TFTLCD的广视角技术.docx

1、TFTLCD的广视角技术TFT-LCD的广视角技术 当你拿传统的CRT显示器来与薄膜晶体管液晶显示器比较时，你会发现薄膜晶体管液晶显示器有两个重大的缺点:(1)当你从某个角度观看TFT-LCD时，你将发现显示器的亮度急遽的损失(变暗)及变色。较旧型的平面显示器通常只有90度的视角，也就是左/右两边各45度。但只要只有一位观看者的话，这个问题就不存在。而只要超过一位以上的观看者，如你想要展示某个画面给客人看或是多人一起玩游戏机，你大概只能一直听他们抱怨显示器的品质有多糟糕。(2)影片及游戏中，快速的移动画面是常出现的，但这样的需求却是目前响应时间慢的液晶显示器所无法提供的。太慢的响应时间会导致画

2、面失真及次序错乱。最明显的例子就是股票市场中的交易显示器及游戏中飞机飞过村庄的画面。 当背光源之入射光通过偏极片、液晶及所谓的配向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。这个效应在某些场合有用，但在大部份的应用上是我们不想要的。制造商们已经花了很多时间来试图改善液晶显示器的视角特性，有数种广视角技术被提出：IPS(IN-PLANE-SWITCHING、MVA(MULTI-DOMAINVERTICALALIGNMENT)、TN+FILM。这些技术都能把液晶显示器的视角增加到160度

3、，甚至更多，就如同CRT屏幕的视角特性一样。最大视角的定义是对比值至少能达到10:1的视角(通常有四个方向，上/下/左/右)。液晶显示器厂商并没有停下他们的脚步，而在最近引进了第一个可以改善视角特性的新技术。最重要的广视角技术包含TN+Film，IPS(也称为超级液晶显示器)及MVA。IPS（平面控制模式）广视角技术 跟MVA广视角技术一样，IPS（In Plane Switching）模式的广视角技术也是在液晶分子长轴取向上做文章，不同的是应用IPS广视角技术的液晶显示让观察者任何时候都只能看到液晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会有太大差别，这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角

4、。IPS(In-PlaneSwitchingorSuper-TFT)当施加电压，液晶分子的对准方向平行于玻璃基版IPS起初是由Hitachi所发展，但现在NEC及Nokia也采用这项技术。IPS与使用TN+Film(扭转向列液晶+视角扩大膜组合)技术不同的地方是液晶分子的对准方向平行于玻璃基版。使用IPS或SuperTFT技术可以使视角扩大到170度，就如同CRT监视器的视角一样好。但是这项技术也有缺点，因为液晶的对准方向，使得它的电极只能置于两片玻璃板中的其中一边，而不像TN模式一样。这些电极必须制作成像梳子装状的排列在下层的表面。但是这样做会导致对比降低，因此必须加强背光源的亮度。IPS模

5、式的对比及响应时间与传统的TFT-TN比较起来并无改善。 第一代IPS技术针对TN模式的弊病提出了全新的液晶排列方式，实现较好的可视角度。第二代IPS技术（S-IPS即Super-IPS）采用人字形电极，引入双畴模式，改善IPS模式在某些特定角度的灰阶逆转现象。第三代IPS技术（AS-IPS即Advanced Super-IPS）减小液晶分子间距离，提高开口率，获得更高亮度。 目前而言，IPS在各个方位都有着最好的可视角度，而不象其他模式那样只是在上下左右四个角度上视角特别突出。应用IPS技术的液晶显示器在左上和右下角45度会出现灰阶逆转现象，这可以通过光学补偿膜改善。 IPS广视角技术也属于

6、NB常黑模式液晶。在未加电时其表现为暗态，所以应用IPS广视角技术的液晶显示器相对来说出现“亮点”的可能性也较低。跟MVA模式一样，IPS广视角的暗态透过率也非常低，所以它的黑色表现是非常好的，不会有什么漏光。 IPS一个最大特点就是它的电极都在同一面上，而不象其他液晶模式的电极是在上下两面。因为只有这样才能营造一个平面电场以驱使液晶分子横向运动。这种电极对显示效果有负面影响：当把电压加到电极上后，靠近电极的液晶分子会获得较大的动力，迅速扭转90度是没问题的。但是远离电极的上层液晶分子就无法获得一样的动力，运动较慢。只有增加驱动电压才可能让离电极较远的液晶分子也获得不小的动力。所以IPS的驱动

