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液晶显示特定指向视角技术分析

李沂航
摘 要：当前的液晶显示器大部分都是在正视时亮度较高，在汽车、高铁等环境中，显示器的最大亮度与人眼视线两者之间的方向存在着相应的夹角，导致光源能量不能得到有效的利用、观看效果差。现阶段显示器在上述场合应用时必须要倾斜安装，而这样一来，就极易提高安装和设计成本。为了更好地解决所存在的这些问题，本文将针对此种特殊的视角观看问题，设计了全新的光学膜，能够让液晶显示器的最大亮度方向按照观看人员的位置，达到特定角度的偏转，可以尽可能的利用有限的空间，提高光效，节省成本。
关键词：液晶显示；背光；视角偏转；光学膜；表面微结构
1相关基础知识概述
1.1液晶显示的理论知识
1.1.1液晶显示器的工作原理
LCD作为被动型发光器件，主要分为液晶面板、电源模块、信号驱动模块以及背光模块四个部分。液晶是介于固液胎间的物质，本身不具有发光的功能，需要通过其它发光器件来照亮显示位置，光线的通断由对应的电路控制来实施。现阶段LCD一般采取薄膜晶体管（TFT）技术，其效果如同于像素开关，能够对 LCD 上的各个像素点分别实施驱动，从而达到控制光线亮暗的目的，较好的防止了行间出现串扰的情况，让整个画面更加清楚。
1.1.2LED背光模块介绍
光模块是LCD的发光单元，液晶显示器在显示过程中，需通过背光模板所给予的光线来照亮液晶光板，由此可以这样讲， LCD在背光模板中是其不可或缺的一部分。背光模块所具有的视角、亮度等，对液晶显示器最后显示的效果有着决定性的作用。随着 LCD 的进一步发展，就需要促使背光模块朝着价格低廉、功能消耗低等方向持续的努力。
1.2光刻技术
1.2.1光刻加工流程
最近几年来，在液晶显示范围内，开始有越来越多的微广学加工技术应用在其中，特别是以背光模块的光学膜制作居多，作为微纳制造的重要技术，光刻技术其主要原理就是光敏物质在光照的影响下，从而让材料得以改变性能，最后将掩膜板上的图形向基片上进行移动。
1.2.2无掩膜光刻直写技术
随着光刻图形构造愈加繁杂，还有人们对光刻精度的要求越来越高，由此新型的光刻技术正式被提出。曝光波长从原本的436nm发展到现在的13.5nm，由此也真正意义上让曝光光源实现了从高压泵灯往极紫外光刻的纵深化发展，显著提升了分辨率。
2视角偏转光学膜设计
2.1视角偏转的学膜表面微结构理论设计
视场合的应用需要，此次设计目标依次对侧入式和直下式两种情况的背光模板实施设计。根据现在所具有的侧入式背光模块结构的液晶显示器可知，LED 发出的光线经由导光板等射出，光线通过不同位置的视角曲线可清楚的看出，LED 发出的光线必须在数层光学膜的影响下，才可以转变为垂直出射的面光源。如果将视角偏转膜置于导光板上，光线缺少其它光学膜层的作用，所以未有较好的均匀性，光线不够集中，增加了设计的难度，而且经由视角膜偏转膜出射后的光线，同时还会经由扩散膜散射等，最后让背光模块所发出的光线最大亮度，将无法达到所设计的偏转角度目标。如果在其他光学膜层中置放视角偏转膜，也需要就以上所存在的问题加以充分的考虑。所以最好的方式就是，在背光模块的上扩散膜和液晶面板两者间置放视角偏转膜。然后，对从上扩散膜发出的光线实施相应的设计，这个时候背光源已不再是分散的面光源，视角曲线也得到了有效的确定。通过进一步的设计光学膜表面微结构，让经由视角偏转膜影响下的光线，在正式进入液晶面板前就已经可以在所要求的角度下实施偏转。
