詳細分析液晶屏的種類及其原理

一文看懂觸控螢幕和顯示屏的區別對於液晶電視來說,液晶屏面板是整機最重要的組成部分,佔到了整機成本的 70-80%。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202003/411488.htm

本文主要是關於液晶屏的相關介紹,並著重對液晶屏的種類及其原理進行了詳細分析。

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部分子的排在列狀況,以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一,錯落有致的圖象,而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層,就可實現顯示彩色圖象。液晶屏功耗很低,因此倍受工程師青睞,適用於使用電池的電子設備。

液晶屏哪種好

從技術層面講,液晶面板可分為 VA 軟屏和 IPS 硬屏兩大陣營,其中 VA 軟屏陣營包括三星、臺灣友達、奇美和夏普四個廠家。IPS 硬屏陣營包括 LG、飛利浦合資的 IPS 和日立、松下、東芝合資的 IPS 阿爾法兩個廠家。其實,上面這些板子都屬於 TFT 範疇。

VA 軟屏

VA 全稱為 Vertical alignment(垂直對齊)面板,可以提供 16.7M 色彩和大可視角度,當然價格也要貴一些,是目前液晶電視最常使用到的軟屏面板。

VA 面板的正面(正視)對比度最高,但是屏幕的均勻度不夠好,往往會發生顏色漂移。銳利的文本是它的殺手鐧,黑白對比度表現也很好。VA 面板可分為由富士通主導的 MVA 面板和由三星開發的 PVA 面板,後者是前者的繼承和改良。

富士通 MVA 技術可以說是最早出現的廣視角液晶面板技術。這類面板可以提供更大的可視角度,通常可達到 170°。臺灣奇美電子、友達光電等面板廠商都採用了這項技術,改良後的 P-MVA 面板可視角度可達接近水平的 178°,並且灰階響應時間可以達到 8ms 以下。

三星 PVA 技術同樣屬於 VA 技術的範疇,它是 MVA 技術的繼承者和發展者。其綜合素質已經全面超過後者,目前,在 PVA 面板基礎上又發展出 S-PVA 面板,S-PVA 屏的特徵比較明顯,在觀察紅、藍、綠或某些較深的雜色畫面時,會發現像素的形狀為「》」,不過也有某些型號的像素開口方向是相反的。而改良型的 S-PVA 已經可以和 P-MVA 並駕齊驅,獲得極寬的可視角度和越來越快的響應時間。

目前國產 42 和 47 英寸 FULL HD 很多採用的都是這種面板。

IPS 硬屏

IPS 面板技術是日立公司於 2001 推出的液晶面板技術,俗稱「Super TFT」,是 TFT 目前唯一的硬屏面板,發展至今應用領域已經非常寬廣,採用 IPS 硬屏的產品一般定位都較高。

IPS 這類板子最大的特點就是它的兩極都在同一個面上,而非其它液晶模式的電極是在上下兩面,立體排列。由於電極在同一平面上,不管在何種狀態下液晶分子始終都與屏幕平行,會使開口率降低,減少透光率。

那麼,IPS 面板的優劣勢就很明顯了:可視角度更高、響應速度更快,色彩還原準確;存在漏光問題,黑色純度沒有 VA 表現得好,需要依靠光學膜進行補償。

目前除 LG 電視使用 IPS 硬屏以外,國內彩電廠商創維、康佳、海信、長虹等也均採用 IPS 硬屏面板。

液晶屏面板的等級劃分
液晶面板按照品質可以分為 A、B、C 三個等級,其區分依據是壞點數量的多少。不過國際上並沒有相關的硬性規定,所以各個國家地區的等級標準也不盡相同。一般情況下:

注:根據不同的面板產地,對 A 級面板的劃定也各不相同:韓國 A 級板子要求壞點控制在 3 個以下,日本 5 個以下,臺灣則要求 8 個以下。

VA 軟屏與 IPS 硬錨點屏哪種好

目前市面上運用較多的就是以上兩種液晶屏面板類型,而 IPS 硬屏在具備多種優勢的表現下,運用的更多(價格也比同尺寸的 VA 軟屏電視更貴)。因此筆者認為,隨著 IPS 硬屏在技術上的不斷完善,未來 IPS 硬屏面板必然成為液晶電視的核心面板。

液晶屏顯示原理是什麼
液晶顯示器原理簡單來說就在在兩塊平行面板之間增加些液晶材料,然後再通過電壓改變液晶材料內部的分子排列情況,導致遮光與透光的顯示發生變化,會形成那些錯落有致的圖像,然後只要在這兩塊平行面板之中增加些三元色的過濾光層,就會顯示出彩色的圖案。

工作原理

簡單的來說,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部分子的排列狀況,以達到遮光和透光的目的來顯示深淺不一,錯落有致的圖象,而且只要在兩塊平板間再加上三元色的濾光層,就可實現顯示彩色圖象。

認識了它的結構和原理,了解了它的技術和工藝特點,才能在選購時有的放矢,在應用和維護時更加科學合理。液晶是一種有機複合物,由長棒狀的分子構成。在自然狀態下,這些棒狀分子的長軸大致平行。

LCD 第一個特點是必須將液晶灌入兩個列有細槽的平面之間才能正常工作。這兩個平面上的槽互相垂直(90 度相交),也就是說,若一個平面上的分子南北向排列,則另一平面上的分子東西向排列,而位於兩個平面之間的分子被強迫進入一種 90 度扭轉的狀態。由於光線順著分子的排列方向傳播,所以光線經過液晶時也被扭轉 90 度。但當液晶上加一個電壓時,分子便會重新垂直排列,使光線能直射出去,而不發生任何扭轉。

LCD 的第二個特點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發散的,極化濾光片實際是一系列越來越細的平行線。這些線形成一張網,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垂直,所以能完全阻斷那些已經極化的光線。 只有兩個濾光片的線完全平行,或者光線本身已扭轉到與第二個極化濾光片相匹配,光線才得以穿透。一方面,LCD 正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光片構成,所以在正常情況下應該阻斷所有試圖穿透的光線。但是,由於兩個濾光片之間充滿了扭曲液晶,所以在光線穿出第一個濾光片後,會被液晶分子扭轉 90 度,最後從第二個濾光片中穿出。另一方面,若為液晶加一個電壓,分子又會重新排列並完全平行,使光線不再扭轉,所以正好被第二個濾光片擋住。總之,加電將光線阻斷,不加電則使光線射出。當然,也可以改變 LCD 中的液晶排列,使光線在加電時射出,而不加電時被阻斷。但由於液晶屏幕幾乎總是亮著的,所以只有「加電將光線阻斷」的方案才能達到最省電的目的。

主動矩陣式液晶屏

TFT-LCD 液晶顯示器的結構與 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 電晶體,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採用「背透式」照射方式。當光源照射時,先通過下偏光板向上透出,藉助液晶分子來傳導光線。由於上下夾層的電極改成 FET 電極和共通電極,在 FET 電極導通時,液晶分子的排列狀態同樣會發生改變,也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是,由於 FET 電晶體具有電容效應,能夠保持電位狀態,先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態,直到 FET 電極下一次再加電改變其排列方式為止。

被動矩陣式液晶屏

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,向大家介紹其結構及工作原理。在厚度不到 1 釐米的 TN-LCD 液晶顯示屏面板中,通常是由兩片大玻璃基板,內夾著彩色濾光片、配向膜等製成的夾板,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生。彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顏色構成的濾片,有規律地製作在一塊大玻璃基板上。每一個像素是由三種顏色的單元(或稱為子像素)所組成。假如有一塊面板的解析度為 1280×1024,則它實際擁有 3840×1024 個電晶體及子像素。每個子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜電晶體,彩色濾光片能產生 RGB 三原色。每個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,液晶分子的位置雖不規則,但長軸取向都是平行於偏光板的。另一方面,在不同層之間,液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續扭轉 90 度。

