第一節(jié) 液晶面板技術現(xiàn)狀

一、TN和STN技術

TN和STN在結構上的主要不同為液晶分子的扭曲角，TN的扭曲角為90°，STN的扭曲角為90°~270°。隨著扭曲角及偏光片角度的不同STN可以有黃綠模式、藍模式、灰模式等。TN有正性和負性等。STN比TN具有更高路數(shù)的驅動能力和優(yōu)異的電光性能。

TN類液晶由于它的局限性，只用于生產字符型液晶模塊；而STN（DSTN）類液晶模塊一般為中小型，既有單色的，也有偽彩色的。

STN（Super Twisted Nematic）屏幕，又稱為超扭曲向列型液晶顯示屏幕。在傳統(tǒng)單色液晶顯示器上加入了彩色濾光片，并將單色顯示矩陣中的每一像素分成三個像素，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色，以此達到顯示彩色的作用，顏色以淡綠色為和橘色為主。STN屏幕屬于反射式LCD，它的好處是功耗小，但在比較暗的環(huán)境中清晰度較差。

STN也是我們接觸得最多的材質類型，目前主要有CSTN和DSTN之分，它屬于被動矩陣式LCD器件，所以功耗小、省電，但么應時間較慢，為200毫秒。CSTN一般采用傳送式照明方式，必須使用外光源照明，稱為背光，照明光源要安裝在LCD的背后。

在TN與STN型的液晶顯示器中，所使用單純驅動電極的方式，都是采用X、Y軸的交叉方式來驅動。

TN型的液晶顯示技術可說是液晶顯示器中最基本的，而之后其它種類的液晶顯示器也可說是以TN型為原點來加以改良。同樣的，它的運作原理也較其它技術來的簡單。

STN型的顯示原理與TN相類似，不同的是TN扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90度，而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180~270度。

要在這里說明的是，單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形（或稱黑白），并沒有辦法做到色彩的變化。而STN液晶顯示器牽涉液晶材料的關系，以及光線的干涉現(xiàn)象，因此顯示的色調都以淡綠色與橘色為主。但如果在傳統(tǒng)單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片（color filter），并將單色顯示矩陣之任一像素（pixel）分成三個子像素（sub-pixel），分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色，再經由三原色比例之調和，也可以顯示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶顯示器如果顯示屏幕做的越大，其屏幕對比度就會顯得較差，不過藉由STN的改良技術，則可以彌補對比度不足的情況。

 二、TFT技術

TFT（Thin Film Transistor）即薄膜場效應晶體管，屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種。它可以“主動地”對屏幕上的各個獨立的像素進行控制，這樣可以大大提高反應時間。一般TFT的反應時間比較快，約80毫秒，而且可視角度大，一般可達到130度左右，主要運用在高端產品。所謂薄膜場效應晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅動。從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器，在技術上采用了“主動式矩陣”的方式來驅動，方法是利用薄膜技術所作成的電晶體電極，利用掃描的方法“主動拉”控制任意一個顯示點的開與關，光源照射時先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子傳導光線，通過遮光和透光來達到顯示的目的。

TFT-LCD液晶顯示屏是薄膜晶體管型液晶顯示屏，也就是“真彩”（TFT）。TFT液晶為每個像素都設有一個半導體開關，每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而每個節(jié)點都相對獨立，并可以連續(xù)控制，不僅提高了顯示屏的反應速度，同時可以精確控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶顯示屏的特點是亮度好、對比度高、層次感強、顏色鮮艷，但也存在著比較耗電和成本較高的不足。TFT液晶技術加快了手機彩屏的發(fā)展。新一代的彩屏手機中很多都支持65536色顯示，有的甚至支持16萬色顯示，這時TFT的高對比度，色彩豐富的優(yōu)勢就非常重要了。

TFT型的液晶顯示器主要的構成包括：螢光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。TFT類液晶，則從小到大都有，而且?guī)缀跚逡簧珵檎娌噬@示模塊。

TFT型的液晶顯示器較為復雜，主要的構成包括了，螢光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。首先液晶顯示器必須先利用背光源，也就是螢光燈管投射出光源，這些光源會先經過一個偏光板然后再經過液晶，這時液晶分子的排列方式進而改變穿透液晶的光線角度。然后這些光線接下來還必須經過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。因此我們只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最后出現(xiàn)的光線強度與色彩，并進而能在液晶面板上變化出有不同深淺的顏色組合了。

