第三章3 液晶廣角技術(shù)

LCD寬視角化技術(shù)的進(jìn)展導(dǎo)致視角狹窄的根本原因LCD擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，但視角有個(gè)向異性和范圍較小的弱點(diǎn)。離開(kāi)垂直顯示板法向，對(duì)比度下降。因此寬視角技術(shù)一直是液晶顯示的重要研究課題。液晶的視角問(wèn)題是由液晶本身的工作原理決定的。入射光線(xiàn)與液晶長(zhǎng)軸的夾角越小，雙折射越??；反之越大。偏離液晶屏法線(xiàn)方向的入射光線(xiàn)與液晶分子長(zhǎng)軸夾角不同，造成不同視角下有效光程差不同。液晶盒的最佳光程差是按垂直入射光線(xiàn)設(shè)計(jì)的。故視角越大，最小透過(guò)率增加。理論上在玻璃電極板通電時(shí)，光線(xiàn)透過(guò)垂直于基板的液晶分子后是無(wú)法穿透第二塊偏振片的，但實(shí)際上此時(shí)若在某些特定角度范圍內(nèi)會(huì)看到液晶分子的長(zhǎng)軸，即該角度上的透光率反而增加了，這樣低灰階的畫(huà)面看上去可能比高灰階的亮度還高，這就是TN模式液晶顯示器所固有的灰階逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在B處正視屏幕看到的是正常的中灰階畫(huà)面，而在A或者C處看到的卻是高灰階和低灰階，這樣所看到的畫(huà)面其灰階也隨觀看角度不同而漸變。從上面的視角特性圖我們可以看出，TN模式液晶的視角特性很不均勻，其垂直方向視角遠(yuǎn)比水平視角要差，而且在屏幕下方較大的角度范圍內(nèi)都會(huì)看到灰階逆轉(zhuǎn)。（一）相差膜補(bǔ)償法在液晶面上加貼一片一定數(shù)值的相位差膜以改善視角特性的方法。TN＋Film廣視角技術(shù)被廣泛應(yīng)用于主流液晶顯示器補(bǔ)償膜并不只貼在液晶面板表面?zhèn)?，而是液晶盒的兩?cè)。當(dāng)光線(xiàn)從下方穿過(guò)補(bǔ)償薄膜后便有了負(fù)的相位延遲（因?yàn)檠a(bǔ)償薄膜△n＜0）,進(jìn)入液晶盒之后由于液晶分子的作用，在到液晶盒中間的時(shí)候，負(fù)相位延遲給正延遲抵消為0。當(dāng)光線(xiàn)繼續(xù)向上進(jìn)行又因?yàn)槭艿缴喜糠忠壕Х肿拥淖饔枚诖┏鲆壕Ш械臅r(shí)候有了正的相位延遲，當(dāng)光線(xiàn)穿過(guò)上層補(bǔ)償薄膜后，相位延遲剛好又被抵消為0。這樣用精確的補(bǔ)償薄膜配合TN模式液晶可以取得很好的改善視角效果。（一）相差膜補(bǔ)償法（1）由于TN模式液晶顯示器在加電后呈暗態(tài)，未加電時(shí)呈亮態(tài)，因此它屬于NW（NormalWhite常亮）模式液晶。當(dāng)由于各種因素造成某些像素上的TFT（薄膜晶體管）損壞時(shí)，電壓就無(wú)法加到該像素上，這樣該像素上的液晶分子無(wú)法得到扭轉(zhuǎn)的動(dòng)力，在任何情況下光線(xiàn)都將穿透液晶盒兩端的偏振片使該像素永遠(yuǎn)處于亮態(tài)，這就是我們常說(shuō)的亮點(diǎn)。TN＋Film模式的廣視角技術(shù)沒(méi)有對(duì)此進(jìn)行任何改進(jìn)，所以仍然存在亮點(diǎn)較多的問(wèn)題。（2）應(yīng)用TN＋Film廣視角技術(shù)的液晶顯示器除了在視角上比普通TN液晶顯示器有所進(jìn)步之外，TN模式液晶的其他缺點(diǎn)如響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、開(kāi)口率低、最大色彩數(shù)少等等也毫無(wú)遺漏地繼承了下來(lái)。