其中,鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向,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。最後再封裝成一個液晶盒,並與驅動 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,通常只有一個角度的光線能夠穿透下來,通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中,再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光板穿出,形成一個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。當液晶層施加某一電壓時,由於受到外界電壓的影響,液晶會改變它的初始狀態,不再按照正常的方式排列,而變成豎立的狀態。因此經過液晶的光會被第二層偏光板吸收而整個結構呈現不透光的狀態,結果在顯示屏上出現黑色。當液晶層不施任何電壓時,液晶是在它的初始狀態,會把入射光的方向扭轉 90 度,因此讓背光源的入射光能夠通過整個結構,結果在顯示屏上出現白色。為了達到在面板上的每一個獨立像素都能產生你想要的色彩,多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。

液晶屏幕技術主要有哪幾種
1 IPS(In-Plane Switching 平面轉換 )

IPS 技術俗稱為「super TFT「傳統 LCD 顯示器的液晶分子一般都在垂直 - 平行狀態間切換,MVA 和 PVA 將之改良為垂直 - 雙傾斜的切換方式,而 IPS 技術與上述技術最大的差異就在於,不管在任何狀態下,液晶分子始終都與屏幕平行,只是在家電 / 常規狀態下分子的旋轉方向有所不同——注意哦,MVA、PVA 液晶分子的旋轉屬於空間旋轉,而液晶分子的旋轉屬於平面內得的旋轉。

為了配合這種結構,IPS 要求對電極進行改良,電極做在同側,形成平面電場,這樣的設計帶來的影響是雙重的,一方面可視角度問題得到了解決,另一方面由於液晶分子轉動角度大、面板開口低(光線透過率),所以 IPS 也有響應時間較慢和對比度較難提高的缺點。

不過在市場上能看得到的型號不是很多,16.7M、170 度可視角度和 16MS 響應時間代表現在 IPS 液晶顯示器的最高水平!

2 VA 類面板:

VA 類面板是現在高端液晶應用較多的面板類型,16.7m 色彩和大可視角度是該類面板定位高端的資本,同時 VA 類又可分為 MVA,(多象限垂直配向技術)面板和 PVA 面板

MVA 技術可以說是最早出現的廣視角液晶面板技術

MVA 技術利用一個巧妙的方法對這種模式作改良。MVA 液晶面板的液晶層中包含一種凸出物供液晶分子附著,在不施加電壓的狀態下,MVA 面板看起來同傳統技術沒什麼兩樣,液晶分子垂直於屏幕,而一旦在電壓的作用下,液晶分子就會依附在凸出物上偏轉,形成垂直於凸出物表面的狀態,此時,它與屏幕表面也會產生偏轉效應,提高透過率,形成畫面輸出

3 TN 面板

TN 面板廣泛應用於入門級和終端液晶顯示器的面板,在性能指標上並不出彩,不能表現 16.7m 色彩,並且可視角度不理想,所以我們在市場上看到的 TN 面板都是改良型的 TN+film,film 即補償膜,用於彌補 TN 面板可視角的的不足,同時色彩抖動技術的試用也使得原本只能顯示 26 萬色的 TN 面板獲得了 16.2m 的顯示能力。

要說 TN 面板唯一勝過前面兩種面板的地方,就是由於它的輸出灰接級數較少,液晶分子偏轉速度快,致使它的響應時間容易提高,目前市場上 8ms 以下的液晶產品均採用的是 TN 面板,總的來說,TN 面板是優勢和劣勢都很明顯的產品,價格便宜,響應時間能滿足高速運動遊戲的要求是它的優勢所在,可視角度不理想和色彩表現不真實又是明顯的劣勢。

結語

關於液晶屏的相關介紹就到這了,希望本文能對你有所幫助。