三、TN＋Film技術

TN＋Film技術是基于TN型液晶顯示器的改進技術，其液晶分子的排列還是TN模式，運動狀態(tài)仍然是在加電后由面板的平行方向向垂直方向扭轉。它采用了雙折射率△n＜0的透明薄膜來補償由于TN液晶盒(△n＞0)造成的相位延遲以實現(xiàn)廣視角的目的，所以該Film又稱為“相差膜”或“補償膜”(也有視角拓寬膜之稱)。

補償膜并不只貼在液晶面板表面?zhèn)?，而是液晶盒的兩側。當光線從下方穿過補償薄膜后便有了負的相位延遲(因為補償薄膜△n＜0)，進入液晶盒之后由于液晶分子的作用，在到達液晶盒中間時負相位延遲對正延遲的抵消為0；當光線繼續(xù)向上后又因受到上部分液晶分子的作用而在穿出液晶盒的時候有了正的相位延遲，當光線穿過上層補償膜后，相位延遲剛好又被抵消為0。這樣在補償薄膜的配合下，TN型液晶面板就可以取得較好的視角效果。作為一種普及性技術，TN＋Film對早期液晶顯示器可視角度的提高起了決定性作用，但它畢竟是基于TN型液晶的改進，因此在亮度、響應時間等指標上的表現(xiàn)仍然不盡如人意。

 四、MVA技術

MVA(Multi-domain Vertical Alignment，多象限垂直配向技術)是由日本富士通開發(fā)、最早出現(xiàn)在LCD中的一種用于提高液晶面板相關特性的顯示技術。MVA技術原理從命名上即可看出，其液晶分子長軸在未加電時垂直于屏幕，并且每個像素都是由多個這種垂直取向的液晶分子構成。通電后，液晶分子會朝向不同方向，這樣從不同角度觀察屏幕都可以獲得相應方向的補償，從而改善可視角度。

液晶材料通過狀態(tài)變換實現(xiàn)對光的控制，對應到分子層級上，就是液晶分子在垂直、水平(相對于屏幕)之間作角度切換。MVA技術的巧妙之處在于，其液晶面板的液晶層中包含了一種凸出物供液晶分子附著，在不施加電壓的狀態(tài)下，MVA面板看起來同傳統(tǒng)技術沒什么兩樣，液晶分子垂直于屏幕。然而一旦通電，液晶分子就會依附在凸出物上偏轉，形成垂直于凸出物表面的狀態(tài)。此時，它與屏幕表面也會產生偏轉效應，從而提高了透光率。

值得一提的是，在未進行光學補償?shù)那疤嵯?，MVA模式對視角的改善僅限上、下、左、右四個方向，其他方位視角仍然不理想。但如果加以雙軸性光學薄膜補償，將會得到比較理想的視角效果。另外，MVA模式液晶分子的運動幅度沒有TN模式那么大，因此不僅加電后液晶分子轉動到預定位置的速度要相對更快，而且在靠近電極斜面的液晶分子在受電時會迅速轉動，帶動離電極更遠的液晶分子運動，有利于提高液晶的響應速度。

盡管在可視角度及響應時間上有一定優(yōu)勢，但MVA仍并非完美的液晶解決方案。因為其特殊的電極排列方式會形成不均勻的電場強度，而電場強度不均勻則會造成灰階顯示不正確。通常的解決辦法是把驅動電壓增加到13.5V，以便精確控制液晶分子的轉動。另外由于它的液晶分子排列完全不同于傳統(tǒng)的TN模式，在灌入液晶時如果采用傳統(tǒng)工藝，所需要的時間會大大增加，因此成本有所提高。

五、PVA技術

三星開發(fā)的PVA(Patterned Vertical Alignment)技術與 MVA一樣同屬“VA”體系，在原理上如出一轍，只是實現(xiàn)方式有所差異。MVA技術的關鍵在于其液晶層中的凸出物，而PVA則沒有該物質，取而代之的是一種名為ITO的電極層。采用透明電極的優(yōu)點在于可以獲得更高的開口率，盡可能提高背光源的利用率。換言之，就是可以獲得優(yōu)于MVA的亮度輸出。

PVA同樣利用液晶分子的雙向傾斜來獲得更快的響應速度和更廣的視角，但PVA面板中并沒有和MVA一樣的凸出物來輔助傾斜電場的生成，如何才能讓液晶分子也實現(xiàn)小角度偏轉呢？三星的解決辦法是：將ITO電極層用激光刻出一道道均勻的縫隙，并將上下層基板的ITO縫隙設計成依次錯開的形式，這樣平行的電極之間就產生了一個傾斜的電場，驅動液晶分子形成雙向傾斜的形態(tài)。

