液晶面板顯示模式介紹

1、液晶面板顯示模式介紹組件研發(fā)部 Tim2011.1.8目錄：目錄：一、液晶簡介二、普通顯示模式 1.TN 2.STNFSTNDSTNCSTNTFT三、廣視角技術(shù) 1.TN+FILM 2.VA 3.IPS一、液晶簡介一、液晶簡介v 液晶態(tài)是各相同性液體與高度有序晶體之間的一種中間態(tài)，它既有液體的流動性，又有晶體的各向異性特征，是一種取向有序位置無序的流體。v 液晶最早由奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（F.Reinitzer）于1888年發(fā)現(xiàn) ，但直到1971年，TN型LCD推出后，LCD產(chǎn)業(yè)才進(jìn)入真正的發(fā)展時期，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和有源矩陣概念的提出，TFT-LCD技術(shù)開始逐步成形，并于90年代初期在

2、日本開始產(chǎn)業(yè)化。1 1、液晶三大類：、液晶三大類：v向列相液晶（向列相液晶（N N相）（相）（NenaticNenatic Liquid Crystals Liquid Crystals） 向列相液晶是由棒狀或桿狀分子組成，分子長軸向列相液晶是由棒狀或桿狀分子組成，分子長軸相互平行，分子質(zhì)心的位置混亂無序，可以自由平相互平行，分子質(zhì)心的位置混亂無序，可以自由平移。所以，向列相液晶具有一維有序性，形成一維移。所以，向列相液晶具有一維有序性，形成一維流體。流體。 v 近晶相液晶（近晶相液晶（SmecticSmectic Liquid Crystals Liquid Crystals） 近晶相液晶是

3、由棒狀或條狀分子組成，分子排列成層，層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可以垂直于層面，或與層面成傾斜排列。因分子排列整齊，其規(guī)整性接近晶體，具有二維有序性。 v膽甾相液晶膽甾相液晶 膽甾醇經(jīng)脂化或鹵素取代后出現(xiàn)的液晶稱為膽甾相液晶。這類液晶分子呈扁平形狀，分子排列成層，層內(nèi)分子相互平行。不同層的分子長軸方向稍有變化，沿層的法線方向排列成螺旋結(jié)構(gòu)。 當(dāng)不同的分子長軸排列沿螺方向經(jīng)歷360的變化后，又回到初始取向，這個周期性的層間距離稱為膽甾相液晶的螺距（P）。 一般來講，螺距的長度P接近可見光波長，膽甾相螺旋結(jié)構(gòu)的螺距易受外界因素的影響，特別是對溫度很敏感。當(dāng)溫度變化時，螺距也隨之變化，從而使得膽甾相

4、顯現(xiàn)不同的顏色，膽甾相的這種色溫效應(yīng)可以用來測量表面溫度。 二、普通顯示模式二、普通顯示模式v1.TN工作模式(扭曲型向列相液晶) 1.1 TN1.1 TNLCDLCD的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)v在鍍有ITO（厚度可達(dá)1000）透明電極的兩塊玻璃板之間夾有正性向列相液晶Np，四周用密封材料（一般是環(huán)氧樹脂、固化劑上下玻璃之間的距離主要靠襯墊來控制。通常上下玻璃內(nèi)側(cè)對應(yīng)顯示圖形的部分一般都鍍有透明電極，透明電極的作用在于把外部信號通過它加到液晶層上，使選定區(qū)域的液晶分子排列由90扭曲狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕c基板平面垂直的排列狀態(tài)，從而使此處的光透過情況發(fā)生變化達(dá)到顯示效果 。v取向?qū)樱壕埘啺穠扭轉(zhuǎn)角度：90v預(yù)傾角：2

5、3v手性材料：自然界中的許多分子都有兩種形態(tài)，兩個分子的結(jié)構(gòu)從平面上看一模一樣，但在空間上會完全不同，它們構(gòu)成了實物和鏡像的關(guān)系，和人照鏡子一樣，也可以比作左右手的關(guān)系，所以叫手性分子。v常白模式:正像顯示v常黑模式:負(fù)像顯示 1.21.2、TN-LCDTN-LCD工作原理工作原理2.STN2.STN工作模式（超扭曲向列相液晶）工作模式（超扭曲向列相液晶）2.1 STN-LCD的結(jié)構(gòu) 一般來說STN-LCD的結(jié)構(gòu)與TNLCD基本相同。不同點(diǎn)僅在于以下幾點(diǎn)：v 大扭角（180-270）；v 高預(yù)傾角（20）；v 兩偏振片光軸特殊設(shè)置。2.2 FSTN(Film Compensation Supe

