第一節(jié) 液晶面板技術(shù)現(xiàn)狀

一、TN和STN技術(shù)

TN和STN在結(jié)構(gòu)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(lán)模式、灰模式等。TN有正性和負(fù)性等。STN比TN具有更高路數(shù)的驅(qū)動(dòng)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(chǎn)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(gè)像素，分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，以此達(dá)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(zhì)類型，目前主要有CSTN和DSTN之分，它屬于被動(dòng)矩陣式LCD器件，所以功耗小、省電，但么應(yīng)時(shí)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(qū)動(dòng)電極的方式，都是采用X、Y軸的交叉方式來驅(qū)動(dòng)。

TN型的液晶顯示技術(shù)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(diǎn)來加以改良。同樣的，它的運(yùn)作原理也較其它技術(shù)來的簡單。

STN型的顯示原理與TN相類似，不同的是TN扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90度，而STN超扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)是將入射光旋轉(zhuǎn)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(guān)系，以及光線的干涉現(xiàn)象，因此顯示的色調(diào)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(gè)子像素（sub-pixel），分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原色比例之調(diào)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(duì)比度就會(huì)顯得較差，不過藉由STN的改良技術(shù)，則可以彌補(bǔ)對(duì)比度不足的情況。

 二、TFT技術(shù)

TFT（Thin Film Transistor）即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種。它可以“主動(dòng)地”對(duì)屏幕上的各個(gè)獨(dú)立的像素進(jìn)行控制，這樣可以大大提高反應(yīng)時(shí)間。一般TFT的反應(yīng)時(shí)間比較快，約80毫秒，而且可視角度大，一般可達(dá)到130度左右，主要運(yùn)用在高端產(chǎn)品。所謂薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)。從而可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器，在技術(shù)上采用了“主動(dòng)式矩陣”的方式來驅(qū)動(dòng)，方法是利用薄膜技術(shù)所作成的電晶體電極，利用掃描的方法“主動(dòng)拉”控制任意一個(gè)顯示點(diǎn)的開與關(guān)，光源照射時(shí)先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子傳導(dǎo)光線，通過遮光和透光來達(dá)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(gè)像素都設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，每個(gè)像素都可以通過點(diǎn)脈沖直接控制，因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對(duì)獨(dú)立，并可以連續(xù)控制，不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)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(diǎn)是亮度好、對(duì)比度高、層次感強(qiáng)、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(shù)加快了手機(jī)彩屏的發(fā)展。新一代的彩屏手機(jī)中很多都支持65536色顯示，有的甚至支持16萬色顯示，這時(shí)TFT的高對(duì)比度，色彩豐富的優(yōu)勢(shì)就非常重要了。

TFT型的液晶顯示器主要的構(gòu)成包括：螢光管、導(dǎo)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(fù)雜，主要的構(gòu)成包括了，螢光管、導(dǎo)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(huì)先經(jīng)過一個(gè)偏光板然后再經(jīng)過液晶，這時(shí)液晶分子的排列方式進(jìn)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(jīng)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(qiáng)度與色彩，并進(jìn)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(shù)

TN＋Film技術(shù)是基于TN型液晶顯示器的改進(jìn)技術(shù)，其液晶分子的排列還是TN模式，運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)。它采用了雙折射率△n＜0的透明薄膜來補(bǔ)償由于TN液晶盒(△n＞0)造成的相位延遲以實(shí)現(xiàn)廣視角的目的，所以該Film又稱為“相差膜”或“補(bǔ)償膜”(也有視角拓寬膜之稱)。

補(bǔ)償膜并不只貼在液晶面板表面?zhèn)?，而是液晶盒的兩?cè)。當(dāng)光線從下方穿過補(bǔ)償薄膜后便有了負(fù)的相位延遲(因?yàn)檠a(bǔ)償薄膜△n＜0)，進(jìn)入液晶盒之后由于液晶分子的作用，在到達(dá)液晶盒中間時(shí)負(fù)相位延遲對(duì)正延遲的抵消為0；當(dāng)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(shí)候有了正的相位延遲，當(dāng)光線穿過上層補(bǔ)償膜后，相位延遲剛好又被抵消為0。這樣在補(bǔ)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(shù)，TN＋Film對(duì)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(jìn)，因此在亮度、響應(yīng)時(shí)間等指標(biāo)上的表現(xiàn)仍然不盡如人意。

 四、MVA技術(shù)

MVA(Multi-domain Vertical Alignment，多象限垂直配向技術(shù))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(guān)特性的顯示技術(shù)。MVA技術(shù)原理從命名上即可看出，其液晶分子長軸在未加電時(shí)垂直于屏幕，并且每個(gè)像素都是由多個(gè)這種垂直取向的液晶分子構(gòu)成。通電后，液晶分子會(huì)朝向不同方向，這樣從不同角度觀察屏幕都可以獲得相應(yīng)方向的補(bǔ)償，從而改善可視角度。

