液晶顯示特定指向視角技術(shù)分析

李沂航

摘 要：當(dāng)前的液晶顯示器大部分都是在正視時(shí)亮度較高，在汽車、高鐵等環(huán)境中，顯示器的最大亮度與人眼視線兩者之間的方向存在著相應(yīng)的夾角，導(dǎo)致光源能量不能得到有效的利用、觀看效果差?，F(xiàn)階段顯示器在上述場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)必須要傾斜安裝，而這樣一來(lái)，就極易提高安裝和設(shè)計(jì)成本。為了更好地解決所存在的這些問(wèn)題，本文將針對(duì)此種特殊的視角觀看問(wèn)題，設(shè)計(jì)了全新的光學(xué)膜，能夠讓液晶顯示器的最大亮度方向按照觀看人員的位置，達(dá)到特定角度的偏轉(zhuǎn)，可以盡可能的利用有限的空間，提高光效，節(jié)省成本。

關(guān)鍵詞：液晶顯示；背光；視角偏轉(zhuǎn)；光學(xué)膜；表面微結(jié)構(gòu)

1相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)概述

1.1液晶顯示的理論知識(shí)

1.1.1液晶顯示器的工作原理

LCD作為被動(dòng)型發(fā)光器件，主要分為液晶面板、電源模塊、信號(hào)驅(qū)動(dòng)模塊以及背光模塊四個(gè)部分。液晶是介于固液胎間的物質(zhì)，本身不具有發(fā)光的功能，需要通過(guò)其它發(fā)光器件來(lái)照亮顯示位置，光線的通斷由對(duì)應(yīng)的電路控制來(lái)實(shí)施。現(xiàn)階段LCD一般采取薄膜晶體管（TFT）技術(shù)，其效果如同于像素開(kāi)關(guān)，能夠?qū)?LCD 上的各個(gè)像素點(diǎn)分別實(shí)施驅(qū)動(dòng)，從而達(dá)到控制光線亮暗的目的，較好的防止了行間出現(xiàn)串?dāng)_的情況，讓整個(gè)畫(huà)面更加清楚。

1.1.2LED背光模塊介紹

光模塊是LCD的發(fā)光單元，液晶顯示器在顯示過(guò)程中，需通過(guò)背光模板所給予的光線來(lái)照亮液晶光板，由此可以這樣講， LCD在背光模板中是其不可或缺的一部分。背光模塊所具有的視角、亮度等，對(duì)液晶顯示器最后顯示的效果有著決定性的作用。隨著 LCD 的進(jìn)一步發(fā)展，就需要促使背光模塊朝著價(jià)格低廉、功能消耗低等方向持續(xù)的努力。

1.2光刻技術(shù)

1.2.1光刻加工流程

最近幾年來(lái)，在液晶顯示范圍內(nèi)，開(kāi)始有越來(lái)越多的微廣學(xué)加工技術(shù)應(yīng)用在其中，特別是以背光模塊的光學(xué)膜制作居多，作為微納制造的重要技術(shù)，光刻技術(shù)其主要原理就是光敏物質(zhì)在光照的影響下，從而讓材料得以改變性能，最后將掩膜板上的圖形向基片上進(jìn)行移動(dòng)。

1.2.2無(wú)掩膜光刻直寫(xiě)技術(shù)

隨著光刻圖形構(gòu)造愈加繁雜，還有人們對(duì)光刻精度的要求越來(lái)越高，由此新型的光刻技術(shù)正式被提出。曝光波長(zhǎng)從原本的436nm發(fā)展到現(xiàn)在的13.5nm，由此也真正意義上讓曝光光源實(shí)現(xiàn)了從高壓泵燈往極紫外光刻的縱深化發(fā)展，顯著提升了分辨率。

2視角偏轉(zhuǎn)光學(xué)膜設(shè)計(jì)

2.1視角偏轉(zhuǎn)的學(xué)膜表面微結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)

