显示与成像技术-第一部显示第三章3_液晶广角技术

（六）平面控制模式（IPS－mode)
IPS（In Plane Switching）模式的广视角技术是在液晶分子长轴 取向上做文章，应用IPS广视角技术的液晶显示让观察者任何时候 都只能看到液晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会 有太大差别，这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角。
结构：细条型的正负电极间隔 排列在基板上把电压加到电极 上，原来平行于电极的液晶分 子会旋转到与电极垂直的方向， 但液晶分子长轴仍然平行于基 板，控制该电压的大小就把液 晶分子旋转到需要的角度，配 合偏振片就可以调制极化光线 的透过率，以显示不同的色阶。
Passivation SiNx Deposition Using PECVD
Passivation SiNx Atch Using RIE
中国TFT-LCD液晶面板线分布(2010) 在2006年之前，我国量产的液晶面板生产线仅有两条 5代量 产线和一条5代在建线，量产线分别是京东方的5代线和上广 电-NEC的5代线，在建线为龙腾光电的5代线。
如图是一种双畴VA模式液晶。 未加电时，液晶分子长轴垂直于屏幕，只有在靠近凸起物电极的液晶分子略有倾 斜，光线此时无法穿过上下两片偏光板。 当加电后，凸起物附近的液晶分子迅速带动其他液晶转动到垂直于凸起物表面状 态，即分子长轴倾斜于屏幕，透射率上升从而实现调制光线。
在这种双畴模式中相邻的 畴分子状态正好对称，长 轴指向不同的方向，VA模 式就是利用这种不同的分 子长轴指向来实现光学补 偿.
这样用精确的补偿薄膜配合TN模式 液晶可以取得很好的改善视角效果。
相差膜补偿法的局限性
（1）由于TN模式液晶显示器在加电后呈暗态，未加电时呈亮 态，因此它属于NW（Normal White常亮）模式液晶。当由 于各种因素造成某些像素上的TFT（薄膜晶体管）损坏时，电 压就无法加到该像素上，这样该像素上的液晶分子无法得到 扭转的动力，在任何情况下光线都将穿透液晶盒两端的偏振 片使该像素永远处于亮态，这就是我们常说的亮点。 TN＋Film模式的广视角技术没有对此进行任何改进，所以仍 然存在亮点较多的问题。 （2）应用TN＋Film广视角技术的液晶显示器除了在视角上 比普通TN液晶显示器有所进步之外，TN模式液晶的其他缺点 如响应时间长、开口率低、最大色彩数少等等也毫无遗漏地 继承了下来 。
优点：OCB模式在常态下（无 电场）也显示暗态，属于“常 黑”模式液晶，因此OCB出现 “亮点”的几率也不高。OCB 还原的黑色特别纯 。 OCB最大的特点就是响应速度 快，即使是响应时间也不会超 过10ms，目前已经有1ms到 5ms的产品。
缺点：1.对三种单色光的透过率 不一样。 2. 透射由于OCB模式在无电场 情况下分子是平行于Panel的， 这样为了实现液晶分子的弯曲排 列，每次开机都需要一定的预置 时间来让液晶分子扭动到合适位 置之后才能正常工作。
① OCB模式工作于液晶分子的双 折射现象 ② 在无电场条件下，透过光也会 产生光程差，所以要加一层双 轴光学补偿膜，以抵消这个光 程差。 ③ 盒内液晶分子不扭曲，只是在 一个平面内弯曲排列。 ④ 液晶分子排列是上下对称的， 这样由下面液晶分子双折射性 导致的相位偏差正好可以利用 上部分的液晶分子自行抵消， 相对其他配向分割模式，OCB 的制造工艺更简单一些。
然而，在 2006-2010 年的 5 年里，东到江苏昆山、西到四川 成都、南到广东深圳、北到北京、中部武汉，各世代代的液 晶面板生产线纷纷落地，2.5代线、4.5代线、6代线、7.5代 线、8代线布局全国，形成了液晶面板线大小通吃的格局， 总投资额已超过千亿人民币。
从上面的视角特性图我们可以看出，TN模式液晶的视角特性很不均匀，其 垂直方向视角远比水平视角要差，而且在屏幕下方较大的角度范围内都会 看到灰阶逆转。
（一）相差膜补偿法
在液晶面上加贴一片一定数值的相位差膜以改善视角特 性的方法。
TN＋Film广视角 技术被广泛应用 于主流液晶显示 器
（一）相差膜补偿法
PVA（Patterned Vertical Alignment，垂直取向构型）广视角技术
PVA广视角技术同样属于VA技术的范畴，实际上它跟MVA极其相似，可以说是 MVA的一种变形。PVA采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物，制造工艺与TN模 式相容性较好。透明电极可以获得更好的开口率，最大限度减少背光源的浪费
如图，在B处看到的是中灰 阶，在A和C处能同时看到 的高灰阶和低灰阶，混色后 正好是中灰阶
优点：如果采用双轴性光学薄膜补偿，将会得到比较理想的视角。 容 坏点为“暗点”，要更难发现，也就是说对画面影响更小，用户也较 易接受。 正面对比度可以做得非常好，即使要达到1000:1也并不难
缺点：
1.MVA液晶会随视角的增加而出现颜 色变淡的现象 。
（二）多畴TN
针对TN模式液晶显示器对某一特定视角的依存性特性，采 用多组长轴方向不同的液晶分子来合成一个像素，这样用不同 朝向的液晶分子来补偿不同方向的视角，精确地设计好它们之 间的排列，其合成的视角也可以达到比较理想的效果。
