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廣視角補(bǔ)償原理及廣視角技術(shù)的應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-10-18 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

多年來薄膜電晶體液晶顯示器()一直是被寄予厚望的科技產(chǎn)品,延伸轉(zhuǎn)變到今天已成為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品。廠商不斷的更新顯示結(jié)構(gòu)、提升制程技術(shù)及提高大型化量產(chǎn)能力,而今產(chǎn)品應(yīng)用終能落實(shí)擴(kuò)展到完整的領(lǐng)域。

完整的家族應(yīng)該涵蓋有手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝影機(jī)(Digital Video Camera,DVC)、個(gè)人數(shù)碼助理(Personal Digistal Assistant,PDA)、AV、車用瀏覽器面板(Car Navigator)、平板電腦(Tablet PC)、筆記型電腦、顯示器、液晶電視(LCD TV)等應(yīng)用。在此之前的液晶顯示器采用的多是傳統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)向列式(Twisted Nematic,TN)顯示模式,此模式的產(chǎn)品確也撐起了這行業(yè)的幾年興衰,但當(dāng)多家面板廠商前仆后繼的投入生產(chǎn)后,供需的起伏確實(shí)讓此產(chǎn)品有著強(qiáng)烈的景氣循環(huán)依存性,不過這樣的狀況到了最近一兩年已經(jīng)改觀。多樣性的顯示技術(shù)和面板大型化,讓TFT LCD產(chǎn)業(yè)破網(wǎng)而出,似乎想就此向景氣循環(huán)劃清界限。其中所謂的多樣性顯示技術(shù),受矚目的兩大新課題即為廣視角(Wide Viewing Angle)和反射式(Reflective Type)技術(shù)。本文即針對(duì)一般不常提到的原理和的產(chǎn)品應(yīng)用情形加以說明。

原理及技術(shù)發(fā)展

使用液態(tài)晶體做為光切換介質(zhì),事實(shí)上晶體就是有方向性的物質(zhì),因此在光線切換上也有角度依存性,這也是為什么液晶顯示器有視角上的問題。此外,液晶在不同電壓下的排列不同,看到的光學(xué)結(jié)果也隨之變化。也就是說,液晶光學(xué)特性是同時(shí)隨視角和電壓所影響。

對(duì)比(Contrast Ratio,CR)的定義,一般不特別說明是指垂直方向?qū)Ρ龋舜怪狈较蛩曌盍翣顟B(tài)TB除以最暗狀態(tài)TD的比值,分別是操作在兩個(gè)電壓下。以尋常白(Normally White,NW)操作模式而言,最小電壓Vmin的是最亮狀態(tài),而最大電壓Vmax的是最暗狀態(tài);尋常黑(Normally Black,NB)操作模式則相反。同樣以此兩電壓操作液晶,斜向觀察到的亮度會(huì)各和垂直方向有異,也代表斜向?qū)Ρ雀淖儯ǔP毕蚪嵌仍酱笥^察到的CR越小。

基本的視角(Viewing Angle)定義,就是在CR仍有10的最大斜向角度。事實(shí)上一個(gè)液晶顯示器的視角好壞,應(yīng)該仍有依照色偏(Color Shift)、灰階反轉(zhuǎn)(Gray Level Inversion)、穿透率均勻性(Transmittance Uniformity)等因素之最差可接受程度所在斜向角來定義,只是目前的視角定義幾乎仍以CR為判斷依據(jù)。而CR值的好壞受暗態(tài)TD影響最大,因其位于分母,故欲補(bǔ)償液晶盒(LC Cell)的視角應(yīng)專挑暗態(tài)來補(bǔ)。

增加液晶顯示器視角有補(bǔ)償膜(Compensation Film)、多域畫素配置、本質(zhì)上液晶配置以及自我補(bǔ)償?shù)人姆N方式,以下將分別討論。

補(bǔ)償膜方式增大視角

利用補(bǔ)償膜補(bǔ)償視角的目的有二,一是補(bǔ)償上下互為正交(Orthogonal)的偏光片組之斜向暗態(tài)漏光;二是補(bǔ)償液晶本身在斜向角度觀察下會(huì)有的暗態(tài)漏光。前者的補(bǔ)償相當(dāng)簡(jiǎn)單,可在兩偏光片的某一片上加上a-plate,如圖1所示;后者在理論上可用一個(gè)層層向上對(duì)稱于液晶層光學(xué)折射率異方性(Refractive Anisotropy)分布但異型的光學(xué)晶體補(bǔ)償,如圖2所示。至于補(bǔ)償視角所用的補(bǔ)償膜是固定不動(dòng)的晶體,不若液晶本身可施加電壓改變晶體分布狀態(tài),因此針對(duì)第二種情況,便只能選擇某一液晶層分布狀態(tài)為基準(zhǔn)來補(bǔ)。故以垂直本身配向(Vertically Aligned或稱Homeotropically Aligned,一般用在Normally Black)和水平配向(Homogeneously Aligned,一般用在Noormally White)兩種方式類的顯示模式,若要使用補(bǔ)償膜來補(bǔ)償暗態(tài)斜向漏光以擴(kuò)增視角,就需分別使用負(fù)型的c-plate和負(fù)型的o-late(見圖1)。幾乎所有的液晶顯示模式想要達(dá)成廣視角,都必須加上補(bǔ)償膜,基中扭轉(zhuǎn)向列式液晶配合補(bǔ)償膜的Film TN則單獨(dú)使用此種方式來增大視角。