视角偏转膜的主要设计思路如下：光线从空气中正式进入到视角偏转膜中，因为光学膜材料和空气两者的折射率存在着一定的差异，光线经由偏转膜时会出现折射的情况，传播角度有所变化，通过研究计算进入视角偏转膜的每个角度的光线，让光线经由光学膜的折射影影响之后，各出射光线相对比入射光线都能够达到相应角度的偏转。
2.2侧入式背光模块的视角偏转膜光学仿真
待正式明确视角转膜曲面结构后，可对所得出的表面形貌数据代入光学仿真软件Light Tools 中实施建模，验证求解所得到的偏转膜是否和设计要求相一致。而为了让经过简化之后的模型和具体需要相符合，就需要于 Light Tools 软件中导入视角曲线，并当成仿真模式的初始光源。
2.3基于LED直下式背光模块的视角偏转膜设计与仿真
液晶显示器应用的场合不同，光学系统也会有所差异，而且背光源的视角曲线也会相应发生改变，如在有着较高亮度要求的环境中应用LCD 过程中，基本选择直下式背光模组，这个时候光源的视角曲线一般都比较狭窄，如接着采取以上设计的偏转膜，就会干扰视角的偏转效果，所以针对视角曲线存在差异的情况，就需要设计针对性的视角偏转膜。
此次在对偏转膜实施设计时，可借鉴侧入式背光模组设计的思路，为了防止其它光学结构会干扰偏转的效果，偏转膜也置于背光结构的顶层，充分的与液晶面板相联系。
3视角偏转光学膜制备与测试
3.1视角偏转膜制备
3.1.1光材料与性能参数确定
无掩膜光刻直写加工与传统依靠掩膜板两者之间，所采取的光刻方法并无显著的差异，首先将一层或者数层光刻胶涂覆在基底上，經过前烘后采取光刻机对其加以曝光，将曝光后的图形尽可能的显示出来，这样就可以获取预期设计的结构。曝光前要按照图形结构的特点，来选择采用光刻材料。
3.1.2三维灰度光刻工艺流程
三维灰度主要步骤为PET 基底处理→旋涂AZ4562光刻胶→前烘→光刻机曝光→显影。
3.2光刻工艺优化
3.2.1 旋涂优化
为了扩大胶层的应用范围，选择使用降低旋涂转速的方法，从而保证能够虎丘最大的涂覆厚度。另外，随着旋涂转速的下降，均匀性也会跟随其下降，由此可通过控制旋涂加速度等手段从而让光刻胶层变得更加匀称
3.2.2 曝光参数优化
因为视角偏转膜的曲面和高度，对于整体结构最终的视角特征和性质有着至关重要的作用，所以灰度光刻中的曝光参数的设置就非常关键，光强的大小对所获取的加工效果有着深远的影响。由于灰度光刻技术并不是一件轻松的事情，因此就需要用户自己在不断的实践中总结灰度模式的功能等内容。
3.3样品测试及分析
在侧入式和直下式背光模组中，放置已经制作完备好的视角偏转膜，利用法国ELDIM
公司的视角测试仪 EZ-LITE ，依次对上述这两种情况的视角方位曲线实施测试。经过测试发现，侧入式背光组设计的视角偏转膜，其视角偏转为 19.2°，达到了最大亮度的要求，基本上符合设计的目标。而直下式背光模组设计的视角偏转膜，其视角偏转为20.6°，同样也达到了最大亮度的要求，迎合了一定视角内进行观看的需要。
4结束语：
为了更好的解决当前汽车、高铁等环境中，液晶显示器和人眼视线方向偏差时所导致的观看效果下降、光能未充分利用等问题，减少液晶显示器在上述场合应用时倾斜安装，由此本文通过对已有方法的概括，针对背光源射光线的视角曲线，设计了一种能够实现液晶显示器最大亮度向一定角度进行偏转的光学膜。
参考文献：
[1]万冀豫， 冯贺，汪栋. 液晶显示器侧视角发红机理分析及改善[J]. 液晶与显示， 2018.
[2]陆东.大数据视角下个人信息安全风险及防控技术分析[J]. 智库时代， 2018， 141（25）：286+288.
[3]陈剑钊， 陈莹， 宋佳润. 基于视角方向的全景虚拟视图合成[J]. 液晶与显示， 2019， 34（1）：63-69.

-全文完-