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解決方案
VATN LCD 寬視角顯示技術
December 08,2022
介紹
廣視角顯示技術VATN-LCD
現今液晶面板技術主要有三大類，分別為︰
- 扭轉向列型TN(twisted nematic mode)
- 垂直排列型VA (vertical alignment mode)
- 平面轉換型ÍPS(in-plane switching mode)
VA面板技術區分為三大陣營：
- 富士通主導的多象限垂直配向技術(MVA，multi-domain vertical alignment)
- 韓國三星的圖像垂直配向技術(PVA，patterned vertical alignment)
- 夏普的連續焰火狀配向技術(CPA，continuous pinwheel alignment)
華凌在STN產品技術分類裡較常稱之為VATN（vertical alignment twisted nematic），以便與TFT的VA做區別。
VATN液晶未通電時，液晶分子排列的方向是垂直於玻璃，不同一般TN液晶是平行於玻璃基板，如圖1所示。當光線通過時會被偏光片擋住，呈現黑色態。對液晶的兩側施加電壓後液晶分子就會傾斜、倒下，被傾斜液晶折射後的光線變得能夠通過偏光片，呈現白色態。在對比上的表現，VATN比TN的對比性要好。
圖1: VATN與TN之液晶排列顯示機制
由於VATN液晶分子排列的規則性，在特定視角下，容易產生視覺盲區(灰階反轉效應)，如圖2所示。液晶因旋轉角度之關係，造成透光之光線較具有方向性，導致在不同角度下，肉眼看到的光線及顏色會偏移，即所謂的灰階反轉(Gray Scale Inversion)及色偏移。
圖2: VATN之6H視角與12H視角之灰階反轉效應
灰階反轉的成因：
液晶分子具有長軸方向與短軸方向的特性(如圖3所示)，分別有不同的折射率效果，這就是液晶的雙折射(Birefringence)性質。LCD利用液晶獨特的光學特性來顯示，光線經過不同的角度的液晶分子後將會得到不同的亮度。
圖3: 液晶分子軸向示意圖
從不同的角度觀看LCD時，所看到的亮度與對比就會不同，是因為在特定角度看到較多液晶分子的長軸，在特定角度看到較多短軸。在看見較多短軸的方位，甚至會發生灰階反轉(黑色變亮、白色變暗)。如圖4所示。
圖4: 灰階反轉的成因
針對此視角反轉的問題，華凌有提供一改善方案-VATN廣視角(full view)的產品技術，可以改善此一問題。改善效果，如圖5所示，各個視角對比差異不大，無灰階反轉。此產品應用，非常適用於高對比與廣視角的產品需求。
圖5: 華凌solution方案-VATN廣視角(Full view)產品改善灰階反轉
VATN廣視角(Full view)技術原理：
為了改善視角盲區，利用邊緣電場效應（Fringe-Field），將電極做成上下兩側錯位的分割缺口結構，產生對稱且路徑彎曲的電場，使液晶分子受到電場影響後產生不同方位的傾斜。在未通電時與一般VATN液晶分子同樣是垂直排列；但在通電後，由於液晶分子同時擁有多個方位的傾斜角度，從各個視角皆能同時看見液晶分子的多個軸向，亮暗的偏差程度便能取得視覺平衡，並能提高各個角度的對比，視角變得寬廣，因而解決原本的灰階反轉的問題。如圖6所示。
圖6: VATN廣視角(Full view)技術原理
華凌的VATN廣視角(Full view)產品特色：
- 高對比度：最高可達 120:1
- 廣視角: 最廣視角可達 170(H) 110(V)
- 模式：限定負顯模式 (深黑色底色)
- 字段顏色：白色，可搭配絲印客製化配色
- Duty要求： ≤ 1/4 Duty
- 可搭配背光顏色：白色/黃綠色/綠色/紅色/藍色
VATN 寬視角與一般視角的差異
| 項目 | 介面 | 光罩 | 視角 | 電壓 | Duty |
|---|---|---|---|---|---|
| 一般視角 VATN | Zebra Heat Seal PIN | Film Mask | 3H / 6H / 9H / 12H | VOP > 4.0V | Duty ≤ 1/18 |
| COG | Cr Mask ×1 | 反向視角存在盲區 | — | — | |
| 寬視角 VATN | Zebra Heat Seal PIN / COG | Cr Mask ×2 | 全視角，無視角盲區 | VOP > 4.5V | Duty ≤ 1/4 |
PS.廣視角可解決視角盲區但模具要用到兩片Cr Mask，費用略高。另外Duty大多建議1/4以下，VOP也比一般VATN略高。
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