液晶顯示特定指向視角技術分析

李沂航

摘 要：當前的液晶顯示器大部分都是在正視時亮度較高，在汽車、高鐵等環境中，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的夾角，導致光源能量不能得到有效的利用、觀看效果差。現階段顯示器在上述場合應用時必須要傾斜安裝，而這樣一來，就極易提高安裝和設計成本。為了更好地解決所存在的這些問題，本文將針對此種特殊的視角觀看問題，設計了全新的光學膜，能夠讓液晶顯示器的最大亮度方向按照觀看人員的位置，達到特定角度的偏轉，可以盡可能的利用有限的空間，提高光效，節省成本。

關鍵詞：液晶顯示；背光；視角偏轉；光學膜；表面微結構

1相關基礎知識概述

1.1液晶顯示的理論知識

1.1.1液晶顯示器的工作原理

LCD作為被動型發光器件，主要分為液晶面板、電源模塊、信號驅動模塊以及背光模塊四個部分。液晶是介于固液胎間的物質，本身不具有發光的功能，需要通過其它發光器件來照亮顯示位置，光線的通斷由對應的電路控制來實施。現階段LCD一般采取薄膜晶體管（TFT）技術，其效果如同于像素開關，能夠對 LCD 上的各個像素點分別實施驅動，從而達到控制光線亮暗的目的，較好的防止了行間出現串擾的情況，讓整個畫面更加清楚。

1.1.2LED背光模塊介紹

光模塊是LCD的發光單元，液晶顯示器在顯示過程中，需通過背光模板所給予的光線來照亮液晶光板，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 的進一步發展，就需要促使背光模塊朝著價格低廉、功能消耗低等方向持續的努力。

1.2光刻技術

1.2.1光刻加工流程

最近幾年來，在液晶顯示范圍內，開始有越來越多的微廣學加工技術應用在其中，特別是以背光模塊的光學膜制作居多，作為微納制造的重要技術，光刻技術其主要原理就是光敏物質在光照的影響下，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行移動。

1.2.2無掩膜光刻直寫技術

隨著光刻圖形構造愈加繁雜，還有人們對光刻精度的要求越來越高，由此新型的光刻技術正式被提出。曝光波長從原本的436nm發展到現在的13.5nm，由此也真正意義上讓曝光光源實現了從高壓泵燈往極紫外光刻的縱深化發展，顯著提升了分辨率。

2視角偏轉光學膜設計

2.1視角偏轉的學膜表面微結構理論設計

視場合的應用需要，此次設計目標依次對側入式和直下式兩種情況的背光模板實施設計。根據現在所具有的側入式背光模塊結構的液晶顯示器可知，LED 發出的光線經由導光板等射出，光線通過不同位置的視角曲線可清楚的看出，LED 發出的光線必須在數層光學膜的影響下，才可以轉變為垂直出射的面光源。如果將視角偏轉膜置于導光板上，光線缺少其它光學膜層的作用，所以未有較好的均勻性，光線不夠集中，增加了設計的難度，而且經由視角膜偏轉膜出射后的光線，同時還會經由擴散膜散射等，最后讓背光模塊所發出的光線最大亮度，將無法達到所設計的偏轉角度目標。如果在其他光學膜層中置放視角偏轉膜，也需要就以上所存在的問題加以充分的考慮。所以最好的方式就是，在背光模塊的上擴散膜和液晶面板兩者間置放視角偏轉膜。然后，對從上擴散膜發出的光線實施相應的設計，這個時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。通過進一步的設計光學膜表面微結構，讓經由視角偏轉膜影響下的光線，在正式進入液晶面板前就已經可以在所要求的角度下實施偏轉。

視角偏轉膜的主要設計思路如下：光線從空氣中正式進入到視角偏轉膜中，因為光學膜材料和空氣兩者的折射率存在著一定的差異，光線經由偏轉膜時會出現折射的情況，傳播角度有所變化，通過研究計算進入視角偏轉膜的每個角度的光線，讓光線經由光學膜的折射影影響之后，各出射光線相對比入射光線都能夠達到相應角度的偏轉。

2.2側入式背光模塊的視角偏轉膜光學仿真

待正式明確視角轉膜曲面結構后，可對所得出的表面形貌數據代入光學仿真軟件Light Tools 中實施建模，驗證求解所得到的偏轉膜是否和設計要求相一致。而為了讓經過簡化之后的模型和具體需要相符合，就需要于 Light Tools 軟件中導入視角曲線，并當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膜設計與仿真

液晶顯示器應用的場合不同，光學系統也會有所差異，而且背光源的視角曲線也會相應發生改變，如在有著較高亮度要求的環境中應用LCD 過程中，基本選擇直下式背光模組，這個時候光源的視角曲線一般都比較狹窄，如接著采取以上設計的偏轉膜，就會干擾視角的偏轉效果，所以針對視角曲線存在差異的情況，就需要設計針對性的視角偏轉膜。

此次在對偏轉膜實施設計時，可借鑒側入式背光模組設計的思路，為了防止其它光學結構會干擾偏轉的效果，偏轉膜也置于背光結構的頂層，充分的與液晶面板相聯系。

3視角偏轉光學膜制備與測試

3.1視角偏轉膜制備

3.1.1光材料與性能參數確定

無掩膜光刻直寫加工與傳統依靠掩膜板兩者之間，所采取的光刻方法并無顯著的差異，首先將一層或者數層光刻膠涂覆在基底上，經過前烘后采取光刻機對其加以曝光，將曝光后的圖形盡可能的顯示出來，這樣就可以獲取預期設計的結構。曝光前要按照圖形結構的特點，來選擇采用光刻材料。

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→光刻機曝光→顯影。

3.2光刻工藝優化

3.2.1 旋涂優化

為了擴大膠層的應用范圍，選擇使用降低旋涂轉速的方法，從而保證能夠虎丘最大的涂覆厚度。另外，隨著旋涂轉速的下降，均勻性也會跟隨其下降，由此可通過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 曝光參數優化

因為視角偏轉膜的曲面和高度，對于整體結構最終的視角特征和性質有著至關重要的作用，所以灰度光刻中的曝光參數的設置就非常關鍵，光強的大小對所獲取的加工效果有著深遠的影響。由于灰度光刻技術并不是一件輕松的事情，因此就需要用戶自己在不斷的實踐中總結灰度模式的功能等內容。

3.3樣品測試及分析

在側入式和直下式背光模組中，放置已經制作完備好的視角偏轉膜，利用法國ELDIM

公司的視角測試儀 EZ-LITE ，依次對上述這兩種情況的視角方位曲線實施測試。經過測試發現，側入式背光組設計的視角偏轉膜，其視角偏轉為 19.2°，達到了最大亮度的要求，基本上符合設計的目標。而直下式背光模組設計的視角偏轉膜，其視角偏轉為20.6°，同樣也達到了最大亮度的要求，迎合了一定視角內進行觀看的需要。

4結束語：

為了更好的解決當前汽車、高鐵等環境中，液晶顯示器和人眼視線方向偏差時所導致的觀看效果下降、光能未充分利用等問題，減少液晶顯示器在上述場合應用時傾斜安裝，由此本文通過對已有方法的概括，針對背光源射光線的視角曲線，設計了一種能夠實現液晶顯示器最大亮度向一定角度進行偏轉的光學膜。

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