广视角补偿原理及广视角技术的新产品应用

多年来薄膜电晶体液晶显示器（TFT-LCD）一直是被寄予厚望的科技产品，延伸转变到今天已成为现实产品。厂商不断的更新显示结构、提升制程技术及提高大型化量产能力，而今产品应用终能落实扩展到完整的领域。

完整的TFT-LCD家族应该涵盖有手机、数码相机、数码摄影机（Digital Video Camera,DVC）、个人数码助理（Personal Digistal Assistant，PDA）、AV、车用浏览器面板（Car Navigator）、平板电脑（Tablet PC）、笔记型电脑、显示器、液晶电视（LCD TV）等应用。在此之前的液晶显示器采用的多是传统的扭转向列式（Twisted Nematic,TN）显示模式，此模式的产品确也撑起了这行业的几年兴衰，但当多家面板厂商前仆后继的投入生产后，供需的起伏确实让此产品有着强烈的景气循环依存性，不过这样的状况到了最近一两年已经改观。多样性的显示技术和面板大型化，让TFT LCD产业破网而出，似乎想就此向景气循环划清界限。其中所谓的多样性显示技术，受瞩目的两大新课题即为广视角（Wide Viewing Angle）和反射式（Reflective Type）技术。本文即针对一般不常提到的广视角补偿原理和广视角技术的产品应用情形加以说明。

广视角补偿原理及技术发展

TFT-LCD使用液态晶体做为光切换介质，事实上晶体就是有方向性的物质，因此在光线切换上也有角度依存性，这也是为什么液晶显示器有视角上的问题。此外，液晶在不同电压下的排列不同，看到的光学结果也随之变化。也就是说，液晶光学特性是同时随视角和电压所影响。

对比（Contrast Ratio,CR）的定义，一般不特别说明是指垂直方向对比，乃垂直方向所视最亮状态TB除以最暗状态TD的比值，分别是操作在两个电压下。以寻常白（Normally White,NW）操作模式而言，最小电压Vmin的是最亮状态，而最大电压Vmax的是最暗状态；寻常黑（Normally Black,NB）操作模式则相反。同样以此两电压操作液晶，斜向观察到的亮度会各和垂直方向有异，也代表斜向对比跟着改变，通常斜向角度越大观察到的CR越小。

基本的视角（Viewing Angle）定义，就是在CR仍有10的最大斜向角度。事实上一个液晶显示器的视角好坏，应该仍有依照色偏（Color Shift）、灰阶反转（Gray Level Inversion）、穿透率均匀性（Transmittance Uniformity）等因素之最差可接受程度所在斜向角来定义，只是目前的视角定义几乎仍以CR为判断依据。而CR值的好坏受暗态TD影响最大，因其位于分母，故欲补偿液晶盒（LC Cell）的视角应专挑暗态来补。

增加液晶显示器视角有补偿膜（Compensation Film）、多域画素配置、本质上液晶配置以及自我补偿等四种方式，以下将分别讨论。

补偿膜方式增大视角

利用补偿膜补偿视角的目的有二，一是补偿上下互为正交（Orthogonal）的偏光片组之斜向暗态漏光；二是补偿液晶本身在斜向角度观察下会有的暗态漏光。前者的补偿相当简单，可在两偏光片的某一片上加上a-plate，如图1所示；后者在理论上可用一个层层向上对称于液晶层光学折射率异方性（Refractive Anisotropy）分布但异型的光学晶体补偿，如图2所示。至于补偿视角所用的补偿膜是固定不动的晶体，不若液晶本身可施加电压改变晶体分布状态，因此针对第二种情况，便只能选择某一液晶层分布状态为基准来补。故以垂直本身配向（Vertically Aligned或称Homeotropically Aligned，一般用在Normally Black）和水平配向（Homogeneously Aligned，一般用在Noormally White）两种方式类的显示模式，若要使用补偿膜来补偿暗态斜向漏光以扩增视角，就需分别使用负型的c-plate和负型的o-late（见图1）。几乎所有的液晶显示模式想要达成广视角，都必须加上补偿膜，基中扭转向列式液晶配合补偿膜的Film TN则单独使用此种方式来增大视角。

多域画素配置方式

有了补偿膜方式，事实上只能针对某一液晶层倾倒分布状态（通常为最暗状态），故此状态之外的其他灰阶状态并无法靠补偿膜补，补偿膜顶多只能说是做到暗状态TD的补偿，在灰阶间的液晶分子倾倒排列，需另觅途径补偿，使用液晶本身的多域（Multi Domain）补偿，是个再好不过的方式。这种方式虽说不能完美的补掉各不同视角下看到的液晶位相差值（Phase Retardation）不同的问题，但可以达到不同灰阶会自动调整不同补偿之优点，特别对于视角变大时之灰阶反转特性有极大的改善，这是补偿膜所做不到的。因此一个真正好的广视角液晶显示技术除了要有补偿膜补偿视角，还要有多域画素配置方式。

一般的TN显示模式顶多做到补偿膜补偿视角方式，因此此种模式想要再增加多域设计，会在实际量产制程上遇到技术瓶颈，也就是需要让一个画素的各种领域（Domain）有不同的配向（Rubbing）方向，然而并非没有此方式的结构，只有限于文献报导或留于原型（Prototype）的层次。但在垂直配向（VA）上的应用则非常实用，且堪称TV的标准配备，这乃因为VA的配向可用画素本身结构设计达到的非操作时之多域预倾（Pretilt）及操作时的多预横向电场倾倒驱动，解决了需靠Rubbing来达成多域的实际量产难题。因此VA都可轻易导入多域的设计，即所谓的MVA（Multi-Domain VA），让大视角（Polar Angle）下之不同方位角（Azimuthal Angle）看到的光学在任何方向平均，没有强烈的方向依存性。由富士通（Fujitsu）提出的MVA即是此种增大视角方式的代表性显示模式，其他如Samsung提出的PVA（Patterned VA）、Sharp提出的CPA（Continuous Pine-Wheel）也都属于这种技术。