7、电压会较高，一般需要15伏。由于电极在同一平面会使开口率降低，减少透光率，所以IPS应用在LCD TV上会需要更多的背光灯。IPS广视角技术原理分析 如图，细条型的正负电极间隔排列在基板上，有些类似早期的VA模式液晶。把电压加到电极上，原来平行于电极的液晶分子会旋转到与电极垂直的方向，但液晶分子长轴仍然平行于基板，控制该电压的大小就把液晶分子旋转到需要的角度，配合偏振片就可以调制极化光线的透过率，以显示不同的色阶。IPS的工作原理有些类似于TN模式液晶，不同的是IPS模式的液晶分子排列不是扭曲向列而且其长轴方向始终平行于基板。 针对IPS模式在斜45方向的灰阶逆转现象，除了可以采用光学薄膜来补

8、偿，还可以依照MVA的特性来对IPS“优化”。如图，把IPS原来直条形的电极改成像MVA模式那样的曲折电极“人形电极”，这种改进后的IPS吸取了IPS和MVA的优点，可以称之为“双畴IPS”，也就是新一代的Super-IPS。MVA（多畴垂直取向）广视角技术 顾名思义，MVA（Multi-domain Vertical Alignment）模式的液晶显示器，其液晶分子长轴在未加电时不像TN模式那样平行于屏幕，而是垂直于屏幕，并且每个像素都是由多个这种垂直取向的液晶分子畴组成。当电压加到液晶上时，液晶分子便倒向不同的方向。这样从不同的角度观察屏幕都可以获得相应方向的补偿，也就改善了可视角度。 M

9、VA(Multi-DomainVerticalAlignment,画素分割垂直配向)富士通所发展的MVA。从技术的观点来看，MVA是针对视角及响应时间最好的解决方案。依我们的看法，富士通已经找到最好的解决方案。MVA可以获得160度的视角，而且，也可提供高对比及快速响应的优秀表现。MVA的原理是什么呢? 在MVA中，M代表“multi-domain“(多象限)，是就一个子像素(cell)来说。图3说明了以突出物来形成多象限。富士通最近已经开发出四个象限的画素分割技术。VA代表“VerticalAlignment“(垂直配向)，但事实因为有突出物的关系，液晶分子在静态时并不是真的垂直配向(见上图

10、，在off的时候)。当施加电压时，液晶分子变成水平配向因此允许背光通过。对游戏机及动画的应用上，MVA可以提供比TN+视角扩大膜及IPS技术较短的响应时间。在对比方面，也比其它广视角技术高，当然，对比也随视角而变。 在未进行光学补偿的前提下，MVA模式对视角的改善仅限上下左右四个方向，而其他方位角视角仍然不理想。如果采用双轴性光学薄膜补偿，将会得到比较理想的视角。 尽管在某个特殊方位以很大的角度观察屏幕还可能会看到灰阶逆转的现象，但总的来说，MVA广视角模式已经很大程度解决了TN模式的这一痼疾。由于这种模式的液晶显示器在未受电时，屏幕显示是黑色，所以又叫做NB（Normal Black，常黑）

11、模式液晶显示器，这种方式有个最大好处就是当TFT损坏时，该像素则永远呈暗态，也就是我们常说的“暗点”。虽然它也属于“坏点”，不过相对TN模式上常见的“亮点”来说，“暗点”要更难发现，也就是说对画面影响更小，用户也较容易接受。 MVA模式由于液晶分子的运动幅度没有TN模式那么大，相对来说加电后液晶分子要转动到预定的位置会更快一些，而且在靠近电极斜面的液晶分子在受电时会迅速转动，带动离电极更远的液晶分子运动。因此改变液晶分子的排列后的MVA广视角技术有利于提高液晶的响应速度。采用MVA技术的明基BenQ FP991，对比度达到700:1 液晶分子垂直取向意味着Panel两端的液晶分子无需平行于Pa

