TFT LCD 宽视角技术

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TFT液晶屏结构

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TFT LCD,或薄膜晶体管液晶显示器, 是一种流行的显示技术形式,常用于计算机显示器和其他常见设备屏幕。 这个显示模块,或者更具体地说 液晶模组, 由三个关键层组成。 最靠近器件背面的最深层由从最远到最靠近表面的顺序排列,第一偏光片、玻璃基板、像素电极和 TFT 组成。 最表面层与该层类似,因为它也有玻璃基板、偏振器和(在某些矩阵中)电极; 然而,这些组件的顺序与另一层(偏光片最靠近表面)相比发生了翻转,并且该层中有一个RGB彩色滤光片。 在这两层之间,存在一层液晶分子,并将电荷和能量带向TFT LCD的表面。 晶体分子可以通过多种方式排列,以改变 LCD 屏幕的观看特性。

作为有源矩阵 LCD 设备,TFT LCD 的单个像素由红色、绿色和蓝色子像素组成,每个子像素都有自己的 TFT 和电极。 这些子像素被单独和主动地控制,因此得名有源矩阵; 这样可以实现更平滑、更快速的响应时间。 有源矩阵还允许更大的显示模式,当纵横比增加时,可以继续保持颜色、刷新率和分辨率的质量。

在构成 TFT LCD 显示器的像素内,电极在它们之间的电路中发挥作用。 如果层叠在两个玻璃基板的内侧,电极和 TFT 将在液晶层内形成一条电气通路。 除了在器件的表面和背面之外,还有其他电极放置可以改变基板之间的电通路的影响(将在本文后面讨论)。 该通路通过其电场对晶体产生影响,这是 TFT 概念之一,可实现 TFT 的低功耗、最小化功耗,使它们如此高效和有吸引力。

当电场与液晶分子相互作用时,分子可以以多种方式排列,从而改变光从液晶分子穿过的方式。 背光 设备(在最后面的偏振器后面)到表面。 因为 LCD 屏幕不能自己发光,所以需要背光来提供 TFT LCD 复合体然后操作的照明。 液晶将光偏振到不同程度,因此,表面偏振器使不同级别的光通过它,从而控制像素的颜色和亮度。

 

TN(扭曲向列)型TFT LCD

尽管有多种方法可以排列晶体分子,但使用扭曲向列 (TN) 来排列是 LCD 技术最古老、最常见和最便宜的选择之一。 它使用电极之间的电场,其中一个位于表面基板层,另一个位于背面基板层,以操纵液晶。

当没有电场影响晶体结构时,排列会发生 90 度扭曲。 这种扭曲允许光线穿过该层,在光线通过时偏振,然后通过表面偏振器。

如果施加电场,分子晶体结构中的扭曲可以解开,使它们变直。 发生这种情况时,光线没有偏振,无法通过表面偏振器,显示黑色像素。 也可以在完全点亮或完全不透明的像素之间创建一个; 如果光是部分偏振的(电场不能完全拉直晶体排列),那么 LED 背光会通过偏振器发出中等亮度的光。

尽管这是显示技术最便宜的选择之一,但它也有其自身的问题。 与其他类型的 TN TFT LCD 相比,TN TFT LCD 没有最高响应时间,并且它不提供与使用不同对准方法的其他 TFT LCD 一样宽的视角。 视角是在无法正确看到所显示图像的光线和颜色之前可以观看屏幕的方向。 TN 显示器大多在垂直视角上挣扎,但水平角度也有限。 这种 TN LCD 视角限制称为灰度反转问题。

 

有几种方法可以解决灰度反转问题。

通常,当视角不理想时,图像质量整体下降。 由于这个问题,诸如对比度(最亮的白色和最暗的黑色之间的亮度比)和屏幕可读性之类的东西不会保留。

在液晶排列方式中,TN只是LCD技术的一种选择。 还有各种其他常见的方法来对齐晶体以获得宽视角,例如多域垂直对齐或面内切换。 此外,由于TN设备的丰富,还引入了一种叫做O-film的东西来与TN屏幕配对,这样用户就不必购买全新的设备。