双畴模式的原理图，畴A和畴B的液晶分子取向正好相反，这样可以解决好水 平或者垂直方向的视角问题
IPS起初是由Hitachi所发展，但现在NEC及Nokia也采用这项技术。
垂直取向模式
MVA（Multi-domain Vertical Alignment）模式的液晶显示 器。 其液晶分子长轴在未加电时不像TN模式那样平行于屏幕，而 是垂直于屏幕，并且每个像素都是由多个这种垂直取向的液 晶分子畴组成。
不用屋脊形的凸起物如何生成倾斜的电场呢？PVA很巧妙的解决了这一问题。 如图，PVA上的ITO不再是一个完整的薄膜，而是被光刻了一道道的缝，上下两 层的缝并不对应，从剖面上看，上下两端的电极正好依次错开，平行的电极之 间也恰好形成一个倾斜的电场来调制光线
各种广视角模式比较
⑴TN＋Film模式的广视角产品由于成本低廉，可沿用以往的生产线，因此仍然会占据不 小的市场份额，即便以后各种新型宽视角技术成熟后，TN依然可能会象今天的荫罩管一 样稳居低端市场。 ⑵MVA产品应用广泛，它可以显示很好的“黑色”，在显示画面时的暗部细节也表现良 好。最大的遗憾就是它随观看角度的增大会出现颜色变淡的现象，这也是判定MVA模式 的重要特性。富士通和友达、奇美生产的高端Panel都会有MVA产品，选用MVA模式 Panel的厂商非常多，几大日系高端品牌均有相关产品，明基BenQ和优派 （ViewSonic）的大屏也有部分采用MVA技术。 ⑶三星主推的PVA模式广视角技术，由于其强大的产能和稳定的质量控制体系，被欧 美IT厂商广泛采用 ⑷而IPS阵营中，由于有LG.Philips LCD这种全球LCD产能数一数二的厂商支持，所 以占据的市场份额也不小。由于性能突出，不少日韩高端品牌的部分高端产品都采用 这种技术。它所还原的黑色要比MVA稍差，因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的 黑色；在画面细节表现上IPS也要略逊于MVA ⑸至于由日本松下主推的OCB技术，严格来说它应该更象一个响应时间的解决方案。 采用OCB技术的产品目前在国内市场较难见到 。
这是5次光刻形成TFT图形，采用 底栅背沟道刻蚀的工艺。以玻璃为 基板。第一次光刻形成栅线原料为 Cr。第二次光刻形成“硅岛”—— SiNx，a-Si，n+-a-Si层，第三次光 刻形成ITO导电膜，第四次光刻形 成源极漏极，材料为Cr，并进行n+ 切断，基本形成TFT。最后第五次 光刻形成SiNx保护膜。
2.电场强度并不均匀，如果电场强度 不够的话，会造成灰阶显示不正确。 因此需要把驱动电压增加到13.5V 。 3.灌入液晶时如果采用传统工艺，所 需要的时间会大大增加，因此现在普 遍应用一种叫ODF（One-Drop Fill， 滴下式注入法）的高速灌入工艺 ， 增加了成本。
采用MVA技术的明基BenQ FP991，对比度 达到700:1
Pixel ITO Sputer Deposition
Pixel ITO Patterning Using 3rd MASK
TFT-Array Process
Data Bus Line and S/D Metal Sputtering Data Bus Line and S/D Patterning Using 4th MASK Etch-Back of n+a-Si Using S/D Layer as a MASK
LCD宽视角化技术的进展
导致视角狭窄的根本原因
LCD拥有众多优点，但视角有个向异性和范围较小的弱点。离 开垂直显示板法向，对比度下降。因此宽视角技术一直是液晶显 示的重要研究课题。
液晶的视角问题是由液晶本身的工作原理决定 的。 入射光线与液晶长轴的夹角越小，双折射越 小；反之越大。 偏离液晶屏法线方向的入射光线与液晶分子 长轴夹角不同，造成不同视角下有效光程差 不同。 液晶盒的最佳光程差是按垂直入射光线设计 的。故视角越大，最小透过率增加。
补偿膜并不只贴在液晶面板表面侧， 而是液晶盒的两侧。 当光线从下方穿过补偿薄膜后便有 了负的相位延迟（因为补偿薄膜△n ＜0）,进入液晶盒之后由于液晶分子 的作用，在到液晶盒中间的时候， 负相位延迟给正延迟抵消为0。 当光线继续向上进行又因为受到上 部分液晶分子的作用而在穿出液晶 盒的时候有了正的相位延迟，当光 线穿过上层补偿薄膜后，相位延迟 刚好又被抵消为0。
多畴结构的特点
多畴结构需要多次摩擦和光刻，工艺十分复
杂。 理论上单个像素的液晶分子包含的畴越多， 合成的视角特性越好，但畴数大约4以后性能 提高并不多。 多畴TN-LCD在高端LCD中获得了应用，双畴 结构的视角达到了±60度。但在不牺牲亮度 的情况下，获得较高对比度有困难。
（五）OCB（Optically Compensated Bend/Optical Compensated Birefringence，光学补偿弯曲排列/光学补偿 双折射） 广视角技术利用其设计巧妙 的液晶分子排列来实现自我 补偿视角，所以它又叫自补 偿模式。 在自补偿和双轴光学膜的补 偿下，OCB模式的液晶可以 实现不错的可视角度，而且 视角均匀性非常好。如图， 在不同的方位也不会出现TN 模式固有的灰阶逆转现象。