事實證明，PVA的總體素質優(yōu)于MVA，它提供的可視角度可高達170°，響應時間也被控制在25ms以內，色彩飽和度達到了70％，而對比度則可輕易超過500:1的高水準。目前，該技術已經被三星廣泛應用于中高端LCD產品中，應用前景光明。

 六、IPS技術

與MVA類似，日本日立公司的IPS(In Plane Switching)技術也是在液晶分子長軸取向上做文章。不過采用IPS技術的液晶屏只能讓用戶看到液晶分子的短軸，因此在各個角度上的畫面都不會有太大差別，這樣就比較完美地改善了液晶顯示器的視角。

在IPS液晶屏中，細長的正負電極間隔排列在基板上。當把電壓加到電極上，原來平行于電極的液晶分子會旋轉到與電極垂直的方向，但液晶分子長軸仍然平行于基板，控制該電壓的大小就把液晶分子旋轉到需要的角度，配合偏振片就可以調制極化光線的透過率，以顯示不同的色階。IPS的工作原理有些類似于TN模式液晶，不同的是IPS模式的液晶分子排列不是扭曲向列，而且其長軸方向始終平行于基板。

針對IPS技術在斜45°方向的灰階逆轉現(xiàn)象，除了可以采用光學薄膜來補償，還可以依照MVA的特性來對IPS進行優(yōu)化。例如把IPS原來直條形的電極改成像MVA模式那樣的曲折型電極，這種改進后的IPS吸取了IPS和MVA的優(yōu)點，可以稱之為“雙疇型IPS”，也就是新一代的Super－IPS。另外IPS廣視角技術也屬于“Normal Black”的常黑模式型液晶。在未加電時表現(xiàn)為暗態(tài)，所以應用IPS廣視角技術的液晶顯示器出現(xiàn)“亮點”的可能性相對較低。跟MVA模式一樣，IPS廣視角的暗態(tài)穿透率也非常低，所以它的黑色表現(xiàn)是非常好的，一般不會發(fā)生“漏光”現(xiàn)象。

采用IPS技術的液晶屏可以輕松實現(xiàn)高達到170°的水平視角，幾乎與CRT顯示器、PDP等全視角顯示技術無異，同時在亮度、對比度以及色彩還原效果上IPS也有著過人之處。

 七、OCB技術

OCB(Optically Compensated Bend/Optical Compensated Birefringence，光學補償彎曲排列/光學補償雙折射)是一種利用設計巧妙的液晶分子排列來實現(xiàn)自我補償視角的液晶顯示技術，由日本松下公司研發(fā)和生產。在采用OCB技術的液晶屏中，中間的液晶分子始終處于跟基板垂直的狀態(tài)。由于液晶分子是緊密排列在一起的，當加電后，液晶分子的動作將影響整個液晶層，起到加速的作用。另外，OCB模式的液晶分子長軸始終在一個平面，不需要像TN模式那樣做扭曲的動作，因此相對來說只需做很小的改變就可以達到預定的位置。

OCB的最大優(yōu)點是其超快的響應速度。從圖中可以看到，OCB在加電狀態(tài)下液晶分子的偏轉角度極小，可以輕松實現(xiàn)10ms以下的響應時間(目前甚至已出現(xiàn)了響應時間僅1ms～5ms的產品)，非常適合動態(tài)圖像的顯示。毫無疑問，OCB是迄今為止響應時間最快的LCD顯示技術。另外，OCB獨特的結構讓液晶分子擁有光補償雙折射的特質，使其可以達到傳統(tǒng)TFT-LCD三倍以上的高色純度，從而輸出豐富艷麗的色彩，這是目前其他LCD顯示技術所無法比擬的。不過，OCB技術的可視角度只有140°，只能算是勉強及格，同時采用OCB技術的產品成本較高，并非普通用戶所能接受。

可惜的是，松下似乎無意將OCB技術用于顯示器領域。目前我們也僅能從松下的高端液晶電視中看到OCB的身影，這類產品價格十分昂貴?？磥砣舨唤鉀Q成本問題，就難獲大眾認可。

