TFT-LCD顯示屏工作原理圖文解析

液晶顯示器是什麼?不同的應用環境，有不同的說法，車載顯示屏，筆記本電腦上的顯示器，手機屏，露天廣告機屏幕等。時至今日,液晶顯示器,對於一般普羅大眾,已經不再是生澀的名詞。而它更是繼半導體後另一種可以再創造大量營業額的新興科技產品，更由於其輕薄的特性,因此它的應用範圍比起原先使用陰極射線管(CRT, athode-ray tube)所作成的顯示器更多更廣。

如同前面所提到的，液晶顯示器泛指一大堆利用液晶所製作出來的顯示器。而今日對液晶顯示器這個名稱，大多是指使用於筆記本，或是桌面電腦顯示器。也就是薄膜電晶體液晶顯示器。其英文名稱為Thin-film transistor liquid crystal display,簡稱之TFT LCD。從它的英文名稱中我們可以知道，這一種顯示器它的構成主要有兩個特徵，一個是薄膜電晶體，另一個就是液晶本身。

液晶的分類

我們一般都認為物質都有三態,分別是固態液態跟氣態。其實物質的三態是針對水而言,對於不同的物質,可能有其它不同的狀態存在。以我們要談到的液晶態而言,它是介於固體跟液體之間的一種狀態,其實這種狀態僅是材料的一種相變化的過程，只要材料具有上述的過程,即在固態及液態間有此一狀態存在,物理學家便稱之為液態晶體。

一般以水而言,固體中的晶格因為加熱,開始吸熱而破壞晶格,當溫度超過熔點時便會溶解變成液體。而熱致型液晶則不一樣，當其固態受熱後,並不會直接變成液態,會先溶解形成液晶態。當您持續加熱時,才會再溶解成液態(等方性液態)。這就是所謂二次溶解的現象。而液晶態顧名思義,它會有固態的晶格,及液態的流動性。

液晶的光電特性

由於液晶分子的結構為異方性(Anisotropic)，所以所引起的光電效應就會因為方向不同而有所差異，簡單的說也就是液晶分子在介電係數及折射係數等等光電特性都具有異方性，因而我們可以利用這些性質來改變入射光的強度，以便形成灰階，來應用於顯示器組件上。液晶特性中最重要的就是液晶的介電係數與折射係數。介電係數是液晶受電場的影響決定液晶分子轉向的特性，而折射係數則是光線穿透液晶時影響光線行進路線的重要參數。而液晶顯示器就是利用液晶本身的這些特性，適當的利用電壓,來控制液晶分子的轉動,進而影響光線的行進方向，來形成不同的灰階,作為顯示影像的工具。當然啦，單靠液晶本身是無法當作顯示器的，還需要其它的材料來幫忙，以下我們要來介紹有關液晶顯示器的各項材料組成與其操作原理。

偏光板(polarizer)

大家都知道光也是一種波動，而光波的行進方向,是與電場及磁場互相垂直的。同時光波本身的電場與磁場分量，彼此也是互相垂直的。也就是說行進方向與電場及磁場分量,彼此是兩兩互相平行的。而偏光板的作用就像是柵欄一般，會阻隔掉與柵欄垂直的分量，只準許與柵欄平行的分量通過。所以如果我們拿起一片偏光板對著光源看，會感覺像是戴了太陽眼鏡一般，光線變得較暗。但是如果把兩片偏光板迭在一起，那就不一樣了。當旋轉兩片的偏光板的相對角度,會發現隨著相對角度的不同,光線的亮度會越來越暗。當兩片偏光板的柵欄角度互相垂直時，光線就完全無法通過了。而液晶顯示器就是利用這個特性來完成的。利用上下兩片柵欄互相垂直的偏光板之間，充滿液晶,再利用電場控制液晶轉動,來改變光的行進方向,如此一來,不同的電場大小,就會形成不同灰階亮度了。

上下兩層玻璃與配向膜

這上下兩層玻璃主要是來夾住液晶用的，在下面的那層玻璃長有薄膜電晶體。(Thin film transistor,TFT),而上面的那層玻璃則貼有彩色濾光片(Color filter)。這兩片玻璃在接觸液晶的那一面，並不是光滑的,而是有鋸齒狀的溝槽。這個溝槽的主要目的是希望長棒狀的液晶分子，會沿著溝槽排列。如此一來,液晶分子的排列才會整齊。因為如果是光滑的平面,液晶分子的排列便會不整齊,造成光線的散射,形成漏光的現象。其實這只是理論的說明, 告訴我們需要把玻璃與液晶的接觸面，做好處理，以便讓液晶的排列有一定的順序。但在實際的製造過程中,並無法將玻璃作成有如此的槽狀的分布, 一般會在玻璃的表面上塗布一層PI(polyimide),然後再用布去做磨擦(rubbing)的動作,好讓PI的表面分子不再是雜散分布,會依照固定而均一的方向排列。而這一層PI就叫做配向膜,它的功用就像玻璃的凹槽一樣, 提供液晶分子呈均勻排列的接口條件,讓液晶依照預定的順序排列。

