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发表人：DFLYLCD |
发表时间：2009/3/2 21:49:00 |
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液晶显示技术的最新趋势
一、液晶显示的市场
从液晶显示（LCD）的实用化开始已经过去30年了。从台式计算机的字段式显示开始的实用化液晶面板，以及后来的类似于主动型素子驱动方法的开发，使大型、漂亮画面的显示成为可能，之后显示性能在不断地进行改善，现如今，我们身边几乎所有的场所都在使用液晶显示器，从个人电脑和移动领域使用到最近的电视用，液晶电视已经开始逐渐取代CRT。
最初实用化液晶主要是以20世纪70年代的TN型液晶和80年代的STN液晶为基础的，它们各自相对应的产品也确实扩大了市场。90年代，以PC用途为基础，使用a-Si TFT液晶，使液晶市场快速得以成长起来。那个时代，液晶主要以TN模式为主，现在可以应用IPS、MV、OCB模式等形形色色的技术来进行动画显示，在电视显示方面的使用已经开始，在其他各领域的用途也逐步广泛起来，人们期待着其更加飞跃的发展。
平板显示中的液晶显示，用途非常广泛，使用量很大。而且根据搭载设备的用途不同显示画面的大小（显示画面的对角尺寸）与画素数有很大的不同。从手用用1～2型到电视用数十型，这样广的范围内各种用途均有，根据各种用途的要求不同，液晶面板的性能也有所不同（图2）。
二、液晶显示的构造与动作
1、液晶显示器的构造
以最普及的主动型的透过型模组为例，构造如图形所示，基本构造为液晶成盒面板和周围的压接驱动回路，液晶成盒基板的后面安装有背光源作为光源。
液晶成盒基板是由阵列基板与彩膜基板贴合在一起，中间填充液晶构成的。其中阵列基板与彩膜基板之间，要求控制间隔为数策米，而且均一的间隔。阵列基板侧为了驱动画素设计了gate线及数据线的引出电极。彩膜基板是由多个重复的RGB三原色构成的图形，图形形成的位置是与阵列基板上的各画素完全对应的。阵列基板与彩膜基板的背面，分别进行偏光板贴付。
2、主动型矩阵驱动技术
在TFT阵列基板侧栅线与数据线的各交点处形成薄膜晶体管（TFT）。画素电极为透明电极（通常是氧化铟与氧化锡的合金形成的ITO薄膜），用以传导数据线上的电压。在彩膜基板的全面也设计有透明电极。通过在阵列基板的画素电极上施加的电压对液晶的取向进行控制，从而对透过光的光量进行控制。
TFT基板通过控制栅极电压向画素电极内写入电荷。当TFT处于关态时，从与漏极侧连接的数据线向与源极侧连接的画素电极（透明电极）写入电荷，画素电极的电压需要设定必要的数值来驱动液晶。当TFT处于开状态时画素电极内的电荷会保持原样。在阵列基板的回路上，为了保持画素电极上电压的安定性，需要设计液晶电容和并列的辅助电容（如图4所示）。
三、液晶显示的特性与动向
1、表示设备及其特性
液晶显示器作为电子情报机器的显示设施，或是以电视为中心的娱乐设施方面，都成为必不可少的设备。这方面的用途，为了将人感性的更多的情报反映出来，人们正在寻求更大画面和更自然的画像显示。关于显示被关注的要求整理如下：
（1）作为显示情报机器的性能
画面尺寸：对角长（单位：厘米），长宽比（4∶3，宽屏等）
显示情报量：画素数（显示设计，播放规格）
携带性：薄、轻、消耗电力
（2）作为显示品质的性能
解像度：画素尺寸，每英吋画素数
视野角：在水平与垂直方向保持好的对比度的最大角度
辉度：画面的亮度
反应速度：显示动画必要画面的高速切换
对比度：最大辉度与最小辉度的比
阶调：表示微妙颜色变化
色度域：显示颜色范围的广度
表示画面的均一性：无表示不均
其他：进入市场的重要因素
价格：对于扩大市场有非常大的影响
环境对应：在制造、使用时、废弃时通过循环利用来节省能源
最终组装成制品的设计
2、画面的大型化与显示品质的提高
液晶面板应用于电脑的市场正在不断扩大。作为电脑用显示器，操作性能就成了重要的要求。为了提高操作性能，增加显示画面上显示信息量的研发工作仍在继续。具体来讲，有画面大型化与增加显示画素两种途径。画素数（如表1所示）作为显示设计的一些规定。
最近，液晶面板作为电视用的市场也正在扩大，主要是以30型以上超大画面为趋势。作为放映用的显示器，重要的是能够表示临场感与自然画像。为了获取临场感，重要的一点就是要有画角（将显示器放在眼前时画面的广度）。为了放映出有临场感的画像，正在向画面扩大即画面的宽屏化方向推进。为达到显示画质鲜明化及更精细的显示画面，也有向画素数增加方向发展的趋势。增加显示画素数相关的规格，请参照表2所示：
表1 对应于由PC开始到电脑、手机各用途的显示
3、广视野角技术显示更自然的画像
为了能看到自然的显示画像，前面所涉及到的各个项目，都要求有很高的性能。尤其是对大型电视，总的趋势是为了使被称作看到一个画面的作途变得强烈，视野角是非常重要的。目前人们正在努力对其进行改善。
