垂直排列显示模式视角拓宽和无盲区技术研究

钟海强，李春来，王艳卿

（1. 精电（河源）显示技术有限公司，广东 河源 517000；2. 广东河源职业技术学院，广东 河源 517000）

0 引言

液晶显示器凭借其平板、低功耗、轻便等优势，在电视显示、手机显示、汽车仪表等领域应用上占据很大的市场份额。而垂直排列（VA）的被动显示模式，相对于TFT低廉的成本，以及低成本开模、容易定制等的优点，与传统扭曲向列显示器（TN）相比，有高对比度、响应时间快的优势，广泛被各大车厂作个性化仪表盘的显示器设计首选。

在没有光学补偿的垂直排列显示器上，对比度会随视角的增大而急剧下降；而增加光学补偿后，正视角的对比度得到很好的提升，但也有一个痛点，就是在反视向有一个对比度盲区，这个区域的对比度急剧下降。本文从液晶分子的排列方式着手研究，以微调液晶分子在盒内的排列情况，从而解决反视向对比度盲区问题。

1 VA显示原理与特性

垂直配向（Vertical Alignment，简称VA）显示模式是一种常黑态显示模式，其盒内液晶分子垂直玻璃基板排列，其结构如图所示，主要上下ITO电极的玻璃基板、上下偏光片以及负性液晶组成。不施加电压时，液晶分子理论上垂直玻璃基板排列，在正交的偏光片作用下形成透过率极低的黑态；施加电压时，液晶分子在电场作用下，转为平行玻璃基板的排列状态，以形成亮态[1]。

因为黑态通常透过率非常低，这就使得此显示类型有很高的对比度，垂直对比度能够轻易超过1000，经常可以达到2000～3000。这也是其深受市场青睐的原因之一，尤其是汽车仪表显示屏。但在没有无光学补偿的情况下，视角超过10°时，其背景色开始发白变透，对比度快速下降（如图1无补偿膜VA视角图）。

图1 无补偿膜VA视角图

根据VA模式的结构，在不同角度观看的时所看到的液晶分子形状不同，意味着液晶分子对光线的作用不同如图2所示。

图2 不同角度观察到底色黑度示意图

增加光学补偿后，从光学测量数据对比度视角图看如图3所示，垂直对比度1200，而在6点和12点方向10°时，对比度已经下降到了500；到视角30°时，对比度只剩下10了。对比度的快速下降，无法满足现时人们对显示效果的要求。对此，我们拟增加C-plate进行光学补偿。

图3 有补偿膜VA视角图

2 光学补偿，视角拓宽

在增加C-plate（Ne=1.483，No=1.493，厚度32.5um）进行光学补偿后，可视角度有了明显的提高，高对比度的视角范围也得到很好改善。垂直对比度能达到2000，视角方向20°时也能达到1000左右，30°时也有300，参视角图2。补偿后的VA显示屏可以满足多种情况下的视角需求。

通过增加C-plate的方案，能够将视角方向的对比度和视角拓宽，能满足到很大用户的需求。但这种方案有一个缺点，就是在反视角方向30°～40°左右有一个对比度低洼的区域，对比度在这里急剧下降，直观的感觉就是字符的亮度明显降低。对于一些视角要求较高的产品来说，这种缺陷是无法接受的。

3 多畴显示，解决盲区

解决以上VA液晶显示器视角盲区问题的做法经常会用到多畴技术，即是在同一个笔段、像素里形成多个方向的液晶分子排列，以达到相互补偿、提升透过率的效果。MVA/PVA就是类似的解决方案[2]，但其制作工艺复杂成本高，只能应用在有源矩阵的显示器，如大尺寸液晶电视、要求高的便携设备上，无法应用在无源的显示屏上[3]。

一般的无源显示器里，普通液晶分子排列是用毛布配向膜上进行擦膜，从而在配向膜上产生细微的沟槽，而负性液晶就在这个沟槽上进行催着与玻璃基板的排列。我们换一个思路，在玻璃基板上的导电电极上，设计多个棒状沟槽，使电场由不同的发生方向，从而使液晶分子的排列方向不同，以实现没有视角盲区的高对比度显示[4]。

普通单畴显示和多畴显示原理示意图如如图4对比。

图4 单畴和多畴显示对比示意图

普通单畴显示，其液晶分子排列规律以至于受不同视向的影响较大。但多畴显示中，液晶分子因为不同方向的电场作用，使得各个视角方向的底色和对比度保持较高的一致性。

针对沟槽的尺寸、密度、盒厚等多方面，进行DOE试验，以达到最优化的效果。目前能达成上下左右30°的对比度大于1000，如图5所示。比带光学补偿的效果更能满足各方面视角的需求。

图5 多畴显示视角图

4 结论

在没有光学补偿的垂直排列显示，各个视角方向的对比度下降明显；通过增加光学补偿后，主视角和左右视角变宽，但反视角方向却有明显的盲区。而在使用多畴的方式后，四个方向的视角度得到很大的改善。

顺应消费者需求，开发更佳显示效果，是液晶研发的重要任务。以VA显示技术为基础，从原本无补偿视角窄，到补偿主视角提升对比度，再到多畴显示解决显示盲区，是消费者要求的提升，也是技术开发的必然走势。随着消费升级，显示器的各种要求都在提升，如基于柔性基板[5]的垂直排列显示器，甚至全息显示也会有进入消费领域的趋势[6]。