trädgårdar och museum m fl presenterar vetenskapen på ett intressant och inspirerande sätt. Jag försöker i den här studien att se lärandet ur ett sociokulturellt perspektiv samt dra paralleller mellan tidigare studier om Science centers och min undersökning om forskarskolan som båda erbjuder extramuralt lärande. Jag anser dock att forskarskolan gör det lite mer konkret eftersom eleverna får genomföra ett projekt som de sedan redovisar inför alla forskare och övriga elever. Upplägget för ett besök på ett museum eller vetenskapscentra ser lite annorlunda ut. De allra flesta eleverna i studien insåg nyttan med att läsa ämnen som matematik, fysik, kemi och biologi, och de tyckte att arbetsformen att kombinera fältstudier med teori och laboratorieverksamhet var mycket givande. Eleverna ansåg att de under forskarskolan fått en inblick i hur det kan vara att arbeta som forskare men det var endast en elev som kunde tänka sig det yrket i framtiden. Studiens resultat gäller endast för de elever som deltagit i enkätundersökningen och kan inte sägas vara generaliserbart för alla elever på gymnasiets NV-program.

Simple Question, Complex Answer : Pathways Towards a 50% Decrease in Building Energy Use

Addressing building energy use is a pressing issue for building sector decision makers across Europe. In Sweden, some regions have adopted a target of reducing energy use in buildings by 50% until 2050. However, building codes currently do not support as ambitious objectives as these, and novel approaches to addressing energy use in buildings from a regional perspective are called for. The purpose of this licentiate thesis was to provide a deeper understanding of most relevant issues with regard to energy use in buildings from a broad perspective and to suggest pathways towards reaching the long-term savings objective. Current trends in building sector structure and energy use point to detached houses constructed before 1981 playing a key role in the energy transition, especially in the rural areas of Sweden. In the Swedish county of Dalarna, which was used as a study area in this thesis, these houses account for almost 70% of the residential heating demand. Building energy simulations of eight sample houses from county show that there is considerable techno-economic potential for energy savings in these houses, but not quite enough to reach the 50% savings objective. Two case studies from rural Sweden show that savings well beyond 50% are achievable, both when access to capital and use of high technology are granted and when they are not. However, on a broader scale both direct and indirect rebound effects will have to be expected, which calls for more refined approaches to energy savings. Furthermore, research has shown that the techno-economic potential is in fact never realised, not even in the most well-designed intervention programmes, due to the inherent complexity of human behaviour with respect to energy use. This is not taken account of in neither current nor previous Swedish energy use legislation. Therefore an approach that considers the technical prerequisites, economic aspects and the perspective of the many home owners, based on Community-Based Social Marketing methodology, is suggested as a way forward towards reaching the energy savings target.