显示面板色彩重现与提高光学效率技术

改善传统液晶显示技术的发展瓶颈提升系统色域及饱和度

目前平面显示器市场需求扩张，各类型显示技术也蓬勃发展，以量产规模大小来区分，虽然还是以液晶显示器应用在显示市场为最大宗；不过，随着其它显示技术，如：电浆电视、有机发光二极管面板，或者是场发式显示器……等，皆各自拥有强于液晶显示器特性，比方说：自发光性、快速反应、对比度、色彩饱和度、可挠性…等众多优势，使得液晶显示器技术在平面显示器产业中受到相当程度的冲击。因此，为确保液晶显示技术能持续拥有目前的竞争优势，就必须针对液晶显示技术的效能、显示质量与价格上，持续投入更多人力与研发成本。

比方说，以场序式全彩（Field-Sequential Full-Color；FS-FC）技术为例，不仅能改善传统液晶显示技术的发展瓶颈，进而提升系统色域及饱和度、降低材料成本等，甚至更能大幅提高显示面板的电光转换效能约40％，以因应当前全球对于绿色环保产品的要求。因此，交通大学显示研究技术也经由经济部学界科专"高显示画质系统面板关键组件及技术研究"及面板业界的资助之下，进行以FS-FC LCD研究技术，其中高效能整合型面板光源的架构以LED为光源，结合高反射率的optical cavity 形成高效率的直射型背光模块。

另一方面，由于一般显示面板大都采用较低发光效率的彩色滤光片（Color filter），使得显示面板光学使用效率不到8％，或者造成偏光片的偏光转换效率低等问题。而在导入使用以R、G、B为主要光源的控制电路搭配色序法（color sequential）技术，进一步达到混光效果，可在不使用彩色滤光片情况下，降低操作电压及提高光学效率，使显示面板具有较佳的色彩表现特性。

以RGB-LED作为主要背光源　可去除彩色滤光片提升光亮度

在显示面板的偏光转换效率及高效率背光模块开发技术，可结合次波长光栅（sub-wavelength grating）的发展概念来加提升。分析传统以CCFL做为背光源之液晶显示器，可知当背光源提供8500nits的亮度时，经过各组件的损耗，实际出光亮度约为800nits。同样是800nits的出光亮度，对此高效率背光模块而言，只需提供1650nits即可。换言之，以此高效率背光模块架构成的显示器，其背光源只需提供1650nits即可等效传统背光源提供8500nits时的出光亮度。此外，由于此设计最大优势是去除彩色滤光片以使光效率提升三倍，即便仍采用传统偏光片也能够达到约40％的光效率；另外，若以RGB-LED作为主要背光源也只需要提供2650nits，便能达到等效传统背光源所提供8500nits时的出光亮度。

次波长光栅可藉由电子束直写的技术定义奈米光栅图案，并以半导体制程制作出样品，实验结果显示偏光转换效率为传统LCD偏光片1.7倍。此法采电子束直写的技术定义光栅，在制作大尺寸时将会费时且高成本，故我们再提出以奈米转印（Nano-imprint technology）技术制作大尺寸次波长光栅偏光片之方法。其技术关键在于"模仁结构的精密制作"。此外，雷射刻板技术之提升也可望成为新的模仁制作方式。以雷射刻板技术定义出母模，再以射出成型法做出模仁。对于大尺寸模仁而言，雷射刻板速度快且价廉，故此法可望快速制作奈米光栅母模。

目前奈米雷射读写头技术已可达到〈100nm之线宽，若可将之应用于雷射刻板技术，则不仅可快速制作奈米光栅母满足高分光效率之光栅条件（光栅周期=200nm）。制作光栅模仁后，须先翻印成硅胶（PDMS）模仁，再进行奈米压印及蚀刻等步骤，以完成次波长光栅偏光片的制作。

色分离效应左右显示器精致性画质

在显示器设备的原色光源显示的时间，可将其定位在图像色场（Color Field）的表现时间；三个连续色场时间之光刺激入射至人眼，经视觉系统作用后，则足以形成彩色影像。而较为理想的影像成形状况，就是在一彩色影像所包含的三影像色场中的各画素光刺激之下，皆投射至视网膜上各画素所对应的相同位置，则各画素的色彩信息将可被视觉完整重现。

若是一彩色影像所包含的三影像色场，其对应画素投射在视网膜上不同位置而被视觉系统察知，则观察者将看色场分离错位的影像，此即称为色分离（CBU）现象。又因为CBU通常在影像中物体的边缘形成色带排列，就像是彩虹条纹，所以CBU又称彩虹效应（Rainbow Effect）。基本上，色分离现象不仅会降低观觉质量之外，另外也有研究报告指出，在长时间观看FS-FC型式的显示器后，容易造成晕眩等不舒服的感觉。因此，针对液晶显示器的潜在性色分离效应问题，将是FS-FC LCD必须要改善的首要目标。

实验室研究与实际验证过程

在实验室阶段运用5.6吋导光板进行先期的验证开发，LED之电能与亮度转换能力为378nits/W。比较量测结果和LuxeonTM网站提供的分析图，两者的转换能力相近。因此，可根据此推测出，若将设计延伸至37吋背光模块时，其转换能力约为40nits/W。换句话说，应用所设计之背光模块于37吋时，若要提供2800nits之光亮度（大于前述之2650nits，以确保优于传统CCFL背光模块提供8500nits时之效能），所需LED功率为70W，再加上电路耗功率，加总之后的功率约为88W。

由R、G、B单独点亮及混成白光的光分布量测结果及照片可看出均匀度良好，亮度稳定度量测，结果可看出点亮20分钟后亮度已十分稳定，虽因热造成亮度下降，但下降幅度也仅4％，在人眼未能感知之范围。所量测到的视角为35度，广于规格要求之30度；色域分布亦近于NTSC，远超过目前CCFL的72％ NTSC色域。