視場(chǎng)合的應(yīng)用需要，此次設(shè)計(jì)目標(biāo)依次對(duì)側(cè)入式和直下式兩種情況的背光模板實(shí)施設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)在所具有的側(cè)入式背光模塊結(jié)構(gòu)的液晶顯示器可知，LED 發(fā)出的光線經(jīng)由導(dǎo)光板等射出，光線通過(guò)不同位置的視角曲線可清楚的看出，LED 發(fā)出的光線必須在數(shù)層光學(xué)膜的影響下，才可以轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪背錾涞拿婀庠础Ｈ绻麑⒁暯瞧D(zhuǎn)膜置于導(dǎo)光板上，光線缺少其它光學(xué)膜層的作用，所以未有較好的均勻性，光線不夠集中，增加了設(shè)計(jì)的難度，而且經(jīng)由視角膜偏轉(zhuǎn)膜出射后的光線，同時(shí)還會(huì)經(jīng)由擴(kuò)散膜散射等，最后讓背光模塊所發(fā)出的光線最大亮度，將無(wú)法達(dá)到所設(shè)計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度目標(biāo)。如果在其他光學(xué)膜層中置放視角偏轉(zhuǎn)膜，也需要就以上所存在的問(wèn)題加以充分的考慮。所以最好的方式就是，在背光模塊的上擴(kuò)散膜和液晶面板兩者間置放視角偏轉(zhuǎn)膜。然后，對(duì)從上擴(kuò)散膜發(fā)出的光線實(shí)施相應(yīng)的設(shè)計(jì)，這個(gè)時(shí)候背光源已不再是分散的面光源，視角曲線也得到了有效的確定。通過(guò)進(jìn)一步的設(shè)計(jì)光學(xué)膜表面微結(jié)構(gòu)，讓經(jīng)由視角偏轉(zhuǎn)膜影響下的光線，在正式進(jìn)入液晶面板前就已經(jīng)可以在所要求的角度下實(shí)施偏轉(zhuǎn)。

視角偏轉(zhuǎn)膜的主要設(shè)計(jì)思路如下：光線從空氣中正式進(jìn)入到視角偏轉(zhuǎn)膜中，因?yàn)楣鈱W(xué)膜材料和空氣兩者的折射率存在著一定的差異，光線經(jīng)由偏轉(zhuǎn)膜時(shí)會(huì)出現(xiàn)折射的情況，傳播角度有所變化，通過(guò)研究計(jì)算進(jìn)入視角偏轉(zhuǎn)膜的每個(gè)角度的光線，讓光線經(jīng)由光學(xué)膜的折射影影響之后，各出射光線相對(duì)比入射光線都能夠達(dá)到相應(yīng)角度的偏轉(zhuǎn)。

2.2側(cè)入式背光模塊的視角偏轉(zhuǎn)膜光學(xué)仿真

待正式明確視角轉(zhuǎn)膜曲面結(jié)構(gòu)后，可對(duì)所得出的表面形貌數(shù)據(jù)代入光學(xué)仿真軟件Light Tools 中實(shí)施建模，驗(yàn)證求解所得到的偏轉(zhuǎn)膜是否和設(shè)計(jì)要求相一致。而為了讓經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化之后的模型和具體需要相符合，就需要于 Light Tools 軟件中導(dǎo)入視角曲線，并當(dāng)成仿真模式的初始光源。

2.3基于LED直下式背光模塊的視角偏轉(zhuǎn)膜設(shè)計(jì)與仿真

液晶顯示器應(yīng)用的場(chǎng)合不同，光學(xué)系統(tǒng)也會(huì)有所差異，而且背光源的視角曲線也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變，如在有著較高亮度要求的環(huán)境中應(yīng)用LCD 過(guò)程中，基本選擇直下式背光模組，這個(gè)時(shí)候光源的視角曲線一般都比較狹窄，如接著采取以上設(shè)計(jì)的偏轉(zhuǎn)膜，就會(huì)干擾視角的偏轉(zhuǎn)效果，所以針對(duì)視角曲線存在差異的情況，就需要設(shè)計(jì)針對(duì)性的視角偏轉(zhuǎn)膜。

