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摘要：液晶显示器的莫尔条纹问题会严重影响显示效果，为了抑制液晶模组的莫尔条纹问题，本文对莫尔条纹产生的机理进行了分析研究，并利用理论分析提出解决莫尔条纹问题的方法。
关键词：莫尔条纹；背光模组；液晶显示
前言：液晶显示为当前主流的平板显示技术。为提升液晶模组的亮度，通常需要使用增亮膜，增亮膜的作用是将匀化、散射的大部分光线重新汇聚到中心视角以内，显著提高了正视亮度，减少了低出射角散射光线的损失。在液晶模组中，增亮膜有序的棱镜阵列会与液晶屏有序排列的像素叠加，产生干涉条纹，即莫尔条纹，或者称水波纹。
1液晶显示器莫尔条纹现象介绍
由于液晶玻璃本身不会发光，故液晶显示器需由背光模组及液晶玻璃两部分组成，如图1所示。液晶玻璃在上、下两层玻璃基板之间夹一层液晶材料，形成平行板电容器，其中上玻璃基板贴有彩色滤光片，下玻璃基板则有薄膜晶体管镶嵌于上。上下两块偏光板的光学偏振方向互相垂直，即相位差为90°。背光模组用来提供均匀的背景光源。以不加电压液晶面板为亮态（即常白态）为例，背光源发射出来的非偏振光通过下偏光板成为线偏振光，下玻璃极板上的薄膜晶体管用来对每个像素位置施加电压，以控制液晶转向。如果某个像素位置没有电压，由于晶体的旋光特性，该线偏振光的偏振方向将旋转90°，正好与上偏光板的偏振方向相同，则光线顺利通过，则该像素显示状态为亮。如果某个像素位置有电压，该像素区域的液晶的旋光特性将消失，通过液晶的光线的偏振状态不变，因此光线无法通过上偏光板，则该像素显示状态为暗。此外，因为上层玻璃基板与彩色滤光片贴合，彩色滤光片使每个像素包含红蓝绿三原色，从而使其呈现出某一特定的颜色，这些不同颜色的像素呈现出来的就是面板前端的图像。
当前主流的背光模组一般由金属背板、LED灯条、反射片、扩散板（或导光板）、光学薄膜、边框等部件组成。其中光学薄膜主要为功能膜片，一般有增亮膜、扩散膜等。其中增亮膜的作用为提升背光亮度，但使用增亮膜也可能导致液晶显示器莫尔条纹现象。液晶模组中的莫尔条纹为明暗相间的条纹，类似于水波纹的现象，如图2所示。
图1 图2
2莫尔条纹形成的机理
莫尔条纹是两组线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果。当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只能看到干涉的花纹，这种光学现象中的花纹就是莫尔条纹。莫尔条纹的形成机理主要有三种理论：1.遮光阴影原理，即由条纹构成的交点轨迹可表示为莫尔条纹的光强分布；2.衍射干涉原理，即由莫尔条纹构成的新的光强分布可按衍射波之间的干涉结果来描述；3.频谱分析原理，即莫尔条纹是由低于光栅频率的空间频率分量组成。其中，频谱分析原理是一种广义的解释，光栅线纹稀疏时用遮光阴影原理来解释比较合适，而光栅线纹密集时用衍射干涉原理来解释则更为恰当。液晶模组中的莫尔条纹现象可以用干涉衍射原理进行分析。
3液晶模组莫尔条纹问题分析
增亮膜上表面存在规则的棱镜结构，如图3所示。每个棱镜波谷之间的位置类似于一个狭缝，可以透光；波谷位置相当于毛玻璃，阻挡了一部分光的通过，如图4所示。
液晶屏幕的彩色滤光片为规则的RGB亚像素排列（如图5所示），像素之间存在黑色矩阵，以防止像素之间漏光，提高对比度。故像素位置相当于一个狭缝，黑色矩阵位置相当于毛玻璃。
为进一步研究干涉纹的形成，我们把增亮膜及液晶屏幕分别简化为一个直线透射光栅模型，如图6所示。
