顯示與成像技術(shù)-第一部顯示第三章3_液晶廣角技術(shù)

1、LCDLCD寬視角化技術(shù)的進展寬視角化技術(shù)的進展 導致視角狹窄的根本原因?qū)е乱暯仟M窄的根本原因LCD擁有眾多優(yōu)點，但視角有個向異性和范圍較小的弱點。離開擁有眾多優(yōu)點，但視角有個向異性和范圍較小的弱點。離開垂直顯示板法向，對比度下降。因此寬視角技術(shù)一直是液晶顯示垂直顯示板法向，對比度下降。因此寬視角技術(shù)一直是液晶顯示的重要研究課題。的重要研究課題。液晶的視角問題是由液晶本身的工作原理決定液晶的視角問題是由液晶本身的工作原理決定的。的。入射光線與液晶長軸的夾角越小，雙折射越入射光線與液晶長軸的夾角越小，雙折射越小；反之越大。??；反之越大。偏離液晶屏法線方向的入射光線與液晶分子偏離液晶屏法線方向的入

2、射光線與液晶分子長軸夾角不同，造成不同視角下有效光程差長軸夾角不同，造成不同視角下有效光程差不同。不同。液晶盒的最佳光程差是按垂直入射光線設(shè)計液晶盒的最佳光程差是按垂直入射光線設(shè)計的。故視角越大，最小透過率增加。的。故視角越大，最小透過率增加。理論上在玻璃電極板通電時，光線透過理論上在玻璃電極板通電時，光線透過垂直于基板的液晶分子后是無法穿透第垂直于基板的液晶分子后是無法穿透第二塊偏振片的，但實際上此時若在某些二塊偏振片的，但實際上此時若在某些特定角度范圍內(nèi)會看到液晶分子的長軸，特定角度范圍內(nèi)會看到液晶分子的長軸，即該角度上的透光率反而增加了，這樣即該角度上的透光率反而增加了，這樣低灰階的畫面

3、看上去可能比高灰階的亮低灰階的畫面看上去可能比高灰階的亮度還高，這就是度還高，這就是TN模式液晶顯示器所模式液晶顯示器所固有的灰階逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。固有的灰階逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 在在B處正視屏幕看到的是正常的處正視屏幕看到的是正常的中灰階畫面，而在中灰階畫面，而在A或者或者C處看處看到的卻是高灰階和低灰階，這到的卻是高灰階和低灰階，這樣所看到的畫面其灰階也隨觀樣所看到的畫面其灰階也隨觀看角度不同而漸變?？唇嵌炔煌鴿u變。 從上面的視角特性圖我們可以看出，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，其模式液晶的視角特性很不均勻，其垂直方向視角遠比水平視角要差，而且在屏幕下方較大的角度范圍內(nèi)都

4、會垂直方向視角遠比水平視角要差，而且在屏幕下方較大的角度范圍內(nèi)都會看到灰階逆轉(zhuǎn)?？吹交译A逆轉(zhuǎn)。 （一）相差膜補償法（一）相差膜補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。性的方法。TNFilm廣視角廣視角技術(shù)被廣泛應用技術(shù)被廣泛應用于主流液晶顯示于主流液晶顯示器器 補償膜并不只貼在液晶面板表面?zhèn)?，補償膜并不只貼在液晶面板表面?zhèn)?，而是液晶盒的兩?cè)。而是液晶盒的兩側(cè)。當光線從下方穿過補償薄膜后便有當光線從下方穿過補償薄膜后便有了負的相位延遲（因為補償薄膜了負的相位延遲（因為補償薄膜n0）,進入液晶盒之后由于液晶分子進入液晶盒之后由

