廣視角補(bǔ)償原理及廣視角技術(shù)的應(yīng)用

多年來薄膜電晶體液晶顯示器（TFT-LCD）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)用終能落實擴(kuò)展到完整的領(lǐng)域。

完整的TFT-LCD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)。本文即針對一般不常提到的廣視角補(bǔ)償原理和廣視角技術(shù)的產(chǎn)品應(yīng)用情形加以說明。

廣視角補(bǔ)償原理及技術(shù)發(fā)展

TFT-LCD使用液態(tài)晶體做為光切換介質(zhì)，事實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)特性是同時隨視角和電壓所影響。

對比（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各和垂直方向有異，也代表斜向?qū)Ρ雀淖?，通常斜向角度越大觀察到的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。事實上一個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有的暗態(tài)漏光。前者的補(bǔ)償相當(dāng)簡單，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層層向上對稱于液晶層光學(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，事實上只能針對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)到不同灰階會自動調(diào)整不同補(bǔ)償之優(yōu)點(diǎn)，特別對于視角變大時之灰階反轉(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，會在實際量產(chǎn)制程上遇到技術(shù)瓶頸，也就是需要讓一個畫素的各種領(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)用則非常實用，且堪稱TV的標(biāo)準(zhǔn)配備，這乃因為VA的配向可用畫素本身結(jié)構(gòu)設(shè)計達(dá)到的非操作時之多域預(yù)傾（Pretilt）及操作時的多預(yù)橫向電場傾倒驅(qū)動，解決了需靠Rubbing來達(dá)成多域的實際量產(chǎn)難題。因此VA都可輕易導(dǎo)入多域的設(shè)計，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)償就可在各個大視角達(dá)到很緩和的光學(xué)差異變化。事實上，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€顯示器時，在大視角上變換的機(jī)會遠(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，一般設(shè)計成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。