以前的TN型液晶，在画面的垂直方向上施加电场来驱动液晶，控制光的通过与否。这种方式，在画面的正方向能看到非常清晰的画面，但是从倾斜方向来看的话，对比度下降，颜色会出现偏差，基作为映像用显示器，这是绝对不允许的。最近，为了改善TN型液晶的这个缺陷，提高视角人们想出了各种各样的方法，已经开始将研究成果应用于实际生产并形成产品。关于视角的改善，如图5所示IPS（In Plane Switching面内开关型），Multidomain（多筹型），MAV（Multi-domein Vertical Align），OCB（Optical Compensated Bend Mode光学补偿弯曲）等方法也开始实用化了。
IPS型，在阵列基板上配置电极，给液晶施加横向电场，画面平行方向的特性得到改善，视角扩大。多筹型，在一个画素中进行分割，通过使用液晶在不同的方向进行配向实现视角的扩大。VA型，在液晶盒中设计构造物，通过液晶转向不同的方向来实现大的视角。各种各样扩大视角的方法的实现，要求有各自独立的制造方法、工艺精度等重要的制造能力。也就是说，制造生产根据所采用的技术不同，工艺条件、装置等要求的性能也随之而变化。
4、为看到更自然动画的技术
与视角相同，在动画显示时液晶的缺陷是由于液晶的反应速度慢和显示方式不同而引起的。关于液晶响应时间的改善，要液晶盒的构造方法与液晶材料及驱动方法一并推进，在动画1桢以内的时间（16毫秒）内切换已经成为可能。进一步讲，OCB模式的响应时间可以达到数毫秒。
然而，与以前的CRT显示一样为了达到自然动画的显示效果，液晶的动作模式与CRT是完全不同的，液晶在响应时间方面的改善还不是非常充分，CRT是利用电子束打到幕上的一瞬间发光，而液晶的动作不同，液晶是在1桢间保持开的状态的保持型，这就是两者之间的差异。为了解决这种差异，一方面是改变背光源的点灯驱动，另一方面是在桢间插入黑色信号（参考图6），采用各种方法进行了开发，改善工作在不断推进。
5、Mobile用小型轻量化技术
液晶显示的一个优点就是小型、轻量化且耗电量低。最大限度地利用这一优点，使其作为移动用途得到大大推广。从1990年代用于笔记本电脑开始，各种各样便携式机器上搭载的液晶模组，其薄型、轻量化、低消费电力化的竞争一直持续不断。
为了实现其薄型、轻量化、低消费电力化，进行了各种技术开发，比如：玻璃基板的薄板化轻量化与构成模组部材的改善，低温多晶硅技术的使用，玻璃基板上设置的驱动回路部件数目的减少，利用反射型的背光源来实现薄型化等等。
背光源是透过型液晶面板使用的光源，若是利用太阳光等外部光则为反射型的，外部光与背光源光同时应用的为半透过型，这些技术均已实用化。图7（a）所示为透过型；（b）所示为反射型，由于没有背光源，所以薄型与耗电量得到了控制，但是对比度与辉度却比透过型差；（c）所示为半透过型，为了弥补反射型在显示方面的缺陷，在各画素上设置了反射领域与透过领域，取两者的平衡点，这样可以提高显示性能。
6、部材的进步——驱动IC为例
液晶显示器如图形所示，使用了各种各样的材料。伴随着液晶显示技术的进步，这些材料也在不断进行着技术革新。本文不可能讲述所有的材料，就以驱动IC为例进行说明。
包括电视用途在内，液晶面板向着大型化、高精细化且显示更高画质画像的方向发展。这种趋势，在驱动IC方向有很大的意义。动作速度的增加、写入精度的提高、多针化、低耗电量等课题的解决是非常重要的。
在画质高精细化方面，由于增加了画素数，写入数据量也增加了。对更多的画素，在一定时间内写入数据的话，动作速度必须要提高。比如说，720p规格电视面板（1280×720）的数据驱动，对应18微秒的写入时间，而1080i规格电视面板（1920×1080）的数据驱动，必须将写入时间缩短在12微秒以内。
阶调数也是这样，现在标准面板是8bit，将来10bit或12bit的面板也会增加。在8bit的情况下，数据驱动的输出电压是将开/关的间电压进行256份来供给的，而10bit是1024份，12bit必须要4096份。
另外，为达到便携式、低价位的目标，要求将驱动电压控制在10V以下的低压化，或是输出端子针数增加（若1芯片输出数增加，则相应的IC忒片的使用数目会减少）。尤其是移动领域以及笔记本电脑将便携式看得非常重要，这就对低耗电化要求非常高。这不仅仅是驱动IC，液晶性能方面的改善开发也是非常重要的。
四、液晶面板的设计技术、工艺技术、生产技术
1、液晶面板的制造过程
主动型液晶面板的制作工程，大概可以分为三部分。最初的工程称作TFT阵列工程，是以玻璃基板上制作 TFT阵列回路开始的。第二个工程称作液晶成盒工程，是将已经完成的TFT基板与镀有RGB三色层膜的基板贴合在一起，注入液晶。第三个工程称作模组工程，在已经成盒的基板上装上驱动回路及背光源作为显示用模组。制造过程结束（如图8）。
2、阵列工程——提高生产性的挑战
阵列工程与半导体工程相似。半导体是在晶元上面制作回路，同样地，阵列工程是在玻璃基板上反复进行成膜、显影、刻蚀而形成TFT阵列回路。阵列工程中使用装置的原理同 |
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