5、于液晶分子的作用，在到液晶盒中間的時候，的作用，在到液晶盒中間的時候，負相位延遲給正延遲抵消為負相位延遲給正延遲抵消為0。當光線繼續(xù)向上進行又因為受到上當光線繼續(xù)向上進行又因為受到上部分液晶分子的作用而在穿出液晶部分液晶分子的作用而在穿出液晶盒的時候有了正的相位延遲，當光盒的時候有了正的相位延遲，當光線穿過上層補償薄膜后，相位延遲線穿過上層補償薄膜后，相位延遲剛好又被抵消為剛好又被抵消為0。這樣用精確的補償薄膜配合這樣用精確的補償薄膜配合TN模式模式液晶可以取得很好的改善視角效果。液晶可以取得很好的改善視角效果。 （一）相差膜補償法（一）相差膜補償法（1）由于）由于TN模式液晶顯示器在加電后呈

6、暗態(tài)，未加電時呈亮模式液晶顯示器在加電后呈暗態(tài)，未加電時呈亮態(tài)，因此它屬于態(tài)，因此它屬于NW（Normal White常亮）模式液晶。當由常亮）模式液晶。當由于各種因素造成某些像素上的于各種因素造成某些像素上的TFT（薄膜晶體管）損壞時，電（薄膜晶體管）損壞時，電壓就無法加到該像素上，這樣該像素上的液晶分子無法得到壓就無法加到該像素上，這樣該像素上的液晶分子無法得到扭轉(zhuǎn)的動力，在任何情況下光線都將穿透液晶盒兩端的偏振扭轉(zhuǎn)的動力，在任何情況下光線都將穿透液晶盒兩端的偏振片使該像素永遠處于亮態(tài)，這就是我們常說的亮點。片使該像素永遠處于亮態(tài)，這就是我們常說的亮點。TNFilm模式的廣視角技術(shù)沒有對此

7、進行任何改進，所以仍模式的廣視角技術(shù)沒有對此進行任何改進，所以仍然存在然存在亮點較多亮點較多的問題。的問題。 （2）應用）應用TNFilm廣視角技術(shù)的液晶顯示器除了在視角上比廣視角技術(shù)的液晶顯示器除了在視角上比普通普通TN液晶顯示器有所進步之外，液晶顯示器有所進步之外，TN模式液晶的其他缺點如模式液晶的其他缺點如響應時間長、開口率低、最大色彩數(shù)少等等也毫無遺漏地繼響應時間長、開口率低、最大色彩數(shù)少等等也毫無遺漏地繼承了下來承了下來 。相差膜補償法的局限性相差膜補償法的局限性（二）多疇（二）多疇TN 針對針對TN模式液晶顯示器對某一特定視角的依存性特性，采模式液晶顯示器對某一特定視角的依存性特性

8、，采用多組長軸方向不同的液晶分子來合成一個像素，這樣用不同用多組長軸方向不同的液晶分子來合成一個像素，這樣用不同朝向的液晶分子來補償不同方向的視角，精確地設(shè)計好它們之朝向的液晶分子來補償不同方向的視角，精確地設(shè)計好它們之間的排列，其合成的視角也可以達到比較理想的效果。間的排列，其合成的視角也可以達到比較理想的效果。 雙疇模式的原理圖，疇雙疇模式的原理圖，疇A和疇和疇B的液晶分子取向正好相反，這樣可以解決好水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題平或者垂直方向的視角問題 多疇結(jié)構(gòu)的特點多疇結(jié)構(gòu)的特點v多疇結(jié)構(gòu)需要多次摩擦和光刻，工藝十分復雜。v理論上單個像素的液晶分子包

9、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。v多疇TN-LCD在高端LCD中獲得了應用，雙疇結(jié)構(gòu)的視角達到了60度。但在不犧牲亮度的情況下，獲得較高對比度有困難。（五）（五）OCB（Optically Compensated Bend/Optical Compensated Birefringence，光學補償彎曲排列，光學補償彎曲排列/光學補償光學補償雙折射）雙折射）廣視角技術(shù)利用其設(shè)計巧妙廣視角技術(shù)利用其設(shè)計巧妙的液晶分子排列來實現(xiàn)自我的液晶分子排列來實現(xiàn)自我補償視角，所以它又叫自補補償視角，所以它又叫自補償模式。償模式。在自補償和雙軸光學膜的補在自補償和雙軸光學膜的補