多域畫素配置方式

有了補(bǔ)償膜方式,事實(shí)上只能針對(duì)某一液晶層傾倒分布狀態(tài)(通常為最暗狀態(tài)),故此狀態(tài)之外的其他灰階狀態(tài)并無法靠補(bǔ)償膜補(bǔ),補(bǔ)償膜頂多只能說是做到暗狀態(tài)TD的補(bǔ)償,在灰階間的液晶分子傾倒排列,需另覓途徑補(bǔ)償,使用液晶本身的多域(Multi Domain)補(bǔ)償,是個(gè)再好不過的方式。這種方式雖說不能完美的補(bǔ)掉各不同視角下看到的液晶位相差值(Phase Retardation)不同的問題,但可以達(dá)到不同灰階會(huì)自動(dòng)調(diào)整不同補(bǔ)償之優(yōu)點(diǎn),特別對(duì)于視角變大時(shí)之灰階反轉(zhuǎn)特性有極大的改善,這是補(bǔ)償膜所做不到的。因此一個(gè)真正好的廣視角液晶顯示技術(shù)除了要有補(bǔ)償膜補(bǔ)償視角,還要有多域畫素配置方式。

一般的TN顯示模式頂多做到補(bǔ)償膜補(bǔ)償視角方式,因此此種模式想要再增加多域設(shè)計(jì),會(huì)在實(shí)際量產(chǎn)制程上遇到技術(shù)瓶頸,也就是需要讓一個(gè)畫素的各種領(lǐng)域(Domain)有不同的配向(Rubbing)方向,然而并非沒有此方式的結(jié)構(gòu),只有限于文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)或留于原型(Prototype)的層次。但在垂直配向(VA)上的應(yīng)用則非常實(shí)用,且堪稱TV的標(biāo)準(zhǔn)配備,這乃因?yàn)閂A的配向可用畫素本身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到的非操作時(shí)之多域預(yù)傾(Pretilt)及操作時(shí)的多預(yù)橫向電場(chǎng)傾倒驅(qū)動(dòng),解決了需靠Rubbing來達(dá)成多域的實(shí)際量產(chǎn)難題。因此VA都可輕易導(dǎo)入多域的設(shè)計(jì),即所謂的MVA(Multi-Domain VA),讓大視角(Polar Angle)下之不同方位角(Azimuthal Angle)看到的光學(xué)在任何方向平均,沒有強(qiáng)烈的方向依存性。由富士通(Fujitsu)提出的MVA即是此種增大視角方式的代表性顯示模式,其他如Samsung提出的PVA(Patterned VA)、Sharp提出的CPA(Continuous Pine-Wheel)也都屬于這種技術(shù)。

共平面切換顯示模式

晶體是有方向性的物質(zhì),在光學(xué)上一定有角度依存性,這也是為什么液晶顯示器有視角上的問題,不過眾多的液晶顯示模式中,一定存在一種液晶分子切換排列配置是有本質(zhì)上較好的視角特性,這種模式就是讓液晶分子只在同一平行于偏光片平面上切換的方式,稱之為共平面切換(In-Plane Switching,IPS)模式。從晶體光學(xué)的角度來看,它有著本質(zhì)上的廣視角,并不需要補(bǔ)償膜做光學(xué)補(bǔ)償就可在各個(gè)大視角達(dá)到很緩和的光學(xué)差異變化。事實(shí)上,IPS于方位角上的光學(xué)差異變化并非同樣如此緩和,只不過就人體工學(xué)而言,人們?nèi)タ匆粋€(gè)顯示器時(shí),在大視角上變換的機(jī)會(huì)遠(yuǎn)多于在方位角上的變換。況且IPS仍可藉由楔型電極的安排以一次Rubbing配向達(dá)成Azimuthal上的多域設(shè)計(jì),一般設(shè)計(jì)成2 Domain的方式,即為Matsushita提出的Super-IPS(S-IPS)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然,IPS的廣視角使得我們不需補(bǔ)償液晶本身在斜向角度觀察下的暗態(tài)漏光,也就是說IPS完全不用補(bǔ)償膜在廣視角表現(xiàn)上就已相當(dāng)好,但畢竟上下互為正交的偏光片組斜向暗態(tài)漏光仍然存在,為求更完美的視角特性表現(xiàn),Hitachi進(jìn)一步把此補(bǔ)償加在其Advanced Super-IPS(AS-IPS)上。

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