液晶面板显示模式介绍

3.IPS模式 IPS是“In Plane Switching”（共面开关）的缩 写 IPS技术为日本日立公司于1996年开发成功的显示 技术。 1998年，日立又推出了S-IPS(Super-IPS)，除了 有IPS原来的技术以外，亦在反应率有了改进。 在2002年，日立又推出了AS-IPS，在明暗比方面 有很大的改善。 目前IPS厂家：日立，LG,瀚宇彩晶、IDTech(奇美 电子与日本IBM的合资公司)
2. TN+Film相位补偿方式
TN模式中暗态是有场态，在饱和电压下，盒中心部位的液晶分子垂直 于基板排列，而基板附近的分子几乎不扭曲地徐徐倾斜取向，形成指 向矢沿盒厚方向连续变化但上下不对称的混合取向。
TN+Film 方式液晶盒示意图
膜上的取向层供盘状液晶取向用。制作盘状液晶 补偿层时，在盘状液晶固化之前施加电场（或磁 场），在电场（或磁场）和取向膜取向力的双重 作用下，盘状液晶分子形成光轴沿厚度方向连续 变化的混合取向，与液晶盒内分子的混合取向相 一致。然后在此电场（或磁场）的作用下，进行 紫外线固化，使取向固定。
取向层：聚酰亚胺 扭转角度：90° 预倾角：2°－3° 手性材料：自然界中的许多分子都有两种形态， 两个分子的结构从平面上看一模一样，但在空间 上会完全不同，它们构成了实物和镜像的关系， 和人照镜子一样，也可以比作左右手的关系，所 以叫手性分子。 常白模式:正像显示 常黑模式:负像显示
液晶面板显示模式 介绍
组件研发部 Tim
2011.1.8
目录：
一、液晶简介 二、普通显示模式 1.TN 2.STN\FSTN\DSTN\CSTN\TFT 三、广视角技术 1.TN+FILM 2.VA 3.IPS
一、液晶简介
液晶态是各相同性液体与 高度有序晶体之间的一种 中间态，它既有液体的流 动性，又有晶体的各向异 性特征，是一种取向有序 位置无序的流体。 液晶最早由奥地利植物学 家莱尼茨尔（ F.Reinitzer）于1888年 发现 ，但直到1971年， TN型LCD推出后，LCD产业 才进入真正的发展时期， 随着半导体技术的发展和 有源矩阵概念的提出， TFT-LCD技术开始逐步成 形，并于90年代初期在日 本开始产业化。
2.6 STN-LCD黑白化技术 宾主方式：是基于STN型显示模式中的蓝色模式， 采用黑色二向染料或是蓝的补色------黄色二向 染料，使蓝色背景接近黑色。这种屏的结构和技 术与蓝色模式STN型显示器件基本相同。 相位补偿方式:分两种：二层液晶屏方式（DSTN） 和相位补偿膜方式（FSTN）
1.2、TN-LCD工作原理
2.STN工作模式（超扭曲向列相液晶） 2.1 STN-LCD的结构 一般来说STN-LCD的结构与TN—LCD基本相同。 不同点仅在于以下几点： 大扭角（180°-270°）； 高预倾角（≤20°）； 两偏振片光轴特殊设置。
2.2 FSTN(Film Compensation Super Twisted Nematic )
1、液晶三大类：
向列相液晶（N相）（Nenatic Liquid Crystals） 向列相液晶是由棒状或杆状分子组成，分子长轴 相互平行，分子质心的位置混乱无序，可以自由平 移。所以，向列相液晶具有一维有序性，形成一维 流体。
近晶相液晶（Smectic Liquid Crystals） 近晶相液晶是由棒状或条状分子组成，分子排列 成层，层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直 于层面，或与层面成倾斜排列。因分子排列整齐 ，其规整性接近晶体，具有二维有序性。
1.VG为扫描线电压，VID为信号线电压，分别加在TFT的闸极，源 极。 2.在T1时域(水平选择期间)TFT ON，画素电极电位VP会被充电至 信号电位VID。在T2时域(非选择期间)TFT OFF，在OFF的瞬间，VP 会下降△V，此△V的大小与TFT组件的闸极与汲极间的寄生电容 CGD有关，因此在设计与制程组件时尽量避免寄生电容的产生。