 

MVA(多域垂直排列)TFT LCD

简单地说,这种方法将每个像素下方的单元格划分为多个域。 通过分裂,同一单元中的分子可以有不同的取向,因此当用户改变他们对显示器的看法时,会有不同的晶体方向排列,允许在这些角度上保持显示特性,例如高亮度和高对比度. 这解决了所谓的单域垂直对齐问题。

尽管与 TN 大体相似,但 MVA 在其电池中具有 TN 电池所没有的一个显着特征:玻璃突起。 在夹层电极之间,角度玻璃突起重新定向在层内传播的光,以便当离开表面偏振器时,它在多个方向传播以满足宽视角的需要。

在 MVA TFT LCD 的最新发展中,对比度、亮度和响应时间都在质量上有所提高。 对比度在 300 年首次开发时为 1:1997,现已改进为 1000:1。 同样,以上升(黑到白)和衰减(白到黑)时间为特征的响应时间已达到人眼可以处理的最快时间,这证明了基于 MVA 的显示器对于运动图像的适用性。

 

IPS(面板内切换)TFT LCD

由 TN 引起的灰度反转问题的另一个解决方案是 IPS液晶. 就IPS的好处而言,它与MVA相当相似。 但在结构上,IPS 没有表面和背面电极,而是将两个电极放在背面基板上。 然后,当电场打开时,这会迫使分子转换方向,称为平面转换,并以平行于基板的方式排列,而不是像 TN 器件那样垂直排列。 在这种情况下需要更亮的背光,因为光需要更多的功率来产生相同的显示亮度,而 TN 可能能够用更少的光源发出的光来实现。

通过这种类型的对齐,与 TN 相比,可以在更宽的方向上保持视角。 最近,IPS 显示器改进了响应时间等质量,使 IPS 屏幕更受消费者欢迎。 然而,这种类型的 TFT LCD 往往比 TN 设备成本更高。

 

TN 对比欧菲林对比 MVA 对比 IPS TFT LCD

虽然 TN TFT LCD 的成本最低,但这是有原因的。 O-film、MVA 和 IPS TFT LCD 的成本更高,因为它们采用更复杂的技术,可以改善视角以保持分辨率和一般显示质量。

O-film 的独特之处在于它不改变液晶配向技术,而且成本相对较低,它可以用特殊的薄膜替换 TN 器件的表面偏光片,以扩大视角。 因为和TN结合,只能稍微提高视角。

IPS 最有可能改善视角,达到比所有其他选项更高的可能角度。 但是,使用 IPS 时,由于该设备需要更亮的背光,因此其功耗高于常规 TN 设备。

MVA 与 IPS TFT LCD 的角度接近,仅略小一些。 但是,如前所述,它确实具有更快的响应时间。

根据消费者的需求和价格范围,所有这些技术都是可行的选择。 MVA 和 IPS TFT LCD 往往更适用于 LCD 显示器和电话屏幕等消费类产品,而 TN 和 O-film LCD 则可以跨入工业应用。 尽管如此,随着 IPS 和 MVA LCD 的增长,它们的应用正在扩大。

 

AFFS(高级边缘场开关)TFT LCD

AFFS 在概念上类似于 IPS; 两者都以平行于基板的方式排列晶体分子,从而改善视角。 但是AFFS更先进,可以更好的优化功耗。 最值得注意的是,AFFS 具有高透光率,这意味着更少的光能被液晶层吸收,而更多的光能被传输到表面。 IPS TFT LCD 通常具有较低的透射率,因此需要更亮的背光。 这种透光率差异源于 AFFS 每个像素下方的紧凑、最大化的活动单元空间。

自 2004 年以来,开发 AFFS 的 Hydis 已将 AFFS 授权给日本公司 Hitachi Displays,那里的人们正在开发复杂的 AFFS LCD 面板。 Hydis 改进了屏幕的户外可读性等显示属性,使其更适合用于其主要应用:手机显示器。

 

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