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显示屏面板技术解析

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发表时间:2017-12-18 12:33作者:星痕

显示屏面板技术解析

一、LCD显示器常见的三种技术

1、TN面板

2、VA面板

3、IPS面板

4、其他目前未广泛应用的技术

二、LCD面板的TFT技术原理解析

三、OLED技术解析

液晶显示器即LCD( Liquid Crystal Display ) ,是将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能,在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来,若加上彩色滤光片,则可显示彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜,所以液晶会沿着沟槽配向,由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度,所以液晶分子成为扭转型,当玻璃基板没有加入电场时,光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转,通过下方偏光板,液晶面板显示白色(如下图左);当玻璃基板加入电场时,液晶分子产生配列变化,光线通过液晶分子空隙维持原方向,被下方偏光板遮蔽,光线被吸收无法透出,液晶面板显示黑色(如下图右)。液晶显示器便是根据此电压有无,使面板达到显示效果。

液晶面板就是液晶显示器的屏幕,它的产量、优劣以及市场环境等多种因素都关系着液晶显示器自身的质量、价格和市场走向,因为一台液晶显示器其80%左右的成本都集中在了面板上。

虽然面板是主要的,但控制电路和优化技术的好坏也直接影响显示质量,从而表现为色彩的差异。同样的画面在不同面板显示器所体现的也不一样。


就目前而言占据市场说我主流液晶显示器说我面板类型共有三种,分别是:VA、IPS和TN,它们都有各自所采用的液晶材料和面板结构,优缺点也不尽相同。

1、TN面板

TN全称为Twisted Nematic(扭曲向列型)面板,低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板,目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。我们所看到的TN面板多是改良型的TN+film,film即补偿膜,用于弥补TN面板可视角度的不足,目前改良的TN面板的可视角度都达到160°,当然这是厂商在对比度为10∶1的情况下测得的极限值,实际上在对比度下降到100:1时图像已经出现失真甚至偏色。

TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少,液晶分子偏转速度快,响应时间容易提高,TN面板属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹。


2、VA面板

VA面板是现在高端液晶应用较多的面板类型,属于广视角面板。和TN面板相比,VA面板可以提供16.7M色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本,但是价格也相对TN面板要昂贵一些。VA类面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的PVA面板,其中后者是前者的继承和改良。VA类面板的正面(正视)对比度最高,但是屏幕的均匀度不够好,往往会发生颜色漂移。锐利的文本是它的杀手锏,黑白对比度相当高。

富士通的MVA技术(Multi-domain Vertical Alignment,多象限垂直配向技术)可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。该类面板可以提供更大的可视角度,通常可达到170°,并且灰阶响应时间可以达到8ms以下。

三星的PVA(Patterned Vertical Alignment)技术同样属于VA技术的范畴,它是VA技术的继承者和发扬者。其综合素质已经全面超过后者,而改良型的S-PVA已经可以和P-MVA并驾齐驱,获得极宽的可视角度和越来越快的响应时间。PVA采用透明的ITO电极代替MVA中的液晶层凸起物,透明电极可以获得更好的开口率,最大限度减少背光源的浪费。VA类面板也属于软屏,用手轻轻划会出现类似的水纹的。


3、IPS面板

IPS(In-Plane Switching,平面转换)技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术。IPS技术目前被飞利浦、LG、AOC等厂商所使用,不过在市场能看到得型号不是很多。IPS面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上,而不象其它液晶模式的电极是在上下两面,立体排列。由于电极在同一平面上,不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行,会使开口率降低,减少透光率,所以IPS应用在LCD上需要更多的背光灯。

IPS面板的优势是可视角度高、响应速度快,色彩还原准确。不过缺点是漏光问题比较严重,黑色纯度不够,要比VA稍差,因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色。

和其他类型的面板相比,IPS面板的屏幕较为“硬”,用手轻轻划一下不容易出现水纹样变形,因此又有硬屏之称。仔细看屏幕时,如果看到是方向朝左的鱼鳞状象素,加上硬屏的话,那么就可以确定是IPS面板了。

三星独家研发了叫做PLS技术的面板,它的全称是“Super PLS( Plane-to-Line)”,而IPS的全称则为“In-Plane Switching”。而PLS的特性其实跟IPS相差无几,它具备了IPS特有的“硬屏”的特点:亮度佳、响应速度快,但是漏光率较高。这跟MVA的特性正好相反,MVA是属于“软屏”。对于PLS和IPS屏幕的对比,在可视角和亮度方面,PLS显示器还是比IPS要更好一些。但是,三星仅提供一年质保和PLS较高的漏光率成为了部分消费者不选择它的理由。