这种液晶盒的外面通常含有一层补偿膜，这层补偿膜通常 由聚合物制成，也具有双折射性。当o光和e光通过补偿膜 时将会产生附加相位差，使o光和e光的相位得以延迟或补 偿，从而改变偏振光的干涉色。液晶显示技术中，常常利 用补偿膜来消除偏振光的干涉色。 FSTN-LCD中的补偿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，也可以用两片。有 些两片补偿膜系统下面的这片还同时起到准直器的作用， 上面这片补偿膜同时具有散射膜的作用，以便增加液晶显 示器的视角还不影响液晶显示器的响应速度。 FSTN-LCD的特点：黑白显示、视角800（典型）、多路驱 动比可达480:1 (segments / commons)、反映时间250 msec at 4.5V (低于TN-LCD)。
三、广视角技术
观察角度不同,获得的亮度不同
1.广视角分类：
TN+Film相位补偿方式 共面开关（In-Plane Switch, IPS）模式（日立的SuperIPS和现代电子的FFS(Fringe Field Switching)液晶模式 则是IPS的改进 ） 多畴垂直取向（Multi-domain Vertical Alignment, MVA ）模式（三星公司的PVA(Patterned Vertical Alignment)模式及夏普公司的ASV(Advanced Super V)模 式是MVA模式的延伸） 其它还有松下的OCB(Optical Compensated Birefringence)及NEC的SFT(Super-fine TFT)技术等等
结构特点： 1.具有介电各向异性为负的向列相液晶分子在基 板间均匀平行沿面排列，梳状内 信号电极和公共 电极用来产生横向电场， 以改变液晶分子的光轴 在平行于基板平面内的方位角，控制透光率。 2.两偏振片正交设置，起偏器的偏振化方向与下 基板表面处液晶分子指向矢平行。
工作原理：
1.断开态：由于起偏器的 偏光轴平行于液晶分子指 向矢，所以当入射光经起 偏器得到的线性偏振光射 入基板处液晶层时其偏振 状态不会发生变化；同时 由于此时液晶分子均匀平 行沿面排列，这样入射线 偏光在经过液晶层时就不 会发生旋转；上下偏振片 的正交设置，使得该线偏 光完全被检偏器阻隔，这 样就可以得到几乎接近纯 黑的暗态显示。
局部不对称现象，是补偿 膜没有完全补偿盒内液晶 分子复杂混合取向的结果 。因为补偿膜的补偿条件 是根据饱和电压作用来确 定的，而在显示中间灰度 时，盒内液晶分子的取向 变化比较复杂，对应的光 学各向异性值与饱和电压 作用时发生偏离，从而得 不到完全补偿。
TN+film技术特点： 1.最为便宜，良率很高。 2.对视角特性方位角对称性的改善并不显著。 3.低对比及响应速度慢这两大问题依旧没有改善。 4.主要应用于低端显示器。
2.4 CSTN
COLOR STN是在传统STN上加上一彩色滤光片（ Color filter），將单色显示矩阵的任一象素 (pixel) 分成三个子象素 (sub-pixel)，分別透 过彩色滤光片显示红、绿、蓝三基色，再通过三 基色比例的调和显示出各种色彩。
2.5 STN光调制 STN系列显示器件利用双折射现象来进行光调制。 因此，在输出光中不可避免的出现各种干涉色。 黄模式：在非选择态显示色呈黄色（背景为黄色 ）。而在选择态时呈黑色。 蓝模式：非选择态时显示色呈藏青色（背景为藏 青色），而在选择态时几乎成无色（白色）。
一般来讲，螺距的长度P接近可见光波长，胆甾 相螺旋结构的螺距易受外界因素的影响，特别是 对温度很敏感。当温度变化时，螺距也随之变化 ，从而使得胆甾相显现不同的颜色，胆甾相的这 种色温效应可以用来测量表面温度。
二、普通显示模式 1.TN工作模式(扭曲型向列相液晶)
来自百度文库