液晶材料通過狀態(tài)變換實(shí)現(xiàn)對(duì)光的控制，對(duì)應(yīng)到分子層級(jí)上，就是液晶分子在垂直、水平(相對(duì)于屏幕)之間作角度切換。MVA技術(shù)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(shù)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(huì)依附在凸出物上偏轉(zhuǎn)，形成垂直于凸出物表面的狀態(tài)。此時(shí)，它與屏幕表面也會(huì)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)效應(yīng)，從而提高了透光率。

值得一提的是，在未進(jìn)行光學(xué)補(bǔ)償?shù)那疤嵯拢琈VA模式對(duì)視角的改善僅限上、下、左、右四個(gè)方向，其他方位視角仍然不理想。但如果加以雙軸性光學(xué)薄膜補(bǔ)償，將會(huì)得到比較理想的視角效果。另外，MVA模式液晶分子的運(yùn)動(dòng)幅度沒有TN模式那么大，因此不僅加電后液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)定位置的速度要相對(duì)更快，而且在靠近電極斜面的液晶分子在受電時(shí)會(huì)迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)離電極更遠(yuǎn)的液晶分子運(yùn)動(dòng)，有利于提高液晶的響應(yīng)速度。

盡管在可視角度及響應(yīng)時(shí)間上有一定優(yōu)勢(shì)，但MVA仍并非完美的液晶解決方案。因?yàn)槠涮厥獾碾姌O排列方式會(huì)形成不均勻的電場(chǎng)強(qiáng)度，而電場(chǎng)強(qiáng)度不均勻則會(huì)造成灰階顯示不正確。通常的解決辦法是把驅(qū)動(dòng)電壓增加到13.5V，以便精確控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)。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(shí)如果采用傳統(tǒng)工藝，所需要的時(shí)間會(huì)大大增加，因此成本有所提高。

五、PVA技術(shù)

三星開發(fā)的PVA(Patterned Vertical Alignment)技術(shù)與 MVA一樣同屬“VA”體系，在原理上如出一轍，只是實(shí)現(xiàn)方式有所差異。MVA技術(shù)的關(guān)鍵在于其液晶層中的凸出物，而PVA則沒有該物質(zhì)，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(diǎn)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(yīng)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(chǎng)的生成，如何才能讓液晶分子也實(shí)現(xiàn)小角度偏轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)成依次錯(cuò)開的形式，這樣平行的電極之間就產(chǎn)生了一個(gè)傾斜的電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)液晶分子形成雙向傾斜的形態(tài)。

事實(shí)證明，PVA的總體素質(zhì)優(yōu)于MVA，它提供的可視角度可高達(dá)170°，響應(yīng)時(shí)間也被控制在25ms以內(nèi)，色彩飽和度達(dá)到了70％，而對(duì)比度則可輕易超過500:1的高水準(zhǔn)。目前，該技術(shù)已經(jīng)被三星廣泛應(yīng)用于中高端LCD產(chǎn)品中，應(yīng)用前景光明。

 六、IPS技術(shù)

與MVA類似，日本日立公司的IPS(In Plane Switching)技術(shù)也是在液晶分子長軸取向上做文章。不過采用IPS技術(shù)的液晶屏只能讓用戶看到液晶分子的短軸，因此在各個(gè)角度上的畫面都不會(huì)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(xì)長的正負(fù)電極間隔排列在基板上。當(dāng)把電壓加到電極上，原來平行于電極的液晶分子會(huì)旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)到需要的角度，配合偏振片就可以調(diào)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(duì)IPS技術(shù)在斜45°方向的灰階逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象，除了可以采用光學(xué)薄膜來補(bǔ)償，還可以依照MVA的特性來對(duì)IPS進(jìn)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(jìn)后的IPS吸取了IPS和MVA的優(yōu)點(diǎn)，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(shù)也屬于“Normal Black”的常黑模式型液晶。在未加電時(shí)表現(xiàn)為暗態(tài)，所以應(yīng)用IPS廣視角技術(shù)的液晶顯示器出現(xiàn)“亮點(diǎn)”的可能性相對(duì)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(huì)發(fā)生“漏光”現(xiàn)象。

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

 七、OCB技術(shù)

OCB(Optically Compensated Bend/Optical Compensated Birefringence，光學(xué)補(bǔ)償彎曲排列/光學(xué)補(bǔ)償雙折射)是一種利用設(shè)計(jì)巧妙的液晶分子排列來實(shí)現(xiàn)自我補(bǔ)償視角的液晶顯示技術(shù)，由日本松下公司研發(fā)和生產(chǎn)。在采用OCB技術(shù)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(dāng)加電后，液晶分子的動(dòng)作將影響整個(gè)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(gè)平面，不需要像TN模式那樣做扭曲的動(dòng)作，因此相對(duì)來說只需做很小的改變就可以達(dá)到預(yù)定的位置。