12、nel排列，也就是说MVA在制造上不再需要摩擦处理，提高了生产效率。配合光学补偿膜后的MVA模式液晶显示器正面对比度可以做得非常好，即使要达到1000:1也并不难。遗憾的是MVA液晶会随视角的增加而出现颜色变淡的现象，如果以色差变化来定义可视角度的话，MVA模式会比较吃亏，但总的来说它对于传统的TN模式还是改进比较大。 MVA模式并不是完美的广视角技术。它特殊的电极排列让电场强度并不均匀，如果电场强度不够的话，会造成灰阶显示不正确。因此需要把驱动电压增加到13.5V，以便精确控制液晶分子的转动。另外由于它的液晶分子排列完全不同于传统的TN模式，在灌入液晶时如果采用传统工艺，所需要的时间会大大增

13、加，因此现在普遍应用一种叫ODF（One-Drop Fill，滴下式注入法）的高速灌入工艺，因此综合来看，相对传统的TN模式液晶，MVA的成本有所提高。MVA广视角技术原理分析 TN模式液晶显示器视角狭窄的主要原因是液晶分子在运动时长轴指向变化太大，让观察者看到的分子长轴在屏幕的“投影”长短有明显差距，在某些角度看到的是液晶长轴，某些角度则看到短轴。VA模式则可改善这种液晶工作时长轴变化的幅度，VA即Vertical Alignment（垂直取向）。 如图，它依靠叫做Protrusion的屋脊状凸起物来使液晶本身产生一个预倾角（Pre-tilt Angle）。这个凸起物顶角的角度越大，则分子长

14、轴的倾斜度就越小。早期的VA模式液晶凸起物只在一侧，后期的MVA凸起物则在上下两端。 如图是一种双畴VA模式液晶。未加电时，液晶分子长轴垂直于屏幕，只有在靠近凸起物电极的液晶分子略有倾斜，光线此时无法穿过上下两片偏光板。当加电后，凸起物附近的液晶分子迅速带动其他液晶转动到垂直于凸起物表面状态，即分子长轴倾斜于屏幕，透射率上升从而实现调制光线。 在这种双畴模式中相邻的畴分子状态正好对称，长轴指向不同的方向，VA模式就是利用这种不同的分子长轴指向来实现光学补偿。 如图，在B处看到的是中灰阶，在A和C处能同时看到的高灰阶和低灰阶，混色后正好是中灰阶。 当把双畴模式液晶中的直条三角棱状凸起物改成90来

15、回曲折的三角棱状凸起物后（如图），液晶分子就可巧妙分成四个畴，也即多畴模式。四畴模式液晶在受电后，A、B、C、D各畴的液晶分子分朝四个方向转动，这就对液晶显示器的上下左右视角都同时补偿，因此MVA模式的液晶显示器在这四个方向都有不错的视角。基于这样的补偿原理，可以更改凸起物的形状，用更多不同方向的液晶畴来补偿任意视角可以取得很好效果。OCB广视角技术 作者:来源:本站原创OCB（Optically Compensated Bend/Optical Compensated Birefringence，光学补偿弯曲排列/光学补偿双折射）广视角技术利用其设计巧妙的液晶分子排列来实现自我补偿视角，所以

16、它又叫自补偿模式。 在自补偿和双轴光学膜的补偿下，OCB模式的液晶可以实现不错的可视角度，而且视角均匀性非常好。如图，在不同的方位也不会出现TN模式固有的灰阶逆转现象。 OCB模式在常态下（无电场）也显示暗态，属于“常黑”模式液晶，因此OCB出现“亮点”的几率也不高。OCB还原的黑色特别纯，这是由于OCB在“常黑”状态下的黑色在各方位上观察都不会出现漏光。这也有利于实现较高的对比度。 OCB最大的特点就是响应速度快，即使是TrTf也不会超过10ms，目前已经有1ms到5ms的产品。所以OCB模式的液晶显示器最适合应用于还原动态图像。 OCB最大的缺陷在于，由于OCB模式在无电场情况下分子是平行

