显示面板色彩重现与提高光学效率技术

1、显示面板色彩重现与提高光学效率技术    目前众多科技产业中，谁将成为主角？有人说，下一个技术将是“显示器（DisplayCentral）”的时代，相信会获得很多人的认同；最主要是因为显示器在技术加持之下，养成人们对视觉需求越来越强烈，另外几乎所有的电子产品都有显示器的应用，使得平面显示器成为科技产业不可或缺的主角。本文以液晶显示器技术为主轴，谈谈平面显示器的技术发展与实验室中的研究方向。液晶显示器对于色彩需求越来越高过去，重视色彩表现的研究绝大部分都目前众多科技产业中，谁将成为主角？有人说，下一个技术将是“显示器（Display Central）”的时

2、代，相信会获得很多人的认同；最主要是因为显示器在技术加持之下，养成人们对视觉需求越来越强烈，另外几乎所有的电子产品都有显示器的应用，使得平面显示器成为科技产业不可或缺的主角。本文以液晶显示器技术为主轴，谈谈平面显示器的技术发展与实验室中的研究方向。液晶显示器对于色彩需求越来越高过去，重视色彩表现的研究绝大部分都是以艺术、设计产业为主；相较之下，具电子、电机等理工背景的工程师来说，简直是“一窍不通”，不过在显示面板技术长久发展之下，使得显示器产业对“色彩”有更进一步的需求。因为影像信号在显示设备进行转换的同时，图片或影像很容易就会产生色彩失真的缺点，加上显示设备色彩表现所涵盖的工程技术层次相当高

3、。因此，“色彩表现”将成为显示产业，未来发展重点的技术之一。在显示设备所运用的色彩重现技术，最主要目的在于，搭配视觉系统及环境条件下，将输入端的设备信号，经过一系列色彩演算及处.前面约略提到，CIE制定许多色彩空间，且各有其特性及应用性，其中像CIE 1971 LUV、CIE 1971 LAB等空间，因为所定义的参数中，已将环境光源的参数独立出来，故这些空间不仅是色彩空间，同时亦是可用的色外观模型，而LCH空间也是属于这类的色彩空间，分别为明了（L）、色相（C）、彩度（H）。因此，若要考虑环境光源的作用时，若可将XYZ三刺激值再转换到LCH模型去进行处理。色域对应（Gamut mapping）

4、：显示器设备中所能表现出的色彩范围称为“色域”，也将其视为显示设备的显色能.次波长光栅可藉由电子束直写的技术定义奈米光栅图案，并以半导体制程制作出样品，实验结果显示偏光转换效率为传统LCD偏光片1.7倍。此法采电子束直写的技术定义光栅，在制作大尺寸时将会费时且高成本，故我们再提出以奈米转印（Nano-imprint technology）技术制作大尺寸次波长光栅偏光片之方法。其技术关键在于“模仁结构的精密制作”。此外，雷射刻板技术之提升也可望成为新的模仁制作方式。以雷射刻板技术定义出母模，再以射出成型法做出模仁。对于大尺寸模仁而言，雷射刻板速度快且价廉，故此法可望快速制作奈米光栅母模。目前奈米

5、雷射读写头技术已可达到100nm之线宽，若可将之应用于雷射刻板技术，则不仅可快速制作奈米光栅母满足高分光效率之光栅条件（光栅周期=200nm）。制作光栅模仁后，须先翻印成硅胶（PDMS）模仁，再进行奈米压印及蚀刻等步骤，以完成次波长光栅偏光片的制作。色分离效应左右显示器精致性画质在显示器设备的原色光源显示的时间，可将其定位在图像色场（Color Field）的表现时间；三个连续色场时间之光刺激入射至人眼，经视觉系统作用后，则足以形成彩色影像。而较为理想的影像成形状况，就是在一彩色影像所包含的三影像色场中的各画素光刺激之下，皆投射至视网膜上各画素所对应的相同位置，则各画素的色彩信息将可被视觉完整

6、重现。若是一彩色影像所包含的三影像色场，其对应画素投射在视网膜上不同位置而被视觉系统察知，则观察者将看色场分离错位的影像，此即称为色分离（CBU）现象。又因为CBU通常在影像中物体的边缘形成色带排列，就像是彩虹条纹，所以CBU又称彩虹效应（Rainbow Effect）。基本上，色分离现象不仅会降低观觉质量之外，另外也有研究报告指出，在长时间观看FS-FC型式的显示器后，容易造成晕眩等不舒服的感觉。因此，针对液晶显示器的潜在性色分离效应问题，将是FS-FC LCD必须要改善的首要目标。实验室研究与实际验证过程在实验室阶段运用5.6吋导光板进行先期的验证开发，LED之电能与亮度转换能力为378n

7、its/W。比较量测结果和LuxeonTM网站提供的分析图，两者的转换能力相近。因此，可根据此推测出，若将设计延伸至37吋背光模块时，其转换能力约为40nits/W。换句话说，应用所设计之背光模块于37吋时，若要提供2800nits之光亮度（大于前述之2650nits，以确保优于传统CCFL背光模块提供8500nits时之效能），所需LED功率为70W，再加上电路耗功率，加总之后的功率约为88W。由R、G、B单独点亮及混成白光的光分布量测结果及照片可看出均匀度良好，亮度稳定度量测，结果可看出点亮20分钟后亮度已十分稳定，虽因热造成亮度下降，但下降幅度也仅4，在人眼未能感知之范围。所量测到的视角

8、为35度，广于规格要求之30度；色域分布亦近于NTSC，远超过目前CCFL的72 NTSC色域。节省耗电量、降低热量提高显示器产品竞争力背光源及输入影像的处理后而呈现，其它效能之验证结果亦优于现有之规格。另外，在次波长光栅偏光片方面，可取代传统偏光板之实验，除了已验证可提高偏光转换效率1.7倍外。.就整体应用优势来看，可提升背光模块之光效率达5倍以上，高效率背光模块为一种兼具高光效能与低电功率消耗的显示组件，能进一步改善平面显示器的既有特性，发挥平面显示面板的优势。同时，在环保上能够节省耗电量、降低热量，提高显示器产品的竞争力和附加价值。FS-FC LCD作为提供视觉刺激的显示器，其观赏质量不再是独立于观赏条件之外的结果。使用FS-FC技术，除了如同传统SCFLCD必须考虑显示组件特性、光源及背光模块特性之外，必须在设计时，将使用者的观赏条件列入考虑，包含前述观赏时的客观物理条件、视觉生理反应，甚至是心理物理上的感知。因为色分离现象在FS-FC型式的显示器中，显示应答速率有限的情况