常見的液晶屏種類和區(qū)別介紹

 光電顯示

 本文主要是關(guān)于液晶屏的相關(guān)介紹,并著重對(duì)液晶屏的種類及其原理進(jìn)行了詳盡的闡述。

 液晶屏

 液晶屏是以液晶材料為基本組件,在兩塊平行板之間填充液晶材料,通過電壓來改變液晶材料內(nèi)部分子的排在列狀況,以達(dá)到遮光和透光的目的來顯示深淺不一,錯(cuò)落有致的圖象,而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層,就可實(shí)現(xiàn)顯示彩色圖象。液晶屏功耗很低,因此倍受工程師青睞,適用于使用電池的電子設(shè)備。

 液晶屏是以液晶材料為基本組件,由于液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間,

 不但具有固態(tài)晶體光學(xué)特性,又具有液態(tài)流動(dòng)特性,所以已經(jīng)可以說是一個(gè)中間相。而要了解液晶的所產(chǎn)生的光電效應(yīng),必須來解釋液晶的物理特性,包括它的黏性(visco-sity)與彈性(elasticity)和其極化性(polarizalility)。

 液晶的黏性和彈性從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來看,可說是一個(gè)具有排列性質(zhì)的液體,依照作用力量不同的方向,應(yīng)該有不同的效果。就好像是將一把短木棍扔進(jìn)流動(dòng)的河水中,短木棍隨著河水流著,起初顯得凌亂,過了一會(huì)兒,所有短木棍的長(zhǎng)軸都自然的變成與河水流動(dòng)的方向一致,這表示著次黏性最低的流動(dòng)方式,也是流動(dòng)自由能最低的一個(gè)物理模型。此外,液晶除了有黏性的反應(yīng)外,還具有彈性的反應(yīng),它們都是對(duì)于外加的力量,呈現(xiàn)了方向性的效果。也因此光線射入液晶物質(zhì)中,必然會(huì)按照液晶分子的排列方式行進(jìn),產(chǎn)生了自然的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)像。至于液晶分子中的電子結(jié)構(gòu),都具備著很強(qiáng)的電子共軛運(yùn)動(dòng)能力,所以當(dāng)液晶分子受到外加電場(chǎng)的作用,便很容易的被極化產(chǎn)生感應(yīng)偶極性(induceddipolar),這也是液晶分子之間互相作用力量的來源。而一般電子產(chǎn)品中所用的液晶顯示器,就是是利用液晶的光電效應(yīng),藉由外部的電壓控制,再透過液晶分子的折射特性,以及對(duì)光線的旋轉(zhuǎn)能力來獲得亮暗情況(或著稱為可視光學(xué)的對(duì)比),進(jìn)而達(dá)到顯像的目的。

 液晶屏的工作原理

 簡(jiǎn)單的來說,屏幕能顯示的基本原理就是在兩塊平行板之間填充液晶材料,

 通過電壓來改變液晶材料內(nèi)部分子的排列狀況,以達(dá)到遮光和透光的目的來顯示深淺不一,錯(cuò)落有致的圖象,而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層,就可實(shí)現(xiàn)顯示彩色圖象。

 認(rèn)識(shí)了它的結(jié)構(gòu)和原理,了解了它的技術(shù)和工藝特點(diǎn),才能在選購(gòu)時(shí)有的放矢,在應(yīng)用和維護(hù)時(shí)更加科學(xué)合理。液晶是一種有機(jī)復(fù)合物,由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成。在自然狀態(tài)下,這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。

 LCD第一個(gè)特點(diǎn)是必須將液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間才能正常工作。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(90度相交),也就是說,若一個(gè)平面上的分子南北向排列,則另一平面上的分子?xùn)|西向排列,而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播,所以光線經(jīng)過液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90度。但當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí),分子便會(huì)重新垂直排列,使光線能直射出去,而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。

 LCD的第二個(gè)特點(diǎn)是它依賴極化濾光片和光線本身,自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的,

 極化濾光片實(shí)際是一系列越來越細(xì)的平行線。這些線形成一張網(wǎng),阻斷不與這些線平行的所有光線,極化濾光片的線正好與第一個(gè)垂直,所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個(gè)濾光片的線完全平行,或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光片相匹配,光線才得以穿透。一方面,LCD正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光片構(gòu)成,所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是,由于兩個(gè)濾光片之間充滿了扭曲液晶,所以在光線穿出第一個(gè)濾光片后,會(huì)被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度,最后從第二個(gè)濾光片中穿出。另一方面,若為液晶加一個(gè)電壓,分子又會(huì)重新排列并完全平行,使光線不再扭轉(zhuǎn),所以正好被第二個(gè)濾光片擋住?？傊?加電將光線阻斷,不加電則使光線射出。當(dāng)然,也可以改變LCD中的液晶排列,使光線在加電時(shí)射出,而不加電時(shí)被阻斷。但由于液晶屏幕幾乎總是亮著的,所以只有“加電將光線阻斷”的方案才能達(dá)到最省電的目的。

