二、 文獻
2.3 廣視角技術
早期由於視角的限制，阻礙液晶面板的發展[11]，後來日立（Hitachi）在 1995 年開發 IPS（In-Plane Switching）Mode LCD，及富士通（Fujitsu）後來開發的
MVA（Multi-domain Vertical Alignment）Mode LCD 後，廣視角技術開始廣為 運用，尤其對於大尺寸的面板的發展來說相當地重要。
廣視角技術必需符合三種定義：第一，對比（contrast ratio）要大於 10，是指 不同視角所觀測到的亮態與暗態的比值大於 10。第二，不能有灰階反轉
（gray-scale inversion）的現象。第三，隨視角的變化，色差（color shift）不 可太大，即不同角度所觀測到的色座標變動範圍越小越好。
retardation）較小，穿透率也較小（TN Mode LCD 使用正型液晶），所以看起 來較暗；若從面板的上方往下看時，接近垂直液晶分子長軸的方向，光穿過液晶 層後的相位延遲較大，穿透率也較大，所以看起來較亮。於是從上方往下看時，
畫面會偏亮，但從下方往上看時，畫面偏暗，而且還會有灰階反轉的情形，這是
圖 21 相位延遲效應 資料來源：液晶顯示器技術手冊
針對前述三項廣視角的定義，若要改善傳統 TN Mode LCD 的視周角的問 題，在灰階反轉的部份，可以藉由區域分割（domain-divided）的方式，也就是 利用多區域（multi-domain）的對稱來降低灰階反轉的程度。在對比部份，則要 使得暗狀態夠暗，故可藉由貼光學補償膜的方式解決。在色差的部份，也是利用 多區域的方式，使得液晶分子的指向分佈較對稱，以降低因視角的不同所造成的 色差。另外，也可以使用其它的顯示模式來達到廣視角的特性，在對比的部份，
要使暗狀態夠暗，可以採用水平配向（homogeneous alignment）或垂直配向
（homotropic or vertical alignment）的排列方式，對這兩種模式，通過偏光片
（Polarizer）的線性極化光，在經過液晶層後，並不會有相位延遲，所以穿透率 幾乎為零。在灰階反轉方面，我們要盡量降低液晶分子的傾角（tilt）不對稱效應，
這可以藉由降低傾角（Pre-tile angle），或利用多域分割方式達成。日立的 IPS Mode LCD 和富士通的 MVA Mode LCD 就分別是水平配向和垂直配向的技術。
2.3.1 IPS（In-Plane Switching）Mode LCD
IPS Mode LCD 的基本觀念如圖 22，讓上下基板的配向方向差 180°使液晶 分子做水平方向排列，電極只做在下板。不加電壓時，液晶分子的光軸方向 和偏光片的穿透軸平行，上下兩偏光片互相垂直，此時穿透率為零，所以面
板不加電場時，是暗狀態。當加電場時，液晶分子受到水平電場的作用會旋 轉，但只在水平面上旋轉，於是液晶的光軸和偏光片的穿透軸有一個夾角（夾 角會隨所加的電場不同而改變），此時，經過液晶層的光，因為雙折射效應，
光在兩個分量（ordinary ray and extraordinary ray）上的傳遞速度不同，就 會有相位延遲，當通過第二片偏光片時，部分的光會穿透面板，是亮態。
圖 22 IPS mode LCD 基本操作概念 資料來源：液晶顯示器技術手冊
利用 Jones Matrix 和光在單光軸材料內行進的理論，可以計算得到穿透率 等式對於兩個偏光片正交的模式，規一化的穿率為
T δ
T0 = sin2（2Φ）sin2 ( 2 )
（5）
2πΔnd δ = λ
（6）
Φ 是等效之液晶光軸和偏光片的穿透軸的夾角，Δnd 是相位延遲，當 Φ=45 度時，穿透率等式可簡化為
實驗的結果見圖 23，與理論計算的結果一致，在初始狀態還沒有加電壓時，
