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新世代光学薄膜克服OCB技术先天视角不足

导读: 前言:液晶屏幕背光源,已经逐渐由LED取代传统的冷阴极管,来扩大色饱和度的范围,因此如何提高应答速度来配合LED背光,也就成了液晶显示器的挑战之一,因在最近几年的展览会中,OCB已经是高速应答液晶显示面板的主流技术,不过仅仅依赖OCB技术还是不容易达到完美的显示,这是因为与MVA、IPS相较之下,O

前言:液晶屏幕背光源,已经逐渐由LED取代传统的冷阴极管,来扩大色饱和度的范围,因此如何提高应答速度来配合LED背光,也就成了液晶显示器的挑战之一,因在最近几年的展览会中,OCB已经是高速应答液晶显示面板的主流技术,不过仅仅依赖OCB技术还是不容易达到完美的显示,这是因为与MVA、IPS相较之下,OCB技术的可视角度较小,因此对于视看范围而言,OCB技术有其劣势点存在,因此期望改善可视角度的话,就必须从光学薄膜着手,开发出可以提高可视角度的OCB专用光学膜片。

最近这几年来,LED的发光亮度与效率获得突破性的改善结果,因此利用LED做为背光的产品也就陆续的被开发出来,藉此改善TFT液晶面板因为冷阴极管所无法呈现的宽广色域。由于采用Field Sequential彩色技术,需要搭配毫秒单位上的应答时间,因此对于LED背光模组来说,正好可以满足Field Sequential彩色技术的需求条件,这可以说是双方达到相辅相成的一个结果,再加上采用非结晶硅OCB的液晶驱动技术,那么TFT液晶面板就能够完成开发人员所期待的具有高速应答、宽广色域、广视角度、高灰阶显示能力的完美结果。

有关视角问题,一般认为若是TN模式使用类似WV广视角膜片;若是VA、IPS则采用光学补偿膜片同样能够获得改善。有关动态影像应答时间主要是观察动态影像的模煳度,它与驱动方式、背光照明、液晶层有密切的依存关係,尤其是液晶层的反应速度已经成为技术上的最大瓶颈,由于改善对策有一定的极限,因此目前研究人员将焦点集中在具备高解析度、高光线穿透率特性,可作鲜明动画显示的Field Sequential方式,试图藉此实现液晶层高速反应的目标。

OCB液晶驱动技术的特色

Optically Compensated Bend(OCB)技术是由普通间隙Cell(一般为8微米)的πCell,和二轴性的薄膜构成,再加上这种Cell具有广视野角的特性,所以可以实现高灰阶显示的能力,并且这种Cel的应答时间比一般TN Cell高出10倍以上,达到2-8msec的高速应答速度。因此在这些条件都能够满足的情况下,就能够充分的发挥Field Sequential彩色技术的优点,让液晶显示面板得以达到无画面闪动的实现。

一般认为πCell应用OCB光学补偿膜片,除了可以作黑色显示之外,还能够实现广视角目的。πCell是在对向基板的配向膜,利用平行(Parallel)处理技术制成,πCell未施加电压时呈取波浪(Spray)配向,施加某种电压(转移电压)时会变成弯曲配向。OCB利用弯曲配向进行切换动作时,由于液晶层的流动效应使得配向变化花费的时间比较短,反应速度则呈现压倒性的快速。


图说:就原理上来说,OCB液晶分子的排列相当类似双层TN模式,但其中的差异是OCB液晶分子的排列是上下对称的。所以中间的液晶分子,是和基板呈现垂直的状态

然而实际上πCell单体即使施加高电压也无法作黑色显示,主要原因是正面的延迟(Retardation)不会变成0,必需透过光学性补偿膜片消除残留延迟,才能够获得真正的黑色显示目的。此外πCell面对液晶层中心线呈对称性结构具备自我补偿特性,虽然理论上πCell具备广视角潜能,不过自我补偿性可以成立,主要原因是液晶延迟只在液晶面内,除此之外的入射角无法成立,这意味着πCell为获得广视角,必需组合光学性补偿膜片。

对于OCB的光学设计考量

如上所述OCB光学性补偿膜片必需具备广视角化,再透过正面残留延迟的光学性补偿,才能够实现黑色显示两种功能。OCB-WV利用混合配向聚合盘状材料(PDM: Polymerized Discotic Material)层与二轴横摺膜片,进行黑色显示与光学性补偿,实现正面的黑色显示、斜视角的漏光最小化目的,进而扩大对比视角。