6、r Twisted Nematic )v 這種液晶盒的外面通常含有一層補(bǔ)償膜，這層補(bǔ)償膜通常由聚合物制成，也具有雙折射性。當(dāng)o光和e光通過補(bǔ)償膜時將會產(chǎn)生附加相位差，使o光和e光的相位得以延遲或補(bǔ)償，從而改變偏振光的干涉色。液晶顯示技術(shù)中，常常利用補(bǔ)償膜來消除偏振光的干涉色。 v FSTN-LCD中的補(bǔ)償膜可以可以位于位于偏振片的下面，也可以位于偏振片的上面，可以用一片，也可以用兩片。有些兩片補(bǔ)償膜系統(tǒng)下面的這片還同時起到準(zhǔn)直器的作用，上面這片補(bǔ)償膜同時具有散射膜的作用，以便增加液晶顯示器的視角還不影響液晶顯示器的響應(yīng)速度。v FSTN-LCD的特點(diǎn)：黑白顯示、視角800（典型）、多路驅(qū)動比可

7、達(dá)480:1 (segments / commons)、反映時間250 msec at 4.5V (低于TN-LCD)。 2.3 DSTN(Double Super Twisted Nematic )v 含有補(bǔ)償盒的超扭曲液晶顯示器（DSTN-LCD）是最先出現(xiàn)的一種黑白化液晶顯示器。DSTN-LCD與一般超扭曲液晶顯示器的最大區(qū)別在于是由兩個扭曲方向相反的超扭曲液晶顯示盒粘在一起構(gòu)成。 v 上面的液晶盒構(gòu)成一個超扭曲液晶顯示器，下面的液晶盒即無電極也沒有偏光片僅僅充滿了液晶層，上下液晶盒的扭曲方向完全相反，下面的液晶盒是一個補(bǔ)償盒，當(dāng)o光和e光通過補(bǔ)償盒時也會產(chǎn)生附加相位差，使o光和e光的相

8、位得以延遲或補(bǔ)償，從而消除偏振光的干涉色，得到黑白顯示效果。v DSTNLCD的特點(diǎn)：對比度：優(yōu)于STN, FSTN；能自動補(bǔ)償由于溫度改變而造成的對比度的變化反應(yīng)速度：顯著增加。色澤：通常情況下液晶顯示屏略微呈現(xiàn)紅、綠或藍(lán)色調(diào)，DSTNLCD使這種傾向有所減弱。視角：最佳視角大2.4 CSTNvCOLOR STN是在傳統(tǒng)STN上加上一彩色濾光片（Color filter），將單色顯示矩陣的任一象素 (pixel) 分成三個子象素 (sub-pixel)，分別透過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三基色，再通過三基色比例的調(diào)和顯示出各種色彩。 2.5 STN光調(diào)制光調(diào)制vSTN系列顯示器件利用雙折射現(xiàn)象

9、來進(jìn)行光調(diào)制。因此，在輸出光中不可避免的出現(xiàn)各種干涉色。v黃模式：在非選擇態(tài)顯示色呈黃色（背景為黃色）。而在選擇態(tài)時呈黑色。 v藍(lán)模式：非選擇態(tài)時顯示色呈藏青色（背景為藏青色），而在選擇態(tài)時幾乎成無色（白色）。2.6 STN-LCD黑白化技術(shù)黑白化技術(shù)v賓主方式：是基于STN型顯示模式中的藍(lán)色模式，采用黑色二向染料或是藍(lán)的補(bǔ)色-黃色二向染料，使藍(lán)色背景接近黑色。這種屏的結(jié)構(gòu)和技術(shù)與藍(lán)色模式STN型顯示器件基本相同。v相位補(bǔ)償方式:分兩種：二層液晶屏方式（DSTN）和相位補(bǔ)償膜方式（FSTN） 2.7 TFT（ Thin Film Transistor ）vTFT-LCD結(jié)構(gòu)vTFT-LCD使用