17、于Panel的，这样为了实现液晶分子的弯曲排列，每次开机都需要一定的预置时间来让液晶分子扭动到合适位置之后才能正常工作。相信大多数的消费者都很难接受这个致命缺陷。OCB广视角技术原理分析 OCB模式的液晶排列看上去非常象两层TN模式液晶相叠，但它的液晶分子排列是上下对称的，这样由下面液晶分子双折射性导致的相位偏差正好可以利用上部分的液晶分子自行抵消，相对其他配向分割模式，OCB的制造工艺更简单一些。 在弯曲排列的液晶分子中，中间的液晶分子始终处于跟基板垂直的状态。由于液晶分子是紧密排列在一起的，当加电后，中间液晶分子的动作将牵拉或推动整个液晶盒，起到加速的作用。另外，OCB模式的液晶分子长轴始

18、终在一个平面，不需要象TN模式那样做扭曲的动作而只需“弯曲”，相对来说，只需做很小的改变就可以达到预定的位置，所以OCB模式液晶显示器有着明显的速度优势。TNFilm（TN视角扩展膜）广视角技术 TN+Film(TN+视角扩大膜) TN+Film的显示器对准液晶于基板的垂直方向，与标准的TFT-LCD一样。有了在上层表面的一层膜就可以增加视角。从技术的观点来看，TN+Film是广视角技术中容易实现的方法。液晶显示器的制造商使用较成熟的标准TFT-TwistedNematic(扭转向列式)液晶。一层特殊的薄膜(转向膜或是)加在面板的上表面就可以将水平视角从90度改善到140度。但是，低对比及响应

19、速度慢这两大问题依旧无法改善。TN+Film法也许不是最佳的广视角解决方案但它是最简单的方法并且良率极高(几乎与标准TFT-TN一样)。 TNFilm这种技术仍然基于传统的TN模式液晶，只是在制造过程中增加一道贴膜工艺，可以沿用现有的生产线，对TN模式液晶Panel的生产工艺改变不大，因此不会导致良品率下降，成本得到有效控制。由此可见，TNFilm广视角技术最大的特点就是价格低廉，技术准入门槛低，应用广泛。 由于TN模式液晶显示器在加电后呈暗态，未加电时呈亮态，因此它属于NW（Normal White常亮）模式液晶。当由于各种因素造成某些像素上的TFT（薄膜晶体管）损坏时，电压就无法加到该像素

20、上，这样该像素上的液晶分子无法得到扭转的动力，在任何情况下光线都将穿透液晶盒两端的偏振片使该像素永远处于亮态，这就是我们常说的亮点。TNFilm模式的广视角技术没有对此进行任何改进，所以仍然存在亮点较多的问题。TNFilm广视角技术被广泛应用于主流液晶显示器 应用TNFilm广视角技术的液晶显示器除了在视角上比普通TN液晶显示器有所进步之外，TN模式液晶的其他缺点如响应时间长、开口率低、最大色彩数少等等也毫无遗漏地继承了下来。虽然通过精密的扩展膜可以有效提高可视角度，但由于扩展膜毕竟是固定的，不能对任意灰阶任意角度进行补偿，所以总体来说TNFilm还是不够理想，TN模式的液晶显示器所固有的灰阶

21、逆转现象依旧存在。充其量它只是一种过渡性质的广视角模式。 虽然TNFilm广视角技术效果有限，但并不代表视角补偿膜就是一种落后技术，相反，视角补偿膜在各种模式的液晶显示器下均有关键性作用。事实上，不同模式的液晶显示器都会因为液晶分子的状态不同而衍生出不同的光学畸变，要实现完美的视角特性，光学补偿膜必不可少。为了达到更好的补偿效果，一种利用液晶聚合物（LCP）取向性来设计的光学补偿膜已经开始实用化。要实现良好的可视角度，跟合理的液晶模式设计和精密的视角补偿膜是分不开的。TNFilm广视角技术原理分析 TNFilm广视角技术是基于TN液晶显示器的改进技术，液晶分子的排列还是TN模式，运动状态仍然是

