什么是TFT LCD/TN/STN/VA/IPS显示屏

薄膜晶体管液晶显示屏,通常被称为TFT LCD,是最常用的液晶显示屏之一。它使用薄膜晶体管技术来提高图像质量。尽管TFT-LCD被统称为LCD,但它是一种有源矩阵LCD,被用于电视、平板显示屏和投影仪。

简而言之,TFT液晶表皮可以看成是两块玻璃基板,中间夹着一层液晶。上层的玻璃基板与彩色滤光片相连,而下层的玻璃则嵌入了晶体管。当电流通过晶体管时,电场发生变化,引起液晶分子的偏转,从而改变光的偏振,再利用偏振器来确定像素的明暗状态。此外,由于上层玻璃与彩色滤光片相配合,每个像素包含红、蓝、绿三种颜色。这些发出红、蓝、绿颜色的像素构成了皮肤上的图像。

普通的液晶显示屏就像计算器的显示面板,其图像元素直接由电压驱动;当一个单元被控制时,它不会影响其他单元。当像素的数量增加到最大时,如以百万为单位计时,这种方法就变得不切实际了。请注意,每个像素的红、绿、蓝颜色必须有单独的连接线。为了避免这种困境,将像素排列成行和列可以将连接线的数量减少到数千条。如果一列中的所有像素都由正电势驱动,而一行中的所有像素都由负电势驱动,那么位于行和列交叉点的像素将拥有最大的电压并被切换。然而,这种方法仍然存在一些问题,即虽然同行或同列的其他像素所接受的电压只是部分数值,但这种部分切换仍然会使像素变暗(对于不切换到亮的液晶显示屏)解决方案是在每个像素上添加一个晶体管开关,这样每个像素就可以独立控制。晶体管的低漏电流特性的意义在于,在图片更新之前,施加在像素上的电压不会被任意损耗。每个像素是一个小电容,前面是透明的氧化铟锡(ITO)层,后面是透明层,里面是绝缘的液晶。

这种电路安排与动态存取存储器非常相似,只是整个架构不是建立在硅片上,而是建立在玻璃上。许多硅晶圆工艺需要超过玻璃熔点的温度。普通半导体的硅基质使用液态硅来生长大型单晶,具有晶体管的良好特性。用于薄膜晶体管液晶显示屏的硅层使用硅化物气体来生产非晶硅层或多晶硅层。这种制造方法不适合于制造高档次的晶体管。

TN

TN+薄膜(扭曲的向列腺+薄膜)是最常见的类型,主要是由于价格低廉和产品的多样性。在现代TN面板上,像素的反应时间足够快,大大减少了残影问题,甚至在规格上反应时间也很快。然而,这个传统的反应时间是由ISO制定的标准,它只定义了从全黑到全白的转换时间,但并不意味着灰度之间的转换时间。灰度之间的转换时间(实际上在普通液晶中更为频繁)比ISO所定义的时间要长。现在使用的rtc-od(反应时间补偿超速)技术使制造商能够有效地减少不同灰度之间的转换时间(G2G)。然而,ISO所定义的反应时间实际上并没有改变。现在的反应时间是用G2G(灰度到灰度)的数量来表示的,如4ms和2ms,这在TN+薄膜产品中很常见。这种市场策略,TN面板的成本比VA面板低,主导了TN在消费市场的发展趋势。

TN显示屏受到视角的限制,特别是在垂直方向上,而且大多数不能显示目前绘图卡输出的1670万色(24位真彩)。以一种特殊的方式,RGB三色将6位作为8位。它使用还原法结合相邻的像素来接近24比特的颜色,从而模拟出所需的灰度。有些人还使用FRC(帧速率控制)。

对于液晶显示屏来说,像素的实际穿透率一般不随外加电压的变化而线性变化。

此外,b-tn(最佳TN)是由三星电子开发的。改善TN的色彩和反应时间。

STN

STN显示屏(super twisted nematic display)是super twisted nematic liquid crystal的缩写。在TN显示屏发明后,人们自然想到用TN液晶矩阵来显示复杂图形。相对于TN液晶,STN液晶的扭转度为180到270度。在20世纪90年代初,彩色STN液晶问世。这种液晶的一个像素由三个液晶单元组成,上面覆盖着一层彩色滤光片,通过用电压控制液晶单元的亮度就可以产生颜色。

VA

CPA(连续针轮排列)是由夏普开发的。色彩还原度高,产量低,价格高。

MVA(多域垂直排列)是由富士通在1998年开发的,是TN和IPS之间的妥协。当时,它具有快速的像素响应、宽视角和高对比度,但相对牺牲了亮度和色彩再现性。分析家们预测,MVA技术将主导整个主流市场,但TN有这个优势。这主要是由于MVA的成本高,而且像素响应慢(当亮度发生变化时,它将明显增加)。