10、的液晶為TN（Twist Nematic）型液晶，液晶分子呈橢圓狀。2.7.1 CF結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)v彩色濾光片基本結(jié)構(gòu)是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩陣（Black Matrix），彩色層（Color Layer），保護(hù)層（Over Coat），ITO導(dǎo)電膜組成。一般穿透式TFT用彩色濾光片結(jié)構(gòu)如下圖。CF Pixel Array:v馬賽克式:：顯示AV動態(tài)畫面v直條式：較常顯示文字畫面,(Note Book)面板面板Array:單一畫素結(jié)構(gòu)：單一畫素結(jié)構(gòu)：TFT工作原理：工作原理：vTFT為一三端子元件，在LCD應(yīng)用上可視為一開關(guān)v液晶組件的作用類似一個電容，藉Switch的

11、ON/OFF對電容儲存的電壓值進(jìn)行更新/保持。vSW ON時信號寫入(加入、記錄)在液晶電容上，在以外時間 SW OFF，可防止信號從液晶電容泄漏。(1)VgsVth：訊號讀取v TFT組件在閘極(G)給予適當(dāng)電壓(VGS起始電壓Vth,注),使通道(a-Si)感應(yīng)出載子(電子)而使得源極(S)汲極(D)導(dǎo)通?！咀ⅰ浚篤th為感應(yīng)出載子所需最小電壓 。(2)Vgs10C R10 vTN+film技術(shù)特點(diǎn)：1.最為便宜，良率很高。2.對視角特性方位角對稱性的改善并不顯著。3.低對比及響應(yīng)速度慢這兩大問題依舊沒有改善。4.主要應(yīng)用于低端顯示器。 3.IPS模式模式vIPS是“In Plane Sw

12、itching”（共面開關(guān)）的縮寫 vIPS技術(shù)為日本日立公司于1996年開發(fā)成功的顯示技術(shù)。v1998年，日立又推出了S-IPS(Super-IPS)，除了有IPS原來的技術(shù)以外，亦在反應(yīng)率有了改進(jìn)。 v在2002年，日立又推出了AS-IPS，在明暗比方面有很大的改善。v目前IPS廠家：日立，LG,瀚宇彩晶、IDTech(奇美電子與日本IBM的合資公司) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：v1.具有介電各向異性為負(fù)的向列相液晶分子在基板間均勻平行沿面排列，梳狀內(nèi) 信號電極和公共電極用來產(chǎn)生橫向電場， 以改變液晶分子的光軸在平行于基板平面內(nèi)的方位角，控制透光率。 v2.兩偏振片正交設(shè)置，起偏器的偏振化方向與

13、下基板表面處液晶分子指向矢平行。 工作原理：工作原理：v 1.斷開態(tài)：由于起偏器的偏光軸平行于液晶分子指向矢，所以當(dāng)入射光經(jīng)起偏器得到的線性偏振光射入基板處液晶層時其偏振狀態(tài)不會發(fā)生變化；同時由于此時液晶分子均勻平行沿面排列，這樣入射線偏光在經(jīng)過液晶層時就不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)；上下偏振片的正交設(shè)置，使得該線偏光完全被檢偏器阻隔，這樣就可以得到幾乎接近純黑的暗態(tài)顯示。 v 2.導(dǎo)通態(tài)：由于梳形內(nèi)數(shù)字電極和公共電極之間的橫向電場作用，具有的液晶分子將轉(zhuǎn)向與該電場垂直的方向排列，其扭曲角度就是分子指向矢和入射側(cè)偏振片偏光軸的夾角，從而滿足雙折射條件，出現(xiàn)相位延遲，使得入射線偏振光穿過下玻璃基板后在進(jìn)入檢偏器

14、前變成橢圓偏振光，這樣一部分光就可以從檢偏器射出，得到亮態(tài)顯示。 IPS模式特性：模式特性：v 1.無論是垂直還是水平方向，80內(nèi)均沒有階調(diào)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。v 2.電壓保持率很高。v 3.視角特性的方位對稱性不佳。在某些方位角視角范圍不夠?qū)挕 4.開口率小，透過低。v 5.響應(yīng)速度較慢。 開口率（開口率（ Aperture Ratio ）：）：v 開口率即是每個畫素可透光的有效區(qū)域除以畫素的總面積，開口率越高，整體畫面越亮。v IPS:由于上下電極（材料一般為Cr或Al）都做在下基板上，使得開口率下降，相同條件下透射光強(qiáng)度下降，從而導(dǎo)致對比度下降（要獲得與TN模式相當(dāng)?shù)膶Ρ榷染偷眉哟蟊彻庠吹牧炼龋?/p>