液晶分子的光軸方和和偏光片的穿透軸方向平行，此時穿透率為零，是暗 態。當加上電場後，由於液晶分子只在水平面上旋轉，和偏光片的穿透軸會 有一個夾角，而夾角隨所加的電場不同而改變，這時穿透的光由於
birefringence effect，在經過檢光片（analyzer）後會有不同亮度的變化，
為亮態。
圖 23 使用負型液晶之 IPS mode LCD 光穿透率隨電壓變化的關係 資料來源：液晶顯示器技術手冊
IPS Mode LCD 的對比和灰階反轉都比 TN Mode LCD 要好，但色差的變化 仍較為嚴重，故，需利用多域（Multi-domain）的結構來解決。IPS Mode LCD 色差的產生主要是因為平行液晶分子長軸的方向，看到以短波長為主的顏色 分佈，垂直液晶分子長軸的方向，會看到以長波長為主的顏色分佈，為減輕 這種
明顯的差異，須採用多域的模式。圖 24 是兩個 domain 的電極結構圖，此 種結構的另一個好處是 rubbing 的方向是 90 度，如圖 25 簡圖所示，直接藉 由控制電極彎曲的角度，來調變液晶分子和電場的夾角。利用多域模式可有 效的消除色差。
圖 24 兩個 domain 的電極結構圖 資料來源：液晶顯示器技術手冊
圖 25 液晶分子在 two domain 結構中，於電場控制下旋轉的情形 資料來源：液晶顯示器技術手冊
2.3.2 VA（Vertically Aligned）Mode LCD
VA 配向也就是指垂直排列的液晶模式，如圖 26，跟水平排列一樣其光學效 果屬於 ECB（electrically controlled birefringence）mode 的一種，即光學 效果純粹由相位延遲所造成，當相位延遲的量隨著電壓的不同而改變時，入 射液晶的線極化光就變成各種不同程度的橢圓極化光，再經過第二片偏振片 時，其出射率就隨著不同的極化程度改變，而造成不同的亮暗變化。
Dark Bright 導電層
液晶
玻璃
正交極化片
圖 26 傳統 VA Mode 動作原理
早期並未將此類排列的液晶模式用於顯示器上，主要是因為 ECB mode 有 較嚴重的色差，而廣視角其中一個要求便是不同視角的色差不可太嚴重，且 ECB mode 在垂直方向觀察即發現色差現象，故，必須應用多域的方式。而 垂直配向尚有另一個問題，未加電壓時，垂直配向液晶是垂直於配向膜表 面，當施加電壓時，液晶分子會往任一方向傾倒，此時會產生 disclination line，在光穿透率與應答速度上就會變差，因此對於 VA mode 而言，多域
（multi-domain）是必須的。
垂直配向所使用的液晶介電異向性為負值（Δε＜0），一般稱為負型液晶，
於加壓時因電力矩的關係，液晶分子會垂直於電力線，此為負型與正型的不 同處，故兩者的配向膜方式也不同。
Domain 的概念如圖 27 所示，人眼所看到真正的光學效果是各 domain 的光 學效果相加的結果，藉此達到廣視角的要求。利用此方法若將一個畫素分成 幾個 domain 是平面分割；若是在兩片玻璃間形成兩個 domain 也可形成廣 視角，即 OCB（optically compensated birefringence）Mode 及廣視角一 domain 垂直配向模式的原理。
Domain 1 Domain 2
導電層 液晶
玻璃 正交極化片
Domain 1 Domain 2
圖 27 Domain VA Mode 的補償原理 子長軸平行於配向膜，稱為 Homogeneous Alignment，第二種為長軸垂直於配 向膜上，稱為 Hetergeneous 或 Vertical Alignment，但在液晶螢幕之應用上，其 液晶分子與配向膜表面呈某一角度的傾斜（即預傾角，Pre-tilt Angle），如此才 能達到均一配向的效果。預傾角是影響 LCD 顯示特性的重要參數，主要取決於