由Sharp量產UV2A液晶顯示器面板透視光配向技術之發展

 

刊登日期:2010/7/15
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由於液晶顯示器技術隨著需求上升而不斷地演進,傳統之TN(Twisted Nematic)Mode液晶顯示器在廣視角應用的需求已不敷使用,所以針對此應用之發展,現今有IPS(In-plane Switching)Mode及MVA(Multi-domain Vertical Alignment) Mode之液晶顯示器模式被開發出,而在MVA模式中,現今技術最值得關注的是Sharp公司所研發的光配向技術誘導多區域垂直配向技術(即UV2A面板技術)。

液晶顯示器之面板技術發展
扭轉向列型(TN Mode)、水平配向模式(IPS Mode)及垂直配向模式(VA Mode)不同模式之液晶顯示器之配向方式、液晶排列方式、擁有其技術廠商及其技術的產品定位如表一所示,以下分別就此三種模式做簡略說明。
1. 扭轉向列型
由圖二可知,TN型液晶顯示器面板顯示原理為先將配向膜以刷摩(Rubbing)方式配向,上下兩片基板之配向方式以90度組裝後,灌入向列型液晶,其後在玻璃板外貼附兩片互垂直角度之偏光板(一面之配向膜刷摩方向須與其中一面之偏光板偏光方向相同)。當光從背光源經過一偏極板進入液晶盒後,其偏極態只會存在某一方向,若液晶處在開(ON)的狀態(通電壓),液晶分子將受電場影響沿電場方向排列,光在通過液晶盒後,其偏極態將不會改變,因此遇到第二片偏極板(與第一片偏極板垂直)時將被阻擋,則外界會看到暗的現象。

若液晶處在關(OFF)的狀態(未通電壓)時,液晶分子將會受到配向膜的影響而沿著配向的方向排列,由於上下兩配向膜的方向是互相垂直,所以光會隨著液晶分子旋轉而改變其偏極態,在遇到第二片偏極板(與第一片偏極板垂直)時將順利通過,形成外界看到亮的現象;因此液晶分子之複折射效應(Birefringence)直接影響光對面板之穿透度,所以當液晶分子之複折射率隨著觀測角度的改變而改變時,偏軸之影像失真將會產生,此為該技術之弱點,不過,因為TN型液晶顯示器面板構造組成簡單、擁有良好的亮度及應答時間,仍是最普遍被使用之液晶顯示器面板模式。

3. 垂直配向模式
VA型液晶顯示器面板顯示原理為使用一負介電異方性液晶分子(Negative Dielectric Anisotropy),未施予電壓時,液晶分子垂直站立排列,使液晶盒呈現暗態,而施予電壓時,水平排列液晶盒呈現亮態;光線穿透度隨著視角與液晶分子之複折射率的改變有關,所以此液晶顯示模式仍與視角有很大的關係;為了解決此問題,MVA及PVA(Patterned VA)等技術因應而生(圖四)。而在這些面板技術不斷地創新演化中,值得注意的是, Sharp於2009年9月發表UV2A(Ultraviolet Iduced Multi-domain Vertical Alignment)面板技術已達到量產化,取代原先ASV (Advanced Super View)面板技術(屬於MVA技術的一種),其形成多區域垂直配向之原因為使用光配向材料之配向膜,利用不同方向之紫外光照射配向膜,進而促進液晶分子產生多區域垂直排列,達到廣視角的功能。

表一、同類型液晶顯示器之配向方式及其市場應用


圖四、(a) MVA型液晶顯示器橫截面圖;(b) PVA型液晶顯示器橫截面圖

UV2A面板技術
Sharp所發表的UV2A面板技術已達量產化,並將導入堺市廠及龜山第二工廠生產。此技術取代原先ASV面板技術,其形成多區域垂直配向之原因(圖五)為先將光配向材料之高分子配向膜塗佈於玻璃基板上,再利用一特定方向之紫外光照射配向膜,配向膜高分子隨著紫外光之方向排列,進而精密控制2 nm長度之液晶分子之配向精度達±20 pm之傾斜角度,若重複此步驟,搭配不同方向之紫外光,液晶分子即達到多區域配向;而其像素組成可由圖六中發現,一個像素中有四個區域方向(4 Domains),一個像素又可分成兩個子像素,而達到廣視角的功能;此技術在液晶盒中並無使用凸起物及細縫,具備製程簡單化、縮短液晶應答時間、增加對比度及增加開口率等優點。

Sharp之UV2A技術面板產品動向
Sharp生產之LCD電視“AQUOS LX1”產品於2009年11月正式販售,其面板採用UV2A技術,並使用LED之背光源,具有高對比精細畫質及省能等優勢。其單個面板之對比度達到5,000:1,是原來面板的1.6倍,該公司表示,通過分析匯入影像信號來控制LED背光源的亮度,進而使影像對比度達到200萬:1。
而在省能方面,若以52吋的液晶顯示器而言,耗電量也從255降至168(kWh/年),所以此革新性面板兼具高畫質及省能等優點。

另外,在3D液晶顯示器的應用開發,Sharp於2010年4月12日於東京公開發表4種顏色(RGBY)面板技術應用於3D顯示器中。此3D液晶電視技術特色為面板具高輝度及其顯示影像具低干擾度(Crosstalk),大尺寸3D顯示器面板之顯示原理為快速交替放映左右眼之影像,再透過專用之液晶顯示器眼鏡,左右眼分別觀測到不同的影像,進而產生立體影像。而Sharp在3D液晶電視面板即採用UV2A面板技術,在面板顏色則採用RGB加上Y(黃色)實現4原色技術(圖十二),使液晶面板之透光度增加,且顏色再現性範圍擴大,其輝度為傳統的1.8倍。另外,採用可掃描式之LED背光源,加上UV2A面板技術4 ms之高應答速度,實現低干擾之影像。表三為Sharp生產之3D顯示器與其他公司產品規格比較……以上內容為重點摘錄,如欲詳細全文請見原文

作者:陳曼玲/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌282、283期」,更多資料請見:
https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8609
https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=8686


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