 八、FFS/AFFS技術

如同PVA模式跟MVA模式的關系一樣，F(xiàn)FS(Fringe Field Switching)技術嚴格來說應該IPS模式的一個分支。它同樣采用了液晶分子平行旋轉、單側電極的結構，基本原理與IPS完全相同。不過FFS將IPS的金屬電極改為透明的ITO電極，縮小了電極自身寬度并擴大了間距，從而提高開口率，使面板透光率比IPS技術高出2倍以上。相對于較完美的Super－IPS技術，F(xiàn)FS可稱得上又前進了一步。

與IPS相比，采用FFS技術液晶屏的正負電極不再是間隔排列，材質上也換成不會遮擋光線的透明電極，因而能實現(xiàn)較高的開口率。

FFS技術是由韓國現(xiàn)代公司開發(fā)的一種液晶顯示技術，目前已發(fā)展到第三代——FFS、UFFS及AFFS。其中第一代FFS主要解決了日立IPS/Super-IPS技術固有的開口率低、透光少的缺陷，F(xiàn)FS技術利用透明電極將透光率提升到75％的理想水平，同時也降低了液晶面板的整體功耗；名為“Ultra FFS”的第二代UFFS技術則將重點放在改善LCD“偏色”的弊病，并進一度縮短了響應時間；第三代的AFFS技術(Advanced Fringe Field Switching)則進行全方位的提高，將改進重點放在液晶材料層級。我們知道，負型液晶材料可以獲得更高的光效率，但扭轉的黏性較大、響應時間慢；而正型液晶材料雖然響應時間較快，但光效率很低。AFFS技術通過對液晶優(yōu)化，在正型液晶上獲得負型液晶90％左右的光效率，兼顧了響應時間和透光率。隨后AFFS還對楔形電極進行了修改，使之具備自動抑制光泄漏的能力，從而進一步提高了透光率。與早期的IPS技術相比，AFFS徹底解決了透光率差、亮度/對比度低等缺陷，最重要的是其響應時間也降低到了一個較為理想的水準需求，雖然無法與OCB技術相比，但完全能讓普通用戶滿意。

從整體上看，F(xiàn)FS/AFFS是一項非常優(yōu)秀且迫切期待普及的技術。它的可視角度可以實現(xiàn)驚人的180°，也就是完全達到CRT顯示器/PDP顯示器的水平，這一性能指標足以讓“可視角度”的說法變成歷史；其次，AFFS大幅度改善了LCD的透光率，從而輕松實現(xiàn)高亮度、高對比度的畫面輸出；就連最后的弊病——響應時間問題在AFFS身上也得到了有效的解決，可以說AFFS代表了當今液晶顯示器高畫質和廣視角兼得的最高水準。不過由于現(xiàn)有技術和產量的原因，采用AFFS技術的產品成本略高，這是AFFS目前最大的缺陷。

 九、LTPS技術

通過LCD種類的介紹可知，LTPS(Low Temperature Poly-Silicon，低溫多晶硅)并非獨立的顯示技術而是一種制造工藝，代表另一種液晶面板的生產技術。采用該 技術工藝 制造的液晶面板被稱為LTPS TFT-LCD(低溫多晶硅薄膜晶體管)，而普通液晶面板為TFT-LCD(非晶硅薄膜晶體管)。

LTPS TFT與TFT的最大差別在于，LTPS TF在生產中多經歷了一道“激光退火”程序。由此產生的低溫多晶硅在結晶排列上比非晶硅更加有序，因此能大幅度提高電晶體載子的移動速率，降低薄膜電晶體的尺寸，非常利于降低液晶顯示器的功耗。事實證明，LTPS TFT-LCD不僅耗電低、開口率高，而且在分辨率、亮度以及對比度上均有上乘表現(xiàn)，可視角度也達到了令人滿意的170°。

LTPS TFT－LCD甚至允許在玻璃基板上嵌入驅動元件(稱為LTPS SOP TFT－LCD)，因而能大幅減少驅動IC的占用空間，非常適合手機、PDA、筆記本電腦電腦等移動設備。此外嵌入了驅動元件的LCD在可靠度和特性上也有所提升，制造成本也得到降低。更重要的是，未來的LTPS TFT－LCD還可與OLED(有機發(fā)光二極管)技術搭配，生產出更薄、更亮及更省電的液晶面板。

LTPS TFT的優(yōu)勢十分明顯，它與FFS/AFFS一樣很可能成為未來主流的LCD顯示技術。但LTPS TFT的批量生產需要經驗積累、設備添加也需要大量資金，因此想叫板傳統(tǒng)TFT，LTPS還有很長的路要走。

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