10、償下，償下，OCB模式的液晶可以模式的液晶可以實現(xiàn)不錯的可視角度，而且實現(xiàn)不錯的可視角度，而且視角均勻性非常好。如圖，視角均勻性非常好。如圖，在不同的方位也不會出現(xiàn)在不同的方位也不會出現(xiàn)TN模式固有的灰階逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。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模式工作于液晶分子的雙折射現(xiàn)象折射現(xiàn)象在無電場條件下，透過光也會產(chǎn)在無電場條件下，透過光也會產(chǎn)生光程差，所以要加一層雙軸光生光程差，所以要加一層雙軸光學補償膜，以抵消這個光程差。學補償膜，以抵消這個光程差。盒內(nèi)液晶盒內(nèi)液晶分子不扭曲分子不扭曲，只是在一，只是在一個平面內(nèi)彎曲排列。個平面內(nèi)彎曲排列。液晶分子排列是上下對稱的，這液晶分

11、子排列是上下對稱的，這樣由下面液晶分子雙折射性導致樣由下面液晶分子雙折射性導致的相位偏差正好可以利用上部分的相位偏差正好可以利用上部分的液晶分子自行抵消，相對其他的液晶分子自行抵消，相對其他配向分割模式，配向分割模式，OCB的制造工的制造工藝更簡單一些。藝更簡單一些。 優(yōu)點：優(yōu)點：OCB模式在常態(tài)下（無模式在常態(tài)下（無電場）也顯示暗態(tài)，屬于電場）也顯示暗態(tài)，屬于“常常黑黑”模式液晶，因此模式液晶，因此OCB出現(xiàn)出現(xiàn)“亮點亮點”的幾率也不高。的幾率也不高。OCB還原的黑色特別純還原的黑色特別純 。OCB最大的特點就是響應速度最大的特點就是響應速度快，即使是響應時間也不會超快，即使是響應時間也不會

12、超過過10ms，目前已經(jīng)有，目前已經(jīng)有1ms到到5ms的產(chǎn)品。的產(chǎn)品。 缺點：缺點：1.對三種單色光的透過率對三種單色光的透過率不一樣。不一樣。2. 透射由于透射由于OCB模式在無電場模式在無電場情況下分子是平行于情況下分子是平行于Panel的，的，這樣為了實現(xiàn)液晶分子的彎曲排這樣為了實現(xiàn)液晶分子的彎曲排列，每次開機都需要一定的預置列，每次開機都需要一定的預置時間來讓液晶分子扭動到合適位時間來讓液晶分子扭動到合適位置之后才能正常工作。置之后才能正常工作。（六）平面控制模式（六）平面控制模式（IPSmode)IPS（In Plane Switching）模式的廣視角技術(shù)是在液晶分子長軸）模式的廣

13、視角技術(shù)是在液晶分子長軸取向上做文章，應用取向上做文章，應用IPS廣視角技術(shù)的液晶顯示讓觀察者任何時候廣視角技術(shù)的液晶顯示讓觀察者任何時候都只能看到液晶分子的短軸，因此在各個角度上觀看的畫面都不會都只能看到液晶分子的短軸，因此在各個角度上觀看的畫面都不會有太大差別，這樣就比較完美地改善了液晶顯示器的視角。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)：結(jié)構(gòu)：細條型的正負電極間隔細條型的正負電極間隔排列在基板上把電壓加到電極排列在基板上把電壓加到電極上，原來平行于電極的液晶分上，原來平行于電極的液晶分子會旋轉(zhuǎn)到與電極垂直的方向，子會旋轉(zhuǎn)到與電極垂直的方向，但液晶分子長軸仍然平行于基但