此次在對(duì)偏轉(zhuǎn)膜實(shí)施設(shè)計(jì)時(shí)，可借鑒側(cè)入式背光模組設(shè)計(jì)的思路，為了防止其它光學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)干擾偏轉(zhuǎn)的效果，偏轉(zhuǎn)膜也置于背光結(jié)構(gòu)的頂層，充分的與液晶面板相聯(lián)系。

3視角偏轉(zhuǎn)光學(xué)膜制備與測(cè)試

3.1視角偏轉(zhuǎn)膜制備

3.1.1光材料與性能參數(shù)確定

無(wú)掩膜光刻直寫(xiě)加工與傳統(tǒng)依靠掩膜板兩者之間，所采取的光刻方法并無(wú)顯著的差異，首先將一層或者數(shù)層光刻膠涂覆在基底上，經(jīng)過(guò)前烘后采取光刻機(jī)對(duì)其加以曝光，將曝光后的圖形盡可能的顯示出來(lái)，這樣就可以獲取預(yù)期設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。曝光前要按照?qǐng)D形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，來(lái)選擇采用光刻材料。

3.1.2三維灰度光刻工藝流程

三維灰度主要步驟為PET 基底處理→旋涂AZ4562光刻膠→前烘→光刻機(jī)曝光→顯影。

3.2光刻工藝優(yōu)化

3.2.1 旋涂?jī)?yōu)化

為了擴(kuò)大膠層的應(yīng)用范圍，選擇使用降低旋涂轉(zhuǎn)速的方法，從而保證能夠虎丘最大的涂覆厚度。另外，隨著旋涂轉(zhuǎn)速的下降，均勻性也會(huì)跟隨其下降，由此可通過(guò)控制旋涂加速度等手段從而讓光刻膠層變得更加勻稱。

3.2.2 曝光參數(shù)優(yōu)化

因?yàn)橐暯瞧D(zhuǎn)膜的曲面和高度，對(duì)于整體結(jié)構(gòu)最終的視角特征和性質(zhì)有著至關(guān)重要的作用，所以灰度光刻中的曝光參數(shù)的設(shè)置就非常關(guān)鍵，光強(qiáng)的大小對(duì)所獲取的加工效果有著深遠(yuǎn)的影響。由于灰度光刻技術(shù)并不是一件輕松的事情，因此就需要用戶自己在不斷的實(shí)踐中總結(jié)灰度模式的功能等內(nèi)容。

3.3樣品測(cè)試及分析

在側(cè)入式和直下式背光模組中，放置已經(jīng)制作完備好的視角偏轉(zhuǎn)膜，利用法國(guó)ELDIM

公司的視角測(cè)試儀 EZ-LITE ，依次對(duì)上述這兩種情況的視角方位曲線實(shí)施測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，側(cè)入式背光組設(shè)計(jì)的視角偏轉(zhuǎn)膜，其視角偏轉(zhuǎn)為 19.2°，達(dá)到了最大亮度的要求，基本上符合設(shè)計(jì)的目標(biāo)。而直下式背光模組設(shè)計(jì)的視角偏轉(zhuǎn)膜，其視角偏轉(zhuǎn)為20.6°，同樣也達(dá)到了最大亮度的要求，迎合了一定視角內(nèi)進(jìn)行觀看的需要。

4結(jié)束語(yǔ)：

為了更好的解決當(dāng)前汽車、高鐵等環(huán)境中，液晶顯示器和人眼視線方向偏差時(shí)所導(dǎo)致的觀看效果下降、光能未充分利用等問(wèn)題，減少液晶顯示器在上述場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)傾斜安裝，由此本文通過(guò)對(duì)已有方法的概括，針對(duì)背光源射光線的視角曲線，設(shè)計(jì)了一種能夠?qū)崿F(xiàn)液晶顯示器最大亮度向一定角度進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的光學(xué)膜。

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