1.1 TN－LCD的结构 在镀有ITO（厚度可达1000Å）透明电极的两块玻 璃板之间夹有正性向列相液晶Np，四周用密封材 料（一般是环氧树脂、固化剂上下玻璃之间的距 离主要靠衬垫来控制。通常上下玻璃内侧对应显 示图形的部分一般都镀有透明电极，透明电极的 作用在于把外部信号通过它加到液晶层上，使选 定区域的液晶分子排列由90º 扭曲状态转变为与基 板平面垂直的排列状态，从而使此处的光透过情 况发生变化达到显示效果 。
胆甾相液晶 胆甾醇经脂化或卤素取代后出现的液晶称为胆 甾相液晶。这类液晶分子呈扁平形状，分子排列 成层，层内分子相互平行。不同层的分子长轴方 向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构。 当不同的分子长轴排列沿螺方向经历360°的变 化后，又回到初始取向，这个周期性的层间距离 称为胆甾相液晶的螺距（P）。
(1)Vgs>Vth：讯号读取
TFT组件在闸极(G)给予适当电压(VGS>起始电压Vth,注), 使通道(a-Si)感应出载子(电子)而使得源极(S)汲极(D)导 通。 【注】：Vth为感应出载子所需最小电压 。
(2)Vgs<Vth：讯号保持 当Vgs小于起始电压时没有感应出载子则通道成断 路。
2.导通态：由于梳形内数字 电极和公共电极之间的横向 电场作用，具有－Δε的液 晶分子将转向与该电场垂直 的方向排列，其扭曲角度就 是分子指向矢和入射侧偏振 片偏光轴的夹角，从而满足 双折射条件，出现相位延迟 ，使得入射线偏振光穿过下 玻璃基板后在进入检偏器前 变成椭圆偏振光，这样一部 分光就可以从检偏器射出， 得到亮态显示。
IPS模式特性：
1.无论是垂直还是水平方向，±80º 内均没有阶调反转现象。 2.电压保持率很高。 3.视角特性的方位对称性不佳。在某些方位角视角范围不够宽。 4.开口率小，透过低。
5.响应速度较慢。
开口率（ Aperture Ratio ）：
开口率即是每个画素可透光的有效区域除以画素的总面积，开口率越 高，整体画面越亮。 IPS:由于上下电极（材料一般为Cr或Al）都做在下基板上，使得开口 率下降，相同条件下透射光强度下降，从而导致对比度下降（要获得 与TN模式相当的对比度就得加大背光源的亮度）。
2.3 DSTN(Double Super Twisted Nematic )
含有补偿盒的超扭曲液晶显示器（DSTN-LCD）是最先出现的一种黑白 化液晶显示器。DSTN-LCD与一般超扭曲液晶显示器的最大区别在于是 由两个扭曲方向相反的超扭曲液晶显示盒粘在一起构成。 上面的液晶盒构成一个超扭曲液晶显示器，下面的液晶盒即无电极也 没有偏光片仅仅充满了液晶层，上下液晶盒的扭曲方向完全相反，下 面的液晶盒是一个补偿盒，当o光和e光通过补偿盒时也会产生附加相 位差，使o光和e光的相位得以延迟或补偿，从而消除偏振光的干涉色 ，得到黑白显示效果。 DSTN—LCD的特点： 对比度：优于STN, FSTN；能自动补偿由于温度改变而造成的对比度的变 化 反应速度：显著增加。 色泽：通常情况下液晶显示屏略微呈现红、绿或蓝色调，DSTN—LCD使这 种倾向有所减弱。 视角：最佳视角大
CF Pixel Array: 马赛克式:：显示AV动态画面 直条式：较常显示文字画面,(Note Book)
面板Array:
单一画素结构：
TFT工作原理： TFT为一三端子元件，在LCD应用上可视为一开关 液晶组件的作用类似一个电容，藉Switch的 ON/OFF对电容储存的电压值进行更新/保持。 SW ON时信号写入(加入、记录)在液晶电容上，在 以外时间 SW OFF，可防止信号从液晶电容泄漏。
2.7 TFT（ Thin Film Transistor ） TFT-LCD结构
TFT-LCD使用的液晶为TN（Twist Nematic）型液 晶，液晶分子呈椭圆状。
2.7.1 CF结构 彩色滤光片基本结构是由玻璃基板（Glass Substrate），黑色矩阵（Black Matrix），彩色 层（Color Layer），保护层（Over Coat），ITO 导电膜组成。一般穿透式TFT用彩色滤光片结构如 下图。