鐘海強(qiáng)，李春來，王艷卿

（1. 精電（河源）顯示技術(shù)有限公司，廣東 河源 517000；2. 廣東河源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 河源 517000）

0 引言

液晶顯示器憑借其平板、低功耗、輕便等優(yōu)勢，在電視顯示、手機(jī)顯示、汽車儀表等領(lǐng)域應(yīng)用上占據(jù)很大的市場份額。而垂直排列（VA）的被動(dòng)顯示模式，相對于TFT低廉的成本，以及低成本開模、容易定制等的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)扭曲向列顯示器（TN）相比，有高對比度、響應(yīng)時(shí)間快的優(yōu)勢，廣泛被各大車廠作個(gè)性化儀表盤的顯示器設(shè)計(jì)首選。

在沒有光學(xué)補(bǔ)償?shù)拇怪迸帕酗@示器上，對比度會(huì)隨視角的增大而急劇下降；而增加光學(xué)補(bǔ)償后，正視角的對比度得到很好的提升，但也有一個(gè)痛點(diǎn)，就是在反視向有一個(gè)對比度盲區(qū)，這個(gè)區(qū)域的對比度急劇下降。本文從液晶分子的排列方式著手研究，以微調(diào)液晶分子在盒內(nèi)的排列情況，從而解決反視向?qū)Ρ榷让^(qū)問題。

1 VA顯示原理與特性

垂直配向（Vertical Alignment，簡稱VA）顯示模式是一種常黑態(tài)顯示模式，其盒內(nèi)液晶分子垂直玻璃基板排列，其結(jié)構(gòu)如圖所示，主要上下ITO電極的玻璃基板、上下偏光片以及負(fù)性液晶組成。不施加電壓時(shí)，液晶分子理論上垂直玻璃基板排列，在正交的偏光片作用下形成透過率極低的黑態(tài)；施加電壓時(shí)，液晶分子在電場作用下，轉(zhuǎn)為平行玻璃基板的排列狀態(tài)，以形成亮態(tài)[1]。

因?yàn)楹趹B(tài)通常透過率非常低，這就使得此顯示類型有很高的對比度，垂直對比度能夠輕易超過1000，經(jīng)?？梢赃_(dá)到2000～3000。這也是其深受市場青睞的原因之一，尤其是汽車儀表顯示屏。但在沒有無光學(xué)補(bǔ)償?shù)那闆r下，視角超過10°時(shí)，其背景色開始發(fā)白變透，對比度快速下降（如圖1無補(bǔ)償膜VA視角圖）。

圖1 無補(bǔ)償膜VA視角圖

根據(jù)VA模式的結(jié)構(gòu)，在不同角度觀看的時(shí)所看到的液晶分子形狀不同，意味著液晶分子對光線的作用不同如圖2所示。

圖2 不同角度觀察到底色黑度示意圖

增加光學(xué)補(bǔ)償后，從光學(xué)測量數(shù)據(jù)對比度視角圖看如圖3所示，垂直對比度1200，而在6點(diǎn)和12點(diǎn)方向10°時(shí)，對比度已經(jīng)下降到了500；到視角30°時(shí)，對比度只剩下10了。對比度的快速下降，無法滿足現(xiàn)時(shí)人們對顯示效果的要求。對此，我們擬增加C-plate進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償。

圖3 有補(bǔ)償膜VA視角圖

2 光學(xué)補(bǔ)償，視角拓寬

在增加C-plate（Ne=1.483，No=1.493，厚度32.5um）進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償后，可視角度有了明顯的提高，高對比度的視角范圍也得到很好改善。垂直對比度能達(dá)到2000，視角方向20°時(shí)也能達(dá)到1000左右，30°時(shí)也有300，參視角圖2。補(bǔ)償后的VA顯示屏可以滿足多種情況下的視角需求。

通過增加C-plate的方案，能夠?qū)⒁暯欠较虻膶Ρ榷群鸵暯峭貙?，能滿足到很大用戶的需求。但這種方案有一個(gè)缺點(diǎn)，就是在反視角方向30°～40°左右有一個(gè)對比度低洼的區(qū)域，對比度在這里急劇下降，直觀的感覺就是字符的亮度明顯降低。對于一些視角要求較高的產(chǎn)品來說，這種缺陷是無法接受的。

3 多疇顯示，解決盲區(qū)

解決以上VA液晶顯示器視角盲區(qū)問題的做法經(jīng)常會(huì)用到多疇技術(shù)，即是在同一個(gè)筆段、像素里形成多個(gè)方向的液晶分子排列，以達(dá)到相互補(bǔ)償、提升透過率的效果。MVA/PVA就是類似的解決方案[2]，但其制作工藝復(fù)雜成本高，只能應(yīng)用在有源矩陣的顯示器，如大尺寸液晶電視、要求高的便攜設(shè)備上，無法應(yīng)用在無源的顯示屏上[3]。

一般的無源顯示器里，普通液晶分子排列是用毛布配向膜上進(jìn)行擦膜，從而在配向膜上產(chǎn)生細(xì)微的溝槽，而負(fù)性液晶就在這個(gè)溝槽上進(jìn)行催著與玻璃基板的排列。我們換一個(gè)思路，在玻璃基板上的導(dǎo)電電極上，設(shè)計(jì)多個(gè)棒狀溝槽，使電場由不同的發(fā)生方向，從而使液晶分子的排列方向不同，以實(shí)現(xiàn)沒有視角盲區(qū)的高對比度顯示[4]。

普通單疇顯示和多疇顯示原理示意圖如如圖4對比。

圖4 單疇和多疇顯示對比示意圖

普通單疇顯示，其液晶分子排列規(guī)律以至于受不同視向的影響較大。但多疇顯示中，液晶分子因?yàn)椴煌较虻碾妶鲎饔茫沟酶鱾€(gè)視角方向的底色和對比度保持較高的一致性。

針對溝槽的尺寸、密度、盒厚等多方面，進(jìn)行DOE試驗(yàn)，以達(dá)到最優(yōu)化的效果。目前能達(dá)成上下左右30°的對比度大于1000，如圖5所示。比帶光學(xué)補(bǔ)償?shù)男Ч軡M足各方面視角的需求。

圖5 多疇顯示視角圖

4 結(jié)論

在沒有光學(xué)補(bǔ)償?shù)拇怪迸帕酗@示，各個(gè)視角方向的對比度下降明顯；通過增加光學(xué)補(bǔ)償后，主視角和左右視角變寬，但反視角方向卻有明顯的盲區(qū)。而在使用多疇的方式后，四個(gè)方向的視角度得到很大的改善。

順應(yīng)消費(fèi)者需求，開發(fā)更佳顯示效果，是液晶研發(fā)的重要任務(wù)。以VA顯示技術(shù)為基礎(chǔ)，從原本無補(bǔ)償視角窄，到補(bǔ)償主視角提升對比度，再到多疇顯示解決顯示盲區(qū)，是消費(fèi)者要求的提升，也是技術(shù)開發(fā)的必然走勢。隨著消費(fèi)升級(jí)，顯示器的各種要求都在提升，如基于柔性基板[5]的垂直排列顯示器，甚至全息顯示也會(huì)有進(jìn)入消費(fèi)領(lǐng)域的趨勢[6]。