 主動(dòng)矩陣式液晶屏

 TFT-LCD液晶顯示器的結(jié)構(gòu)與TN-LCD液晶顯示器基本相同,只不過將TN-LCD上夾層

 的電極改為FET晶體管,而下夾層改為共通電極。

 TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當(dāng)光源照射時(shí),先通過下偏光板向上透出,借助液晶分子來傳導(dǎo)光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極,在FET電極導(dǎo)通時(shí),液晶分子的排列狀態(tài)同樣會(huì)發(fā)生改變,也通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的。但不同的是,由于FET晶體管具有電容效應(yīng),能夠保持電位狀態(tài),先前透光的液晶分子會(huì)一直保持這種狀態(tài),直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。

 被動(dòng)矩陣式液晶屏

 TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之間的顯示原理基本相同,

 不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差別。下面以典型的TN-LCD為例,向大家介紹其結(jié)構(gòu)及工作原理。在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶顯示屏面板中,通常是由兩片大玻璃基板,內(nèi)夾著彩色濾光片、配向膜等制成的夾板,外面再包裹著兩片偏光板,它們可決定光通量的最大值與顏色的產(chǎn)生。彩色濾光片是由紅、綠、藍(lán)三種顏色構(gòu)成的濾片,有規(guī)律地制作在一塊大玻璃基板上。每一個(gè)像素是由三種顏色的單元(或稱為子像素)所組成。假如有一塊面板的分辨率為1280×1024,則它實(shí)際擁有3840×1024個(gè)晶體管及子像素。每個(gè)子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜晶體管,彩色濾光片能產(chǎn)生RGB三原色。每個(gè)夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽,上下夾層中填充了多層液晶分子(液晶空間不到5×10-6m)。在同一層內(nèi),液晶分子的位置雖不規(guī)則,但長(zhǎng)軸取向都是平行于偏光板的。另一方面,在不同層之間,液晶分子的長(zhǎng)軸沿偏光板平行平面連續(xù)扭轉(zhuǎn)90度。

 其中,鄰接偏光板的兩層液晶分子長(zhǎng)軸的取向,與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列,而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最后再封裝成一個(gè)液晶盒,并與驅(qū)動(dòng)IC、控制IC與印刷電路板相連接。

 在正常情況下光線從上向下照射時(shí),通常只有一個(gè)角度的光線能夠穿透下來,通過上偏光板導(dǎo)入上部夾層的溝槽中,再通過液晶分子扭轉(zhuǎn)排列的通路從下偏光板穿出,形成一個(gè)完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光板,這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。當(dāng)液晶層施加某一電壓時(shí),由于受到外界電壓的影響,液晶會(huì)改變它的初始狀態(tài),不再按照正常的方式排列,而變成豎立的狀態(tài)。因此經(jīng)過液晶的光會(huì)被第二層偏光板吸收而整個(gè)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不透光的狀態(tài),結(jié)果在顯示屏上出現(xiàn)黑色。當(dāng)液晶層不施任何電壓時(shí),液晶是在它的初始狀態(tài),會(huì)把入射光的方向扭轉(zhuǎn)90度,因此讓背光源的入射光能夠通過整個(gè)結(jié)構(gòu),結(jié)果在顯示屏上出現(xiàn)白色。為了達(dá)到在面板上的每一個(gè)獨(dú)立像素都能產(chǎn)生你想要的色彩,多個(gè)冷陰極燈管必須被使用來當(dāng)作顯示器的背光源。

 常見的液晶屏種類和區(qū)別介紹

 GF液晶屏

 GF是“GlassFineColor”的縮寫,或許大家對(duì)于GF液晶屏比較陌生,因?yàn)樵诂F(xiàn)在市面上采用GF液晶屏的數(shù)碼產(chǎn)品非常的少,其實(shí)GF也是屬于STN的一種,GF的主要特點(diǎn)是:在保證功耗很小的前提之下將亮度有所提高,但是GF的液晶屏?xí)霈F(xiàn)一些偏色。