14、液晶分子長軸仍然平行于基板，控制該電壓的大小就把液板，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)制極化光線合偏振片就可以調(diào)制極化光線的透過率，以顯示不同的色階。的透過率，以顯示不同的色階。 過程：過程：1 偏振片交叉放置偏振片交叉放置2 不加電場時液晶分子沒有擾不加電場時液晶分子沒有擾動，呈暗態(tài)動，呈暗態(tài)3 加電場時，液晶分子產(chǎn)生加電場時，液晶分子產(chǎn)生45轉(zhuǎn)動，透射達到最大值。轉(zhuǎn)動，透射達到最大值。特點：特點：（1） 由于消除了扭曲排列，由于消除了扭曲排列，有極好的視角特性。有極好的視角特性。（2） 上下電極做在一塊基板上下電極做在一塊基板上，開

15、口率降低。上，開口率降低。（3 ）目前采用公用電極、梳）目前采用公用電極、梳型電極等方案增加透射率。型電極等方案增加透射率。IPS同扭曲向列液晶的區(qū)別同扭曲向列液晶的區(qū)別IPS起初是由起初是由Hitachi所發(fā)展，但現(xiàn)在所發(fā)展，但現(xiàn)在NEC及及Nokia也采用這項技術(shù)。也采用這項技術(shù)。垂直取向模式垂直取向模式當電壓加到液晶上時，當電壓加到液晶上時，液晶分子便倒向不同的液晶分子便倒向不同的方向。這樣從不同的角方向。這樣從不同的角度觀察屏幕都可以獲得度觀察屏幕都可以獲得相應方向的補償，也就相應方向的補償，也就改善了可視角度。改善了可視角度。 MVA（Multi-domain Vertical Al

16、ignment）模式的液晶顯示）模式的液晶顯示器。器。其液晶分子長軸在未加電時不像其液晶分子長軸在未加電時不像TN模式那樣平行于屏幕，而模式那樣平行于屏幕，而是垂直于屏幕，并且每個像素都是由多個這種垂直取向的液是垂直于屏幕，并且每個像素都是由多個這種垂直取向的液晶分子疇組成。晶分子疇組成。MVA廣視角技術(shù)原理分析廣視角技術(shù)原理分析 它依靠叫做它依靠叫做Protrusion的屋脊狀凸起物來使液晶本身產(chǎn)生的屋脊狀凸起物來使液晶本身產(chǎn)生一個預傾角（一個預傾角（Pre-tilt Angle）。這個凸起物頂角的角度越）。這個凸起物頂角的角度越大，則分子長軸的傾斜度就越小。早期的大，則分子長軸的傾斜度就越

17、小。早期的VA模式液晶凸起模式液晶凸起物只在一側(cè)，后期的物只在一側(cè)，后期的MVA凸起物則在上下兩端。凸起物則在上下兩端。 如圖是一種雙疇如圖是一種雙疇VA模式液晶。模式液晶。未加電時，液晶分子長軸垂直于屏幕，只有在靠近凸起物電極的液晶分子略有傾未加電時，液晶分子長軸垂直于屏幕，只有在靠近凸起物電極的液晶分子略有傾斜，光線此時無法穿過上下兩片偏光板。斜，光線此時無法穿過上下兩片偏光板。當加電后，凸起物附近的液晶分子迅速帶動其他液晶轉(zhuǎn)動到垂直于凸起物表面狀當加電后，凸起物附近的液晶分子迅速帶動其他液晶轉(zhuǎn)動到垂直于凸起物表面狀態(tài)，即分子長軸傾斜于屏幕，透射率上升從而實現(xiàn)調(diào)制光線。態(tài)，即分子長軸傾斜于

18、屏幕，透射率上升從而實現(xiàn)調(diào)制光線。如圖，在如圖，在B處看到的是中灰處看到的是中灰階，在階，在A和和C處能同時看到處能同時看到的高灰階和低灰階，混色后的高灰階和低灰階，混色后正好是中灰階正好是中灰階 在這種雙疇模式中相鄰的在這種雙疇模式中相鄰的疇分子狀態(tài)正好對稱，長疇分子狀態(tài)正好對稱，長軸指向不同的方向，軸指向不同的方向，VA模模式就是利用這種不同的分式就是利用這種不同的分子長軸指向來實現(xiàn)光學補子長軸指向來實現(xiàn)光學補償償 .優(yōu)點：如果采用雙軸性光學薄膜補償，將會得到比較理想的視角。優(yōu)點：如果采用雙軸性光學薄膜補償，將會得到比較理想的視角。 壞點為壞點為“暗點暗點”，要更難發(fā)現(xiàn)，也就是說對畫面影響