透射光栅为衍射光栅的一种。在透明玻璃上刻制很多条相互平行、等距、等宽的狭缝，利用多缝衍射原理，使复合光发生色散的光学元件。
光栅两刻线之间的距离称为光栅常数，用d表示。莫尔条纹的科学含义是指两个周期性结构图案重叠时所产生的差频或拍频图案，例如两个光栅以一定角度相互倾斜重叠后所产生的条纹即为莫尔条纹。
假设光栅A的光栅常数为d，光栅B的光栅常数为d'，两片光栅之间的夹角为θ，两块光栅叠加产生的莫尔条纹间隔为D：
若d≠d'：当θ=0°时，莫尔条纹间距D有极大值；当0≤θ≤90°时，莫尔条纹间距随着θ的增大而减少。
若θ≠0°（θ为定值）：当d=d'时，莫尔条纹间距D有极大值；d与d'相差越大，莫尔条纹D间距越小。
4液晶模组莫尔条纹问题的解决方法
（1）减轻莫尔纹的其中一种方法是令莫尔条纹间距D减小，直至肉眼无法分辨的宽度。
目前主要有如下方法：
1.增大增亮膜棱镜与液晶玻璃像素的夹角
由于同一型号液晶玻璃的像素排列为恒定值，同一材质的增亮膜棱镜间距也是恒定值，按上章节结论，当0≤θ≤90°时，莫尔条纹间距随着θ的增大而减少，即棱镜旋转角度越大，莫尔条纹越不明显。
如下图所示，两块光栅之间的夹角越大，莫尔条纹越轻微。
故通过旋转增亮膜的棱镜角度，可以有效减轻液晶显示器的莫尔条纹现象。
2.减小增亮膜棱镜之间间距
液晶模组所用用液晶玻璃的像素（每组RGB）间距一般为200~500μm；增亮膜棱镜结构间距一般为20~60μm；
由于同一型号液晶玻璃的像素间距为恒定值，按上章结论，棱镜结构之间间距越小，莫尔条纹越不明显。
如图8为当d为恒定值时，d'分别为50μm及20μm情况下的莫尔条纹情况；
可见同一夹角下，d'=20μm时的莫尔条纹更轻微。
图8
故通过使用减小增亮膜棱镜结构之间的距离，可以有效减轻液晶显示器莫尔条纹现象。
（2）减轻莫尔条纹的另一种方法是令莫尔条纹变得不连续，使肉眼无法分辨出其为条状纹路。
由于增亮膜棱镜结构近似于一个光栅，导致液晶模组可能出现莫尔条纹，破坏光栅的规律性即可减轻莫尔条纹。
1.提高增亮膜背涂雾度或上置高雾扩散片
扩散粒子的存在打断了光栅的规律性，使光栅不再存在明显的“刻线”与“狭缝”。最终形成的莫尔条纹也变得不连续。
2.改变增亮膜棱镜结构的规律性
通过使用不等间距棱镜，不等高度棱镜，不等角度棱镜，抖动棱镜结构等方法，破坏棱镜结构的规律性，使增亮膜不再是一个规律的光栅结构，可一定程度减轻莫尔条纹。
5结语
随着显示技术的发展，对于高亮度、高对比度、高画质的追求也会更加极致。液晶显示器中的莫尔条纹问题对显示画质造成了极大的困扰。本文通过对莫尔条纹的研究，提出了通过改善增亮膜角度、结构等方法，可以有效解决液晶显示器的莫尔条纹问题。
参考文献：
[1]基于莫尔测量技术的光栅常数测定方法[J].程伟昊.南京信息工程大学 2019
[2]平板显示技术比较及研究进展[J].李继军.内蒙古工业大学 2018
[3]一种莫尔条纹的消除方法、装置及设备[P].尹少晨.京东方科技 2018
[4]高密度LED 显示屏莫尔条纹抑制研究[J].田志辉.中国科学院 2014
[5]一种减干涉光学增亮膜[P]夏寅.激智科技 2015
论文作者:吴成恩
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/9/25
标签：莫尔论文; 条纹论文; 棱镜论文; 光栅论文; 液晶论文; 间距论文; 模组论文; 《基层建设》2019年第20期论文;