15、。 S-IPS:v在一個像素范圍內(nèi)使梳形電極折成齒狀，形成液晶分子可左、右旋轉(zhuǎn)的兩個區(qū)域，因而獲得分割取向，使視角特性得到補(bǔ)償。 S-IPS模式液晶盒視角特性圖：模式液晶盒視角特性圖：4.VA模式（垂直取向模式）：模式（垂直取向模式）：v 不施加電壓時，所有液晶分子都垂直于基板表面排列，此時為暗態(tài)顯示；v 當(dāng)施加一個大于閾值的電壓時，除了基板表面附近的液晶分子外其余分子的長軸都傾斜一定角度，該角度隨著電壓的增大而增大，于是入射線偏光發(fā)生雙折射而變?yōu)闄E圓偏振光，從而使一部分光能從檢偏器射出。透射光強(qiáng)度取決于外加電壓的大小。VA模式特點(diǎn)：模式特點(diǎn)：v1.響應(yīng)速度大大高于普通TN模式。由于VA模式去

16、掉了液晶分子的扭曲結(jié)構(gòu)，工作時液晶分子的排列狀態(tài)只在水平和垂直兩種狀態(tài)之間變換。v2.電光特性曲線在靠近閾值部分基本沒有色分離。在垂直入射光情況下，可在屏法線方向獲得極好的黑白顯示。v3.與普通TN模式一樣，在產(chǎn)生灰階圖像顯示時VA模式同樣存在著視角范圍窄及視角方位不對稱的缺陷。 vVA技術(shù)廠家：夏普CPA富士通MVA（P-MVA）三星PVA（S-PVA）友達(dá)光電MVA多疇取向技術(shù)多疇取向技術(shù)(Multi-domain Technology) v 單疇v 雙疇：2分割像素法 v 四疇：4分割像素法 MVA（多疇垂直取向技術(shù)）（多疇垂直取向技術(shù)）v由富士通公司開發(fā)，不需要摩擦的特殊取向技術(shù)：AD

17、F技術(shù)（Automatic Domain Formation：自動成疇）ADF技術(shù)（技術(shù)（Automatic Domain Formation：自動成疇：自動成疇）v 不加電時，使大部分液晶分子垂面排列（小凸起處少數(shù)分子在坡面的作用下發(fā)生略微傾斜）；當(dāng)施加電壓時，小凸起周圍將獲得傾斜電場，首先使得位于小凸起坡面上的液晶分子1和1按圖示的方向旋轉(zhuǎn)，受1和1旋轉(zhuǎn)的影響，處于小凸起周圍的液晶分子（圖7中的2、2，3、3和4、4）也朝和1、1相同的方向旋轉(zhuǎn)，這樣液晶盒內(nèi)所有液晶分子就可以獲得穩(wěn)定的雙疇取向。 MVA模式工作原理：模式工作原理：v當(dāng)不加電時，在上下基板小凸起的作用下，絕大部分液晶分子垂

18、MVA-LCD結(jié)構(gòu)面取向，因為上下偏光片正交設(shè)置，所以無場時為暗態(tài)。 v 當(dāng)施加電壓時，上下小凸起間產(chǎn)生傾斜電場，使得液晶分子變成傾斜取向，由于液晶分子的雙折射效應(yīng)，入射線偏光經(jīng)過傾斜取向的液晶層后變成橢圓偏振光，這樣就會有光從檢偏器射出而得到亮態(tài)顯示。而且隨著電場的加大，透射光強(qiáng)度也相應(yīng)增大。 小凸起排列設(shè)計方式：小凸起排列設(shè)計方式：v 上下基板小凸起均設(shè)置成間隔均勻的Z字形平行條狀，且上下小凸起交替排列。這樣在施加電壓時，液晶分子就可以獲得4個不同的取向狀態(tài)，亦即形成4個疇區(qū)?？梢宰C明，在這種排列方式下，當(dāng)偏振片的吸收軸與液晶分子長軸成45時，入射光的利用率最大。 MVA模式的特點(diǎn)：模式的特點(diǎn)：v1.寬視角，