19、更小，用戶也較，要更難發(fā)現(xiàn)，也就是說對畫面影響更小，用戶也較容容 易接受。易接受。 正面對比度可以做得非常好，即使要達到正面對比度可以做得非常好，即使要達到1000:1也并不難也并不難 采用采用MVA技術(shù)的明基技術(shù)的明基BenQ FP991，對比度，對比度達到達到700:1 缺點：缺點：1.MVA液晶會隨視角的增加而出現(xiàn)顏液晶會隨視角的增加而出現(xiàn)顏色變淡的現(xiàn)象色變淡的現(xiàn)象 。2.電場強度并不均勻，如果電場強度電場強度并不均勻，如果電場強度不夠的話，會造成灰階顯示不正確。不夠的話，會造成灰階顯示不正確。因此需要把驅(qū)動電壓增加到因此需要把驅(qū)動電壓增加到13.5V 。3.灌入液晶時如果采用傳統(tǒng)工藝，

20、所灌入液晶時如果采用傳統(tǒng)工藝，所需要的時間會大大增加，因此現(xiàn)在普需要的時間會大大增加，因此現(xiàn)在普遍應用一種叫遍應用一種叫ODF（One-Drop Fill，滴下式注入法）的高速灌入工藝滴下式注入法）的高速灌入工藝 ，增加了成本。增加了成本。PVA（Patterned Vertical Alignment，垂直取向構(gòu)型）廣視角技術(shù)，垂直取向構(gòu)型）廣視角技術(shù) PVA廣視角技術(shù)同樣屬于廣視角技術(shù)同樣屬于VA技術(shù)的范疇，實際上它跟技術(shù)的范疇，實際上它跟MVA極其相似，可以說是極其相似，可以說是MVA的一種變形。的一種變形。PVA采用透明的采用透明的ITO層代替層代替MVA中的凸起物，制造工藝與中的凸起

21、物，制造工藝與TN模模式相容性較好。透明電極可以獲得更好的開口率，最大限度減少背光源的浪費式相容性較好。透明電極可以獲得更好的開口率，最大限度減少背光源的浪費 不用屋脊形的凸起物如何生成傾斜的電場呢？不用屋脊形的凸起物如何生成傾斜的電場呢？PVA很巧妙的解決了這一問題。很巧妙的解決了這一問題。如圖，如圖，PVA上的上的ITO不再是一個完整的薄膜，而是被光刻了一道道的縫，上下兩不再是一個完整的薄膜，而是被光刻了一道道的縫，上下兩層的縫并不對應，從剖面上看，上下兩端的電極正好依次錯開，平行的電極之層的縫并不對應，從剖面上看，上下兩端的電極正好依次錯開，平行的電極之間也恰好形成一個傾斜的電場來調(diào)制光

22、線間也恰好形成一個傾斜的電場來調(diào)制光線 各種廣視角模式比較各種廣視角模式比較 MVA產(chǎn)品應用廣泛，它可以顯示很好的產(chǎn)品應用廣泛，它可以顯示很好的“黑色黑色”，在顯示畫面時的暗部細節(jié)也表現(xiàn)良，在顯示畫面時的暗部細節(jié)也表現(xiàn)良好。最大的遺憾就是它隨觀看角度的增大會出現(xiàn)顏色變淡的現(xiàn)象，這也是判定好。最大的遺憾就是它隨觀看角度的增大會出現(xiàn)顏色變淡的現(xiàn)象，這也是判定MVA模式模式的重要特性。富士通和友達、奇美生產(chǎn)的高端的重要特性。富士通和友達、奇美生產(chǎn)的高端Panel都會有都會有MVA產(chǎn)品，選用產(chǎn)品，選用MVA模式模式Panel的廠商非常多，幾大日系高端品牌均有相關(guān)產(chǎn)品，明基的廠商非常多，幾大日系高端品牌