斜视角的漏光最小化时,弯曲配向液晶层的光学性补偿,与Crossed Nichol偏光板的斜视角漏光削减具有决定性的影响。为了使πCell用棒状液晶进行光学性补偿获得广视角,利用圆盘状化合物非常有效。圆盘状化合物层必需透过UV架桥使配向结构固定,因此圆盘状化合物层又称为PDM层。πCell上下使用混合配向PDM层时,可以使黑色显示的弯曲配向液晶层作光学性补偿。

由于混合配向PDM层的正面延迟,会消除黑色显示的弯曲配向液晶层残留延迟,因此能够实现正面的黑色显示。除此之外二轴横摺膜片同时还扮演部份黑色显示的弯曲配向液晶层的光学性补偿功能,它可以降低Crossed Nichol偏光板的斜视角产生的漏光。

为了使OCB的光学性能够获得充分发挥,液晶Cell参数与OCB-WV参数两,必需作复杂、高自由度的最佳化设计,具体光学设计顺序为,考量驱动电路能力与转移电压,依此设定黑、白画面的电压,黑电压的设定必需使PDM层的和计Re与πCell的残留延迟一致。透过膜片参数的最佳化设计,使黑色显示的斜角漏光最小化。最后是,为了使包含CR、灰阶反转、色调变化在内的视角性能充分发挥,最后必需进行Cell参数微调整。

反覆以上顺序进行光学模拟分析、面板试作、评鉴,才能够获得符合设计上要求的最适值。值得一提的是最佳化过程必需注意正面光线穿透率,与高亮度部位的灰阶反转具有互动依存性,此时双方的平衡是最佳化过程非常重要一环。此外为改善动态影像应答时间特性时,使用黑色插入法的场合,即使波浪=弯曲转移电压以下的电压也能够正常动作,因此黑色插入法能够有效提高光线穿透率。

二轴横摺膜片新技术的开发

OCB-WV用二轴横摺膜片,要求比传统偏光保护横摺膜片更大的面内延迟(Re)与面外延迟(Rth),为提高面外延迟,除了横摺高分子作面内配向之外还需作面配向,接着在横摺膜片内添加可以提高面外复折射性的全新添加剂,至于面内延迟则利用横摺膜片的延伸控制即可。



新开发的二轴横摺膜片被当作支撑体,因此必需涂设配向膜进行配向处理,此时二轴横摺膜片的迟相轴在偏光板的穿透轴的平行方向,与PDM层的配向方向呈450度。而配向膜表面涂布的圆盘状化合物层,该圆盘状化合物的端末具有架桥基的三酸磷甲苯酯(Triphenylene)诱导体。

涂布圆盘状化合物必需持续升温,一直到呈现圆盘状向列相为止,经过混合配向再后照射紫外光使配向固定,如此便能够获得即使在室温,也能够维持PDM层的混合配向的OCB-WV光膜片。最后再使多乙烯基酒精(Poly- vinyl alcohol)延伸附着碘,利用直接滚筒对滚筒技术,使OCB-WV光膜片黏贴至已经经过配向处理的偏光膜片。



若与其它光学补偿膜片透过黏着剂,黏贴至偏光膜片的黏贴方式比较,滚筒对滚筒技术具有使用膜片数量较少,异物混入黏着剂黏贴制程的比率比较低等特征。综合以上结论可知OCB-WV是利用下列新制程制作,分别是,可以使二轴横摺膜片面内的延迟,与厚度方向的延迟变大的横摺配向新技术。利用添加剂微调PDM层的混合配向新技术。面对膜片横轴方向使PDM层在450度方向配向,再使二轴横摺膜片的迟相轴分布在滚筒的横轴与纵轴方向,亦即滚筒对滚筒的偏光膜片制作新技术。随着液晶电视的大型化,能够达成越来越严苛的光学膜片面内均匀性要求的新技术。

可以藉此获得视角扩大的效果

透过光学最佳化设计制成的OCB-WV,若与传统VA、IPS光学膜片比较,显示它的宽广视角非常优秀,而且OCB-WV的中间色调变化非常少,尤其是斜侧视角的肤色再现性非常好。OCB-WV实现以往被视为非常困难的高速动态影像应答时间与宽广视角,OCB-WV除了适合应用在液晶电视之外,例如高解析度、高光线穿透率、可作鲜明动画显示的场序方式的应用,以及低温环境发挥低温反应速度的应用都非常适宜。

为制作OCB-WV开发的新世代配向技术,未来还可以支持光学补偿膜片势必面临的各式各样光学特性要求,例如兼具偏光板保护膜片功能的横摺膜片光学特性,技术上已经被证实可行。最近开发的低延迟光学膜片,它的面内延迟与面外延迟非常接近0,尤其对IPS模式的助益非常明显,运用这些配向技术未来可望支持所有液晶模式。

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