相差膜補(bǔ)償法的局限性（二）多疇TN針對(duì)TN模式液晶顯示器對(duì)某一特定視角的依存性特性，采用多組長(zhǎng)軸方向不同的液晶分子來(lái)合成一個(gè)像素，這樣用不同朝向的液晶分子來(lái)補(bǔ)償不同方向的視角，精確地設(shè)計(jì)好它們之間的排列，其合成的視角也可以達(dá)到比較理想的效果。雙疇模式的原理圖，疇A和疇B的液晶分子取向正好相反，這樣可以解決好水平或者垂直方向的視角問(wèn)題多疇結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)多疇結(jié)構(gòu)需要多次摩擦和光刻，工藝十分復(fù)雜。理論上單個(gè)像素的液晶分子包含的疇越多，合成的視角特性越好，但疇數(shù)大約4以后性能提高并不多。多疇TN-LCD在高端LCD中獲得了應(yīng)用，雙疇結(jié)構(gòu)的視角達(dá)到了±60度。但在不犧牲亮度的情況下，獲得較高對(duì)比度有困難。（五）OCB（OpticallyCompensatedBend/OpticalCompensatedBirefringence，光學(xué)補(bǔ)償彎曲排列/光學(xué)補(bǔ)償雙折射）廣視角技術(shù)利用其設(shè)計(jì)巧妙的液晶分子排列來(lái)實(shí)現(xiàn)自我補(bǔ)償視角，所以它又叫自補(bǔ)償模式。在自補(bǔ)償和雙軸光學(xué)膜的補(bǔ)償下，OCB模式的液晶可以實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的可視角度，而且視角均勻性非常好。如圖，在不同的方位也不會(huì)出現(xiàn)TN模式固有的灰階逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。OCB模式工作于液晶分子的雙折射現(xiàn)象在無(wú)電場(chǎng)條件下，透過(guò)光也會(huì)產(chǎn)生光程差，所以要加一層雙軸光學(xué)補(bǔ)償膜，以抵消這個(gè)光程差。盒內(nèi)液晶分子不扭曲，只是在一個(gè)平面內(nèi)彎曲排列。液晶分子排列是上下對(duì)稱(chēng)的，這樣由下面液晶分子雙折射性導(dǎo)致的相位偏差正好可以利用上部分的液晶分子自行抵消，相對(duì)其他配向分割模式，OCB的制造工藝更簡(jiǎn)單一些。優(yōu)點(diǎn)：OCB模式在常態(tài)下（無(wú)電場(chǎng)）也顯示暗態(tài)，屬于“常黑”模式液晶，因此OCB出現(xiàn)“亮點(diǎn)”的幾率也不高。OCB還原的黑色特別純。OCB最大的特點(diǎn)就是響應(yīng)速度快，即使是響應(yīng)時(shí)間也不會(huì)超過(guò)10ms，目前已經(jīng)有1ms到5ms的產(chǎn)品。缺點(diǎn)：1.對(duì)三種單色光的透過(guò)率不一樣。2.透射由于OCB模式在無(wú)電場(chǎng)情況下分子是平行于Panel的，這樣為了實(shí)現(xiàn)液晶分子的彎曲排列，每次開(kāi)機(jī)都需要一定的預(yù)置時(shí)間來(lái)讓液晶分子扭動(dòng)到合適位置之后才能正常工作。