4.其他面板

除了以上三种常见的面板之外,还有一些曾经被广泛使用过但是被逐渐淘汰的技术,或者是有些在非消费者领域使用的面板:

STN面板技术。它的显示原理与TN相类似。不同的是,TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。

DSTN面板技术。DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏,从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术,因此显示效果相对STN来说,有大幅度提高。


那我们所说的TFT和以上的几种面板有什么关系呢?

用TFT 来概括某种屏幕材质其实是不准确的,与其说是材质,不如说TFT其实是LCD屏幕里边的一个核心组件,它的功能是独立控制每一个像素亮或者是不亮,而当今无论是高端还是低端的LCD屏幕其实都离不开TFT,所以TFT本身并不是低端的代名词。

而大家习惯用TFT来讲是因为它用的是LCD里边的一种比较老的技术,叫做TN TFT LCD,这种技术出现最早,相对落后一些。大家比较熟知的IPS TFT LCD出现的相对较晚,但是IPS解决了很多TN屏幕上的缺陷,这里就包括对比度以及可视角等问题。

这新老两代技术的差异,背后原因归结起来其实就是液晶排列方式的不同导致的。


大家都知道,LCD 屏幕本身是不可以发光的,需要背光灯将屏幕打亮,但是想要让屏幕时亮时暗,显示不同颜色,就必须要细微的控制光源的透过量。怎样才能有效的控制呢?工程师在液晶的上下两侧加上了两层偏振片,这两个偏振片的开口方向,刚好是交叉的,也就是说,线性光正常状态下是无法穿过这层障碍的,一定还要通过中间的液晶,引导光线发生扭转,这样光线才能穿透,从而达到显示图像的目的。Ok,那么接下来的关键就是如何控制液晶的排列方式打到调节透光量的目的了。


 


TN TFT LCD屏幕,液晶分子在显示白色的时候,是呈水平螺旋型排列的,光线通过螺旋形排列的引导,尽可能多的穿过偏振片,白色就会很明亮。而显示黑色的时候则要求尽可能的将光线挡住,那么这时TN的液晶排列方式会由水平螺旋型变为相对垂直的排列,这样就不给光线提供顺畅的扭转路径,达到阻隔光线的目的,但是液晶的扭转不可能达到理想状态下的完全垂直,这样就还是会有光线渗透过来,冲淡屏幕上显示的黑色,所以我们看起来就会是灰蒙蒙的样子。

   

IPS在显示白色的时候,同TN一样,也是螺旋排列,区别是,在显示黑色的时候,IPS的液晶排列会由螺旋排列,变成水平叠加的排列方式,在这种形态下,光线同样没有顺畅的扭转通道,光线就刚好被顶部的偏振片挡住,所以黑色的显示效果就大大显提升。大家注意IPS的液晶排列变化都是发生在同一平面上的,所以英文IPS 的IN-PLANE switching,翻译成大白话中文,指的就是同一平面内切换的意思。


那么可视角小,又是这么回事呢?是因为TN屏在显示图像时液晶是相对竖直排列的,不同视角看到的液晶排列也不尽相同,一旦你从侧面看液晶之间就会相互阻挡,导致显示失真,只有在正对的情况下是最好的。IPS的液晶排列方式虽说也会有一定的阻隔,但是影响远远小于TN屏,所以即使从不同的角度看屏幕的色彩也能得到比较好的保持。


三、OLED技术解析

那么什么是OLED呢?

OLED全称叫有机发光二极管,属于自发光器件,不需要背光源;构造为在TFT基板上蒸镀在通电下可以自发光的RGB三色有机膜层。通过TFT基板控制电流大小,即可控制RGB有机膜层的发光亮暗,从而混合出显示所需的颜色。与液晶显示是不同类型的发光原理。OLED由美籍华裔教授邓青云在1983年在实验室中发现,由此展开了对OLED的研究。OLED显示技术具有自发光、广视角、几乎无穷高的对比度、较低耗电、极高反应速度等优点。但是,在价格(较大显示面板)、寿命、暂无法与液晶显示器匹敌。



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