22、在加电后由面板的平行方向向垂直方向扭转。它是采用双折射率n0的透明薄膜来补偿由于TN液晶盒（n0）造成的相位延迟以实现广视角的目的，所以这个Film又叫相差膜或者补偿膜（也有视角拓宽膜之称）。相差膜是将透明薄膜经过拉伸等处理后做成预定形变的构件。 如图是补偿膜的补偿原理图。补偿膜并不只贴在液晶面板表面侧，而是液晶盒的两侧，当光线从下方穿过补偿薄膜后便有了负的相位延迟（因为补偿薄膜n0）,进入液晶盒之后由于液晶分子的作用，在到液晶盒中间的时候，负相位延迟给正延迟抵消为0。当光线继续向上进行又因为受到上部分液晶分子的作用而在穿出液晶盒的时候有了正的相位延迟，当光线穿过上层补偿薄膜后，相位延迟刚好又

23、被抵消为0。这样用精确的补偿薄膜配合TN模式液晶可以取得很好的改善视角效果。FFS（边缘场切换）广视角技术 作者:来源:本站原创如同PVA模式跟MVA模式的关系一样，FFS（Fringe Field Switching）严格来说应该IPS模式的一个分支，主要改进是采用透明电极以增加透光率。相对于已经比较完美的IPS模式，FFS可谓是“百尺竿头，更进一步”。 第一代FFS技术主要解决IPS模式固有的开口率低造成透光少的问题，并降低了功耗。第二代FFS技术（Ultra FFS）改善了FFS色偏现象，并缩短了响应时间。第三代FFS技术（Advanced FFS）则在透光率、对比度、亮度、可视角度、色

24、差上均有明显提高。 FFS一个致命的缺陷就是由于电场的畸变导致灰阶逆转，但新一代的FFS技术AFFS（Advanced Fringe Field Switching）通过修改楔状电极和黑矩阵解决了这一问题。AFFS拥有极高的透光率，可以最大限度的利用背光源得到高亮显示。无论是水平还是垂直方向，AFFS都能实现惊人的180视角。如图，如果在其他方向的视角也能有效得到提高的话，那液晶显示器可视角度不如CRT的说法就要成老皇历，也许以后的液晶显示器参数上再也不用标可视角度一项。 由于AFFS具自补偿特性，在不同视角下不会发生色差变化。采用透明电极和舍弃黑矩阵有利提高开口率和高清晰度。事实上AFFS除

25、了响应时间稍逊之外，在其他方面它都代表着目前液晶显示器高画质和广视角兼得的最高水平。FFS广视角技术原理分析 如图，FFS结构跟IPS模式大同小异，正负电极不再是间隔排列。透明电极不会遮挡光线，所以可以实现达到较高的开口率。新一代的FFS技术在其他方面也有革命性的改进，譬如负型液晶光效率高，但扭转黏性较大，响应时间慢；而正型液晶响应时间虽然较快，但光效率很低。FFS技术通过优化液晶，在正型液晶上也获得了负型液晶90左右的光效率，使得透光率和响应时间可兼得。优化后的楔形电极可以自动抑制光泄露，这样连滤色片固有的黑矩阵也可以舍去，这又大大增加了透光率。所以，相对其他广视角模式的液晶极低的背光利用率

26、，FFS模式是非常“环保”的。其他VA广视角技术 作者:来源:本站原创PVA（Patterned Vertical Alignment，垂直取向构型）广视角技术 PVA广视角技术同样属于VA技术的范畴，实际上它跟MVA极其相似，可以说是MVA的一种变形。PVA采用透明的ITO层代替MVA中的凸起物，制造工艺与TN模式相容性较好。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。 PVA和MVA毕竟一脉相承，在实际性能表现上两者都是相当的。PVA也属于NB（常暗）模式液晶，在TFT受损坏而未能受电时，该像素呈现暗态。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性。PVA广视角技术原理分析

27、不用屋脊形的凸起物如何生成倾斜的电场呢？PVA很巧妙的解决了这一问题。如图，PVA上的ITO不再是一个完整的薄膜，而是被光刻了一道道的缝，上下两层的缝并不对应，从剖面上看，上下两端的电极正好依次错开，平行的电极之间也恰好形成一个倾斜的电场来调制光线。CPA (Continuous Pinwheel Alignment，连续焰火状排列) 模式广视角技术 CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员。在未加电状态下，液晶分子跟VA模式一惯特性一样都是分子长轴垂直于面板方向互相平行排列。如图，CPA模式的每个像素都具有多个方形圆角的次像素电极，当电压加到液晶层次像素电极和另一面的电极上时，形成一