OCB的最大優(yōu)點(diǎn)是其超快的響應(yīng)速度。從圖中可以看到，OCB在加電狀態(tài)下液晶分子的偏轉(zhuǎn)角度極小，可以輕松實(shí)現(xiàn)10ms以下的響應(yīng)時(shí)間(目前甚至已出現(xiàn)了響應(yīng)時(shí)間僅1ms～5ms的產(chǎn)品)，非常適合動(dòng)態(tài)圖像的顯示。毫無疑問，OCB是迄今為止響應(yīng)時(shí)間最快的LCD顯示技術(shù)。另外，OCB獨(dú)特的結(jié)構(gòu)讓液晶分子擁有光補(bǔ)償雙折射的特質(zhì)，使其可以達(dá)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(shù)所無法比擬的。不過，OCB技術(shù)的可視角度只有140°，只能算是勉強(qiáng)及格，同時(shí)采用OCB技術(shù)的產(chǎn)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(shù)用于顯示器領(lǐng)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(chǎn)品價(jià)格十分昂貴?？磥砣舨唤鉀Q成本問題，就難獲大眾認(rèn)可。

 八、FFS/AFFS技術(shù)

如同PVA模式跟MVA模式的關(guān)系一樣，F(xiàn)FS(Fringe Field Switching)技術(shù)嚴(yán)格來說應(yīng)該IPS模式的一個(gè)分支。它同樣采用了液晶分子平行旋轉(zhuǎn)、單側(cè)電極的結(jié)構(gòu)，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(kuò)大了間距，從而提高開口率，使面板透光率比IPS技術(shù)高出2倍以上。相對(duì)于較完美的Super－IPS技術(shù)，F(xiàn)FS可稱得上又前進(jìn)了一步。

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

FFS技術(shù)是由韓國現(xiàn)代公司開發(fā)的一種液晶顯示技術(shù)，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(shù)固有的開口率低、透光少的缺陷，F(xiàn)FS技術(shù)利用透明電極將透光率提升到75％的理想水平，同時(shí)也降低了液晶面板的整體功耗；名為“Ultra FFS”的第二代UFFS技術(shù)則將重點(diǎn)放在改善LCD“偏色”的弊病，并進(jìn)一度縮短了響應(yīng)時(shí)間；第三代的AFFS技術(shù)(Advanced Fringe Field Switching)則進(jìn)行全方位的提高，將改進(jìn)重點(diǎn)放在液晶材料層級(jí)。我們知道，負(fù)型液晶材料可以獲得更高的光效率，但扭轉(zhuǎn)的黏性較大、響應(yīng)時(shí)間慢；而正型液晶材料雖然響應(yīng)時(shí)間較快，但光效率很低。AFFS技術(shù)通過對(duì)液晶優(yōu)化，在正型液晶上獲得負(fù)型液晶90％左右的光效率，兼顧了響應(yīng)時(shí)間和透光率。隨后AFFS還對(duì)楔形電極進(jìn)行了修改，使之具備自動(dòng)抑制光泄漏的能力，從而進(jìn)一步提高了透光率。與早期的IPS技術(shù)相比，AFFS徹底解決了透光率差、亮度/對(duì)比度低等缺陷，最重要的是其響應(yīng)時(shí)間也降低到了一個(gè)較為理想的水準(zhǔn)需求，雖然無法與OCB技術(shù)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(xiàng)非常優(yōu)秀且迫切期待普及的技術(shù)。它的可視角度可以實(shí)現(xiàn)驚人的180°，也就是完全達(dá)到CRT顯示器/PDP顯示器的水平，這一性能指標(biāo)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(shí)現(xiàn)高亮度、高對(duì)比度的畫面輸出；就連最后的弊病——響應(yīng)時(shí)間問題在AFFS身上也得到了有效的解決，可以說AFFS代表了當(dāng)今液晶顯示器高畫質(zhì)和廣視角兼得的最高水準(zhǔn)。不過由于現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)量的原因，采用AFFS技術(shù)的產(chǎn)品成本略高，這是AFFS目前最大的缺陷。

 九、LTPS技術(shù)

通過LCD種類的介紹可知，LTPS(Low Temperature Poly-Silicon，低溫多晶硅)并非獨(dú)立的顯示技術(shù)而是一種制造工藝，代表另一種液晶面板的生產(chǎn)技術(shù)。采用該 技術(shù)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(chǎn)中多經(jīng)歷了一道“激光退火”程序。由此產(chǎn)生的低溫多晶硅在結(jié)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(dòng)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(shí)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(duì)比度上均有上乘表現(xiàn)，可視角度也達(dá)到了令人滿意的170°。

LTPS TFT－LCD甚至允許在玻璃基板上嵌入驅(qū)動(dòng)元件(稱為LTPS SOP TFT－LCD)，因而能大幅減少驅(qū)動(dòng)IC的占用空間，非常適合手機(jī)、PDA、筆記本電腦電腦等移動(dòng)設(shè)備。此外嵌入了驅(qū)動(dòng)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(jī)發(fā)光二極管)技術(shù)搭配，生產(chǎn)出更薄、更亮及更省電的液晶面板。

LTPS TFT的優(yōu)勢(shì)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(shù)。但LTPS TFT的批量生產(chǎn)需要經(jīng)驗(yàn)積累、設(shè)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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