P-mva(高级MVA)是由友达光电开发的,用于改善MVA的可视角度和反应时间。

A-mva(高级MVA)是由友达光电开发的。

S-mva(超级MVA)是由奇美电子开发的。

PVA(图案化垂直排列)是由三星电子开发的。尽管该公司称它是目前对比最好的技术,但它也有与MVA相同的问题。

S-PVA(超级PVA)由三星电子开发,以改善PVA的视觉角度和反应时间。

C-PVA是由三星电子开发的。

IPS

IPS(平面内切换)由日立公司在1996年开发,以改变TN面板的不良视角和色彩再现性。这一改进增加了反应时间。它的初始水平是50ms,而且IPS面板的成本也非常昂贵。

IPS(超级IPS)不仅具有iPS技术的优点,而且还提高了像素的更新时间。色彩再现性更接近CRT,价格也有所下降。然而,比较起来还是很差。目前,S-IPS只应用于专业用途的大型显示屏。

超级PLS

PLS(平面到直线切换)是由三星电子开发的。除了其惊人的视角外,它还可以将显示屏幕的亮度提高10%,而且制造成本比IPS低15%。目前,所提供的分辨率可以达到WXGA(1280)×800),一些带视网膜显示屏的MacBook Pro也采用了三星生产的这种显示屏(分辨率高达2880)×1800),其余的仍采用IPS显示屏。主要的对象将是智能手机和平板电脑,这些产品在2011年已经大规模生产。

ASV

夏普已经开发了ASV(先进的超级V)技术,以改善TFT的视觉角度。

FFS

现代电子采用FFS(边缘场开关)技术,这是IPS(平面内开关)广视角技术的高级延伸,具有低功耗、高亮度等特点。FFS可以扩展AFFS+(高级FFS+)和HFFs(高光圈FFS)技术。AFFS+在阳光下具有视觉功能。

OCB

OCB(光学补偿双折射)是日本松下电器的技术。

行业介绍

由于建造TFT工厂的成本巨大,主要的皮肤OEM制造商可能不超过四、五家。几个知名的有夏普、友达、奇美、三星、LG飞利浦等。

在系统和ID组装之前,表皮模组在工厂里通常被分为三类,分别是亮点和暗点的数量、表皮显示的灰度和颜色的均匀性以及一般的产品质量。此外,同一批号的不同片皮之间仍然存在+/-2ms的反应时间差异。质量最差的皮子以后会卖给白牌厂家。

质量差的皮肤或15英寸以下的尺寸通常不包含数字信号兼容接口DVI,所以它们未来的适用性可能受到限制。对于较高的17英寸或19英寸型号,玩家和办公室使用的屏幕可能有双显示插槽:模拟D-sub和数字DVI;几乎所有的专业屏幕都会有DVI,并转90度为字母模式。在任何情况下,即使使用DVI的视频信号,也不能保证它有更好的图像质量:一个好的图像卡RAMDAC和一个合适的、受保护的模拟VGA电缆也可以提供同样的显示质量。

发展历程

薄膜晶体管液晶显示技术最早是由欧美国家提出的。但由于技术和制造工艺不成熟,直到20世纪80年代末,日本厂商才完全掌握了主要的生产技术并开始大规模生产,形成了目前庞大的产业年。1992年,随着笔记本电脑对液晶显示产品的需求,薄膜晶体管液晶显示屏确立了其作为液晶显示屏的主流地位。随着技术的进一步发展,薄膜晶体管液晶显示屏的生产成本大幅下降,促使人们对显示设备的需求从笨重的阴极射线管转向轻便的薄膜晶体管,并最终超过了阴极射线管的市场份额。2000年前后,开启了液晶电视的新产业,据《中国电子报》报道,目前,薄膜晶体管液晶显示屏的制造技术已发展到第八代线,第十代线、第十一代线和第十二代线的建设也在规划之中。我国的薄膜晶体管液晶显示屏在显示领域已经落后,但专家建议,我们不应该绕过薄膜晶体管液晶显示屏,寻找其他突破口来发展我国的平板显示产业,我们应该迅速开展TFC的建设: LCD生产线和相关技术创新能力,提高我国薄膜晶体管液晶器件产业的国际竞争力。

发展前景

在当前液晶显示技术快速发展的情况下,薄膜晶体管液晶显示屏以其大容量、高清晰度和高质量的全真色彩而广受人们的青睐。薄膜晶体管液晶显示屏的显示质量和整体性能很大程度上取决于薄膜晶体管的性能。薄膜晶体管(787)是众多场效应晶体管(897)中的一种非晶硅。随着制作薄膜晶体管液晶显示屏技术的成熟,非晶硅薄膜晶体管液晶显示屏在薄膜晶体管液晶显示屏市场上占据了主导地位,然而,非晶硅薄膜晶体管由于其低流动性和导电性,严重制约了薄膜晶体管液晶显示屏的发展。寻找合适的替代品,追求高迁移率和高导电性一直是研究人员关注的焦点。在此基础上,多晶硅和微晶硅相继发展起来。虽然低迁移率和电导率的问题在一定程度上得到了暂时的解决,但由于多晶硅和微晶硅价格高 材料的短缺,未能撼动非晶硅的主导地位。随后的纳米硅薄膜晶体管液晶显示屏由于其高导电性和高迁移率的优势以及纳米技术的进步,成为新的亮点。

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