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解决方案
VATN LCD 宽视角显示技术
December 08,2022
介紹
广视角显示技术VATN-LCD
现今液晶面板技术主要有三大类，分别为︰
- 扭转向列型TN(twisted nematic mode)
- 垂直排列型VA (vertical alignment mode)
- 平面转换型ÍPS(in-plane switching mode)
VA面板技术区分为三大阵营：
- 富士通主导的多象限垂直配向技术(MVA，multi-domain vertical alignment)
- 韩国三星的图像垂直配向技术(PVA，patterned vertical alignment)
- 夏普的连续焰火状配向技术(CPA，continuous pinwheel alignment)
华凌在STN产品技术分类里较常称之为VATN（vertical alignment twisted nematic），以便与TFT的VA做区别。
VATN液晶未通电时，液晶分子排列的方向是垂直于玻璃，不同一般TN液晶是平行于玻璃基板，如图1所示。当光线通过时会被偏光片挡住，呈现黑色态。对液晶的两侧施加电压后液晶分子就会倾斜、倒下，被倾斜液晶折射后的光线变得能够通过偏光片，呈现白色态。在对比上的表现，VATN比TN的对比性要好。
图1: VATN与TN之液晶排列显示机制
由于VATN液晶分子排列的规则性，在特定视角下，容易产生视觉盲区(灰阶反转效应)，如图2所示。液晶因旋转角度之关系，造成透光之光线较具有方向性，导致在不同角度下，肉眼看到的光线及颜色会偏移，即所谓的灰阶反转(Gray Scale Inversion)及色偏移。
图2: VATN之6H视角与12H视角之灰阶反转效应
灰阶反转的成因：
液晶分子具有长轴方向与短轴方向的特性(如图3所示)，分别有不同的折射率效果，这就是液晶的双折射(Birefringence)性质。LCD利用液晶独特的光学特性来显示，光线经过不同的角度的液晶分子后将会得到不同的亮度。
图3: 液晶分子轴向示意图
从不同的角度观看LCD时，所看到的亮度与对比就会不同，是因为在特定角度看到较多液晶分子的长轴，在特定角度看到较多短轴。在看见较多短轴的方位，甚至会发生灰阶反转(黑色变亮、白色变暗)。如图4所示。
图4: 灰阶反转的成因
针对此视角反转的问题，华凌有提供一改善方案-VATN广视角(full view)的产品技术，可以改善此一问题。改善效果，如图5所示，各个视角对比差异不大，无灰阶反转。此产品应用，非常适用于高对比度与广视角的产品需求。
图5: 华凌solution方案-VATN广视角(Full view)产品改善灰阶反转
VATN广视角(Full view)技术原理：
为了改善视角盲区，利用边缘电场效应（Fringe-Field），将电极做成上下两侧错位的分割缺口结构，产生对称且路径弯曲的电场，使液晶分子受到电场影响后产生不同方位的倾斜。在未通电时与一般VATN液晶分子同样是垂直排列；但在通电后，由于液晶分子同时拥有多个方位的倾斜角度，从各个视角皆能同时看见液晶分子的多个轴向，亮暗的偏差程度便能取得视觉平衡，并能提高各个角度的对比，视角变得宽广，因而解决原本的灰阶反转的问题。如图6所示。
图6: VATN广视角(Full view)技术原理
华凌的VATN广视角(Full view)产品特色：
- 高对比度度：最高可达 120:1
- 广视角: 最广视角可达 170(H) 110(V)
- 模式：限定负显模式 (深黑色底色)
- 字段颜色：白色，可搭配丝印客制化配色
- Duty要求： ≤ 1/4 Duty
- 可搭配背光颜色：白色/黄绿色/绿色/红色/蓝色
VATN 广视角与一般视角的差异
| 项目 | 接口 | 光罩 | 视角 | 电压 | Duty |
|---|---|---|---|---|---|
| 一般视角 VATN | Zebra Heat Seal PIN | Film Mask | 3H / 6H / 9H / 12H | VOP > 4.0V | Duty ≤ 1/18 |
| COG | Cr Mask ×1 | 反向视角存在盲区 | — | — | |
| 广视角 VATN | Zebra Heat Seal PIN / COG | Cr Mask ×2 | 全视角，无视角盲区 | VOP > 4.5V | Duty ≤ 1/4 |
PS.广视角可解决视角盲区但模具要用到两片Cr Mask，费用略高。另外Duty大多建议1/4以下，VOP也比一般VATN略高。
延伸阅读
对于同时需要显示功能与触控按键输入的应用，请参考以下文章：
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