 TFT液晶屏

 TFT是“ThinFilmTransistor”的縮寫,它是屬于有源矩陣型液晶屏,是由薄膜晶體管所組成的屏幕,它的每一個(gè)液晶像素點(diǎn)基本都是由薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)的,每一個(gè)像素點(diǎn)的后面都有著四個(gè)相互獨(dú)立的薄膜晶體管,它們驅(qū)動(dòng)像素點(diǎn)然后發(fā)出彩色光,可以顯示出24bit色深的真彩色。在分辨率上面,TFT液晶屏最大程度可以達(dá)到UXGA(1600×1200)。

 常見的液晶屏種類和區(qū)別介紹

 TFD液晶屏

 TFD是“ThinFilmDiode”的縮寫,由于TFT液晶屏的耗電量比較高,而且其成本也高,從而大大的增加了產(chǎn)品的成本,所以EPSON專門為手機(jī)屏幕開發(fā)出了了TFD技術(shù),它也是有源矩陣的液晶屏,顯示屏上面的每一個(gè)像素一顆單獨(dú)的二極管,可以對(duì)每一個(gè)像素進(jìn)行單獨(dú)的控制,使每個(gè)像素之間都不會(huì)互相影響,這樣就可以明顯的提高分辨率,可以無拖尾的顯示動(dòng)態(tài)畫面和絢麗的色彩。

 OLED液晶屏

 OLED是“OrganicLightEmittingDisplay”的縮寫,也稱之為有機(jī)發(fā)光顯示屏,它是采用的有機(jī)發(fā)光的技術(shù),這是目前來說最新的顯示技術(shù)了,OLED顯示技術(shù)和傳統(tǒng)的液晶顯示方式不同的是,它死不需要背光燈的,而是采用了非常薄的有機(jī)材料涂層以及玻璃基板,當(dāng)它有電流通過的時(shí)候,這些有機(jī)材料就會(huì)自己發(fā)光,所以它的視角會(huì)變的很大,從各個(gè)方向上都可以看清楚屏幕上的內(nèi)容,并且還可以做得很薄,而且OLED顯示屏能夠顯著的節(jié)省電能,被譽(yù)為“夢(mèng)幻顯示器”。

 主動(dòng)式

 SuperAMOLED面板名為超級(jí)有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管面板(SuperActiveMatrixOrganicLightEmittingDiode)。

 LCD的顯示技術(shù)由于其天生的就是受(需要背光的支持),所以不管怎樣亮度總有損失,而且光要透過兩層玻璃與各種膜產(chǎn)生偏光,這樣會(huì)帶來色彩的損失,另外像素密度的提高也比較困難,成本會(huì)更高,所以人們更需要一種可以接近無損的屏幕,于是可以自發(fā)光的攻型顯示技術(shù)被發(fā)展了起來,這就是我們所說的AMOLED。

 由于其不需要厚厚的玻璃與背光板,這種屏幕的發(fā)出的光可以直接被人眼接受,這樣不管是從色彩損失還是視角上,這種屏幕都是一種理想的屏幕。不過老天爺往往是公平的,OLED也有其不可克服的缺點(diǎn),那就是三色發(fā)光損耗不一致。

 我們知道現(xiàn)在的白光實(shí)際上是有三原色組成的,即紅、綠、藍(lán)三色,那么要想發(fā)出這三種光我們所要給出的能量并不一致,反映到實(shí)際上就是所加電流不一致(E=hv,頻率不同所需要的能量也不同),這就好比你敲打東西,你所使用的力量越大,那么工具也就越容易損壞,所以AMOLED中發(fā)紅光的電極損壞的就比藍(lán)綠電極要慢,也就是說屏幕越用會(huì)越偏紅。于是有些廠商為了減緩這種效果會(huì)將屏幕在出廠時(shí)調(diào)的比較藍(lán),這樣使用一段時(shí)間屏幕顏色就正常了。

 被動(dòng)式

 被動(dòng)式的面板需要背光的支持,主要有下面這幾種類型。

 TN面板名為扭曲向列型面板(TwistedNematic),成本低廉注定了它是應(yīng)用最廣泛的一種,TN有時(shí)候也會(huì)被稱之為TFT(好吧這是民間通俗不太科學(xué)叫法),TN面板的缺點(diǎn)是可視角度小、色彩還原能力有限。