28、个对角的电场驱使液晶向中心电极方向倾斜。各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。由于像素电极上的电场是连续变化的，所以这种广视角模式被称作“连续焰火状排列（CPA）”模式。 在性能上，CPA模式与MVA基本相当，而且CPA也属于NB（常黑）模式液晶，在未受电情况下屏幕为黑色，在生产导致TFT损坏时也同样不易产生“亮点”。因为CPA模式在各个方向均有相应的液晶分子作补偿，所以在视角表现上除了水平和垂直两方向外在其他倾斜角也有不错的表现。各种广视角模式比较及采购建议 回首CRT时代，可供我们选择的显像管不外乎是荫罩管和荫栅管两种，即使再细分也不过是索尼的“特丽珑”、三菱的“钻石珑”、三星的“丹娜

29、”、LG的“未来窗”等为数不多的显像管。通过了解显像管技术的原理并结合亲身体验，大多数人对各种显像管的特性都有了自己的主观见解。 然而在LCD方面，虽然液晶显示器已经开始普及，但在之前的各种液晶产品中大多数都是TN模式和一些性能并不突出的早期宽视角技术产品，直至近年由于液晶行业竞争日趋激烈，曾经因为环保健康的要求而选择液晶产品的消费者多数无法忍受早期液晶产品在某些瓶颈性能上远远落后于传统的CRT，因此越来越多体验过CRT和LCD的消费者在下一台显示器到底该选择前者还是后者的问题上更加理性。各大液晶生产商为了获得更多的关注和加强液晶的性能优势适时开始推广各自的以广视角为主要诉求的新一代液晶技术。

30、面对百花争艳的各种采用新技术的液晶产品，如何才能从中找到你心目中的“特丽珑”或者是“钻石珑”呢？让我们了解一下各种新技术的优劣。评估各种广视角技术MVA提供较快的响应及非常大的视角，然而，使用MVA的市场还是相当小。TN+视角扩大膜对响应时间并无太多的改善。之前已提过，这个技术较为便宜并且良率较高，仅能把视角提升到人眼可接受的程度。使用这个技术的显示器将会渐渐没落。IPS已经被多家制造商所采用，包含Hitachi及NEC，都支持这个技术。这个技术成功的因素是因为它提供了170度的视角及可接受的响应速度。从技术的观点来看，MVA是最佳的解决方案。它的视角能高达160度，就如同CRT一样好。它的响

31、应时间也可达20msec，足够任何画面的播放。应用此技术的的厂商还不多，但在慢慢增加中。CRT显示器也越来越重视外观设计 TNFilm模式的广视角产品由于成本低廉，可沿用以往的生产线，因此仍然会占据不小的市场份额，即便以后各种新型宽视角技术成熟后，TN依然可能会象今天的荫罩管一样稳居低端市场。不过也不要小看这种发展多年的传统模式液晶，由于它技术相对成熟所以只要采用精度更高的驱动IC和一些简单的优化技术，TNFilm模式的广视角产品在响应时间和最大颜色还原数上较其他新型广视角技术仍有明显优势毕竟一直以来，真正量产的液晶显示器产品中最快响应时间记录都是由TN模式产品创造的。当然，就目前的产品而言，采用各种优化技术的TN液晶显示器价格也不低。 目前大多数的液晶生产厂商均有TN模式液晶产品，只需贴上以日本富士写真为主要供货商的视角扩展膜就可获得更广的视角。 如果你对液晶显示器的响应时间比较敏感，目前市面上已经有12ms的TN模式液晶产品供你选择，或者你也可以选择其他更加经济的16ms产品不过要注意的是某些响应时间短的产品其最大颜色还原数往往只有262K。拥有12ms响应时间和超酷3U外观的三星SyncMaster 172X 如果你更在意液晶显示器的“坏点”，那么在挑选TN模式产品时就得格外小