TN LCD液晶屏顯示原理

當上下兩塊玻璃之間沒有施加電壓時,液晶的排列會依照上下兩塊玻璃的配向膜而定。對於TN型的液晶來說,上下的配向膜的角度差恰為90度.所以液晶分子的排列由上而下會自動旋轉90度,當入射的光線經過上面的偏光板時,會只剩下單方向極化的光波。通過液晶分子時,由於液晶分子總共旋轉了90度,所以當光波到達下層偏光板時,光波的極化方向恰好轉了90度。而下層的偏光板與上層偏光板,角度也是恰好差異90度。所以光線便可以順利的通過,但是如果我們對上下兩塊玻璃之間施加電壓時,由於TN型液晶多為介電係數異方性為正型的液晶(ε//>ε⊥,代表著平行方向的介電係數比垂直方向的介電係數大,因此當液晶分子受電場影響時，其排列方向會傾向平行於電場方向。液晶分子的排列都變成站立著的，此時通過上層偏光板的單方向的極化光波,經過液晶分子時便不會改變極化方向,因此就無法通過下層偏光板。

TFT LCD液晶屏顯示原理

TFT LCD的中文翻譯名稱就叫做薄膜電晶體液晶顯示器,我們提到液晶顯示器需要電壓控制來產生灰階。而利用薄膜電晶體來產生電壓,以控制液晶轉向的顯示器,就叫做TFT LCD。從切面結構來看,在上下兩層玻璃間,夾著液晶,便會形成平行板電容器,我們稱之為CLC(capacitor of liquid crystal)。它的大小約為0.1pF,但是實際應用上,這個電容並無法將電壓保持到下一次再更新畫面數據的時候。也就是說當TFT對這個電容充好電時,它並無法將電壓保持住,直到下一次TFT再對此點充電的時候.(以一般60Hz的畫面更新頻率,需要保持約16ms的時間.)這樣一來,電壓有了變化,所顯示的灰階就會不正確。因此一般在面板的設計上,會再加一個儲存電容CS(storage capacitor大約為0.5pF),以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候。不過正確的來說,長在玻璃上的TFT本身,只是一個使用電晶體製作的開關。它主要的工作是決定LCD source driver上的電壓是不是要充到這個點來。至於這個點要充到多高的電壓，以便顯示出怎樣的灰階.都是由外面的LCD source driver來決定的。

全球液晶屏面板供應鏈廠家匯總

隨著液晶面板材料應用範圍不斷的擴展，液晶面板材料的需求量也是逐年攀升。這給液晶面板上下遊廠家的發展帶來了積極的影響和利好，使液晶面板企業在實際發展中獲得了有力的支持。我們來看看全球主要的液晶屏面板供應鏈廠家有哪些?

晶片廠商：矽創、聯詠、奇景、格科微、旭耀、天利、天域、瑞鼎、瑞薩、新向微、奕力等。

模組廠商：天馬、同興達、信利、三龍顯示、TCL顯示、帝晶、中光電、天億富、比亞迪、永信、星源、煜彩、國顯、京東方、寶銳視、億都、夏普、東芝、NEC、日立、京瓷、三菱、索尼、富士通、億華、博一、雅視、易欣達、優納思、維拓、比亞迪、宇順、海飛、德思普、凱聖德、立德通訊、萊寶、興展、聚睿鼎、易快來等。

液晶屏面板廠家：韓國有LG，三星，HYDIS，現代，金星等;歐美有元太、IBM，Pixel Qi，愛普生，FINLUX等;日本則有夏普(被鴻海收購)，東芝、松下、NEC、京瓷、三菱、光王、鳥取三洋、索尼、IDTech、富士通、精工、IPS Alpha、卡西歐、STI、先鋒、星電、IMLS、西鐵城、阿爾卑斯等。

中國大陸面板廠近年迅速崛起，以京東方boe為首的面板商已成功打入蘋果供應鏈。除京東方boe之外，內地主要廠商還有天馬、奇信、龍騰、上廣電、奇菱、凌巨、清達光電、信利、中星光電、中電熊貓、比亞迪、華森、海信、維信諾、翰圖微、長智光電、彩虹、寶銳視、德邦、虹歐、吉林彩晶、億都、平達、靜電、智炫等。

臺灣地區面板製造商主要有奇美-群創、友達、中華映管、瀚宇彩晶、統寶、錦祥、廣輝、ORTUSTECH、全臺晶象、聯友、奇晶、達基、晶採、晶達、眾福、久正光電、光聯、悠景、臺盛、富相、智晶、錸寶科技、南亞光電等。