 VA面板全稱垂直配向型面板(VerticalAlignment),有富士通的MVA和三星的PVA兩種。比起TN面板,VA面板可以提供更廣的可視角度以及更好的色彩還原能力。三星的PVA(PatternedVerticalAlignment)面板技術(shù)是從富士通的MVA發(fā)展和繼承而來。VA面板的缺點(diǎn)是功耗較高、價(jià)格較高。

 IPS面板全稱平面轉(zhuǎn)換面板(In-PlaneSwitching),是日立公司在1996年開發(fā)的面板技術(shù),從TFT面板改進(jìn)而來,所以也稱為“Super-TFT”面板。IPS面板分為S-IPS、AS-IPS、H-IPS、S-IPS和E-IPS等幾種,同樣擁有可視角度大,色彩還原能力較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),但其功耗較SuperAMOLED屏幕高。

 CPA為連續(xù)焰火狀排列模式廣視角面板(ContinuousPinwheelAlignment),這一種面板同樣屬于夏普。夏普CPA面板色彩還原和可視角度都很優(yōu)秀,但價(jià)格昂貴。需要注意夏普把自己所用過的TN+Film、VA、CPA等廣視角技術(shù)的產(chǎn)品都統(tǒng)稱為ASV。

 許多高端手機(jī)都以IPS面板作為賣點(diǎn)

 幾種顯示材料技術(shù)的介紹

 a-Si為非晶硅技術(shù),是目前應(yīng)用最廣的一種,技術(shù)簡(jiǎn)單、成本低廉,但開關(guān)所占的像素本身的面積很大導(dǎo)致亮度無法做得很高(也就是開口率低),另外PPI也只能做到約200PPI的水平。

 IGZO為銦鎵鋅氧化物(IndiumGalliumZincOxide)的縮寫,它是一種薄膜電晶體技術(shù),通過在TFT-LCD的主動(dòng)層上打上一層IGZO金屬氧化層,從而獲得更出色的電子性能。相比a-Si其開關(guān)晶體管體積更小,可以實(shí)現(xiàn)更高的像素開口率,其PPI普遍在300以下。IGZO的優(yōu)點(diǎn)是高精度、低功耗和高觸控性能。使用這一技術(shù)面板的有蘋果的iPad。

 LTPS(LowTemperaturePoly-silicon)低溫多晶硅技術(shù)是為了解決單晶硅的缺點(diǎn)開發(fā)而來,LTPS比起a-Si,把外圍電路集成到面板基板的可操作更強(qiáng),載流子移動(dòng)速度更快,面板的設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單,PPI最高可實(shí)現(xiàn)500+,一般在300PPI以上的都是采用這種技術(shù),代表產(chǎn)品有HTCOneX、iPhone4/4S/5。

 CGS(CG-silicon)連續(xù)粒狀結(jié)晶硅屏幕技術(shù)是屬于LTPS的一個(gè)變種(夏普官方原文“CG-siliconisavariantoftheLTPSprocessusinglaserannealingtogetlargerdomains”),它的載流子移動(dòng)速度是LTPS(LowTemperaturePoly-silicon,低溫多晶硅)技術(shù)的3倍,是普通A-si(非晶硅)技術(shù)的600倍?？梢詫?shí)現(xiàn)更高的開口率,在同樣的背光亮度條件下,屏幕亮度更高,而在屏幕亮度不變的情況下,能夠使用更低亮度的背光以節(jié)約電量。此外它更輕薄,耐沖撞及扭曲。

 CGS屏幕技術(shù)

 關(guān)于玻璃貼合及觸控屏整合工藝

 我們之前多個(gè)手機(jī)的評(píng)測(cè)中都談到了單玻璃貼合技術(shù)。這些技術(shù)都是把觸控部分整合到內(nèi)層玻璃或者是顯示屏上面,實(shí)現(xiàn)減少厚度、簡(jiǎn)化工藝制程、增加屏幕的通透程度、減少反光、不進(jìn)灰等目的。目前這一類的技術(shù)主要有以觸控屏廠商為主導(dǎo)的OneGlass/TouchonLens方案,以及由面板廠商主導(dǎo)的On-Cell和In-Cell方案。

 OneGlass/TouchonLens通過在保護(hù)玻璃內(nèi)側(cè)鍍上ITO導(dǎo)電層,把觸控屏與保護(hù)玻璃集成在一起,代表產(chǎn)品有魅族MX2、小米手機(jī)2,使用這一方案的手機(jī)屏幕如果摔碎的話,觸控也隨之失效;

 結(jié)語

 關(guān)于液晶屏的相關(guān)介紹就到這了,如有不足之處歡迎指正。