（六）平面控制模式（IPS－mode)IPS（InPlaneSwitching）模式的廣視角技術(shù)是在液晶分子長(zhǎng)軸取向上做文章，應(yīng)用IPS廣視角技術(shù)的液晶顯示讓觀察者任何時(shí)候都只能看到液晶分子的短軸，因此在各個(gè)角度上觀看的畫(huà)面都不會(huì)有太大差別，這樣就比較完美地改善了液晶顯示器的視角。結(jié)構(gòu)：細(xì)條型的正負(fù)電極間隔排列在基板上把電壓加到電極上，原來(lái)平行于電極的液晶分子會(huì)旋轉(zhuǎn)到與電極垂直的方向，但液晶分子長(zhǎng)軸仍然平行于基板，控制該電壓的大小就把液晶分子旋轉(zhuǎn)到需要的角度，配合偏振片就可以調(diào)制極化光線(xiàn)的透過(guò)率，以顯示不同的色階。過(guò)程：1偏振片交叉放置2不加電場(chǎng)時(shí)液晶分子沒(méi)有擾動(dòng)，呈暗態(tài)3加電場(chǎng)時(shí)，液晶分子產(chǎn)生45°轉(zhuǎn)動(dòng)，透射達(dá)到最大值。特點(diǎn)：（1）由于消除了扭曲排列，有極好的視角特性。（2）上下電極做在一塊基板上，開(kāi)口率降低。（3）目前采用公用電極、梳型電極等方案增加透射率。IPS同扭曲向列液晶的區(qū)別IPS起初是由Hitachi所發(fā)展，但現(xiàn)在NEC及Nokia也采用這項(xiàng)技術(shù)。垂直取向模式當(dāng)電壓加到液晶上時(shí)，液晶分子便倒向不同的方向。這樣從不同的角度觀察屏幕都可以獲得相應(yīng)方向的補(bǔ)償，也就改善了可視角度。MVA（Multi-domainVerticalAlignment）模式的液晶顯示器。其液晶分子長(zhǎng)軸在未加電時(shí)不像TN模式那樣平行于屏幕，而是垂直于屏幕，并且每個(gè)像素都是由多個(gè)這種垂直取向的液晶分子疇組成。MVA廣視角技術(shù)原理分析

它依靠叫做Protrusion的屋脊?fàn)钔蛊鹞飦?lái)使液晶本身產(chǎn)生一個(gè)預(yù)傾角（Pre-tiltAngle）。這個(gè)凸起物頂角的角度越大，則分子長(zhǎng)軸的傾斜度就越小。早期的VA模式液晶凸起物只在一側(cè)，后期的MVA凸起物則在上下兩端。如圖是一種雙疇VA模式液晶。未加電時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸垂直于屏幕，只有在靠近凸起物電極的液晶分子略有傾斜，光線(xiàn)此時(shí)無(wú)法穿過(guò)上下兩片偏光板。當(dāng)加電后，凸起物附近的液晶分子迅速帶動(dòng)其他液晶轉(zhuǎn)動(dòng)到垂直于凸起物表面狀態(tài)，即分子長(zhǎng)軸傾斜于屏幕，透射率上升從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制光線(xiàn)。如圖，在B處看到的是中灰階，在A和C處能同時(shí)看到的高灰階和低灰階，混色后正好是中灰階在這種雙疇模式中相鄰的疇分子狀態(tài)正好對(duì)稱(chēng)，長(zhǎng)軸指向不同的方向，VA模式就是利用這種不同的分子長(zhǎng)軸指向來(lái)實(shí)現(xiàn)光學(xué)補(bǔ)償.優(yōu)點(diǎn)：如果采用雙軸性光學(xué)薄膜補(bǔ)償，將會(huì)得到比較理想的視角。壞點(diǎn)為“暗點(diǎn)”，要更難發(fā)現(xiàn)，也就是說(shuō)對(duì)畫(huà)面影響更小，用戶(hù)也較容易接受。正面對(duì)比度可以做得非常好，即使要達(dá)到1000:1也并不難采用MVA技術(shù)的明基BenQFP991，對(duì)比度達(dá)到700:1