23、均有相關(guān)產(chǎn)品，明基BenQ和優(yōu)派和優(yōu)派（ViewSonic）的大屏也有部分采用）的大屏也有部分采用MVA技術(shù)。技術(shù)。 三星主推的三星主推的PVA模式廣視角技術(shù)，由于其強大的產(chǎn)能和穩(wěn)定的質(zhì)量控制體系，被歐模式廣視角技術(shù)，由于其強大的產(chǎn)能和穩(wěn)定的質(zhì)量控制體系，被歐美美IT廠商廣泛采用廠商廣泛采用 而而IPS陣營中，由于有陣營中，由于有LG.Philips LCD這種全球這種全球LCD產(chǎn)能數(shù)一數(shù)二的廠商支持，所以產(chǎn)能數(shù)一數(shù)二的廠商支持，所以占據(jù)的市場份額也不小。由于性能突出，不少日韓高端品牌的部分高端產(chǎn)品都采用這占據(jù)的市場份額也不小。由于性能突出，不少日韓高端品牌的部分高端產(chǎn)品都采用這種技術(shù)。它所還

24、原的黑色要比種技術(shù)。它所還原的黑色要比MVA稍差，因此需要依靠光學膜的補償來實現(xiàn)更好的黑稍差，因此需要依靠光學膜的補償來實現(xiàn)更好的黑色；在畫面細節(jié)表現(xiàn)上色；在畫面細節(jié)表現(xiàn)上IPS也要略遜于也要略遜于MVA 至于由日本松下主推的至于由日本松下主推的OCB技術(shù)，嚴格來說它應該更象一個響應時間的解決方案。技術(shù)，嚴格來說它應該更象一個響應時間的解決方案。采用采用OCB技術(shù)的產(chǎn)品目前在國內(nèi)市場較難見到技術(shù)的產(chǎn)品目前在國內(nèi)市場較難見到 。TNFilm模式的廣視角產(chǎn)品由于成本低廉，可沿用以往的生產(chǎn)線，因此仍然會占據(jù)不模式的廣視角產(chǎn)品由于成本低廉，可沿用以往的生產(chǎn)線，因此仍然會占據(jù)不小的市場份額，即便以后各種

25、新型寬視角技術(shù)成熟后，小的市場份額，即便以后各種新型寬視角技術(shù)成熟后，TN依然可能會象今天的蔭罩管一依然可能會象今天的蔭罩管一樣穩(wěn)居低端市場。樣穩(wěn)居低端市場。 TFT-ArrAy ProcessGate Metal Sputter DepositonGate Metal Patterning Using 1st MASKDeposition of nt a-Si/a-SVSiN x 3-Layer Using PECVD MethodPatterning of a-Si lslands Using 2nd MASKPixel ITO Sputer DepositionPixel ITO Pat

26、terning Using 3rd MASK這是這是5次光刻形成次光刻形成TFT圖形，采用圖形，采用底柵背溝道刻蝕的工藝。以玻璃為底柵背溝道刻蝕的工藝。以玻璃為基板。第一次光刻形成柵線原料為基板。第一次光刻形成柵線原料為Cr。第二次光刻形成。第二次光刻形成“硅島硅島”SiNx，a-Si，n+-a-Si層，第三次光層，第三次光刻形成刻形成ITO導電膜，第四次光刻形導電膜，第四次光刻形成源極漏極，材料為成源極漏極，材料為Cr，并進行，并進行n+切斷，基本形成切斷，基本形成TFT。最后第五次。最后第五次光刻形成光刻形成SiNx保護膜。保護膜。TFT-ArrAy ProcessPassivation SiNx Deposition Using PECVDData Bus Line and S/D Metal Sputtering Data Bus Line and S/D Patterning Using 4th MASKEtch-Back of n+a-Si Using S/D Layer as a MASKPassivation SiNx Atch Using RIE中國中國TFT-LCD液晶面板線分布