大话液晶——历史背景篇(下)

 


知识点三


VA(Vertical Alignment) 屏和 TN 刚好相反,它是由竖直向水平方向旋转并且不同于 TN 的水平摩擦取向,它的液晶分子是竖直挂靠在配向膜的侧基上的,不需要摩擦取向,这样也使得其工艺相对简单,更适合电视类大型屏幕的制作。对于VA 屏幕来说:不通电的时候,光是透不过的,屏幕显示为黑色;通电时液晶分子扭转,光线被引导而通过,屏幕显示为白色。但是和 TN 一样,液晶分子的扭转过程中动作幅度都比较大,一个由水平变竖直,一个由竖直变水平。



所以同理,VA 在视角方面也稍显不足,这也是为什么后来衍生出 MVA 和 PVA 等系列产品的原因。另外,VA 的响应时间比较慢,3.8V 的驱动下响应时间一般为 30ms。由于 TN 和 VA 显示屏中的液晶分子都是在垂直和水平之间相互切换,所以人手按上去之后,液晶分子的排列均会发生比较大的形变,导致光线的透过受到阻隔,相应的屏幕显示也会发生一些变化,这就是我们经常提到的水波纹的来历了。



IPS (In-Plane Switching,平面转换)技术的出现足足比 TN 晚了20年。但是出来之后最开始却无人问津,直到后来在 iPhone 上的使用,“硬屏”的概念才真正走进人们的视野。



其实所有液晶显示屏的显示原理都是相通的,光线都要通过液晶分子的引导才能穿透顶层的偏振片,进而达到显示的效果。


IPS不同于 TN 和 VA,它的两层配向膜为平行排列,液晶分子在沟槽上诱导取向后,也是水平平行排列,这时候液晶形态规整,也没有发生扭转,所以光是透不过的,屏幕为常黑状态。电极的排布也不是上下两端,而是在底层玻璃的两边。于是通电后,液晶分子不需要由水平变为垂直,只需在水平方向上进行扭转即可引导光线通过。



而正是由于液晶分子始终是水平排列,所以手指按上去时液晶分子形变较小,对屏幕显示的影响也较小,这就是所谓“硬屏”的来历了。但是由于电场较弱的原因,液晶分子的扭转需要依靠相邻液晶分子的扭转来一层层带动,所以如果想要得到更快更好的显示效果,就需要增大驱动电压,由此也带来更高的能耗;不增大驱动电压就会使响应时间变慢,4.5V 的驱动下响应时间为 20ms,4V 的驱动下响应时间为 25ms。所以大多 IPS 厂商都选择在这两者之间找一个平衡点。但是 IPS 也有它的优势,一方面就是大家都知道的宽视角了,这是因为它内部的液晶分子始终为水平排列,所以不管你从任何角度看到的液晶分子排列状态几乎都是一样的,同理也就是,你从任何角度看到屏幕的显示效果都是一样的。



另外 IPS 在色彩还原方面也表现出众,颜色还原准确且真实。因为液晶分子只在水平方向上旋转,稍微一动就是一个灰阶,这方面的表现大家就可想而知了。还有就是硬屏的结构可使 IPS 做到更轻薄,这也非常符合目前显示行业发展的需求,所以现如今推出的新款手机大都搭配 IPS 屏幕。


好了,视角问题好不容易解决了。但新的问题又出现了,随着人们对屏幕分辨率、响应速度和显示色彩等要求越来越高,非晶硅的工艺就开始有些捉襟见肘了。于是科学家们就把视线转移到了多晶硅上,多晶硅的电子迁移率相比非晶硅足足提高两个数量级,很容易实现大型化和彩色化,在显示领域有着得天独厚的优势。


但多晶硅的开发之路却颇为坎坷,起步虽然和非晶硅差不多,但它的难点在于需要经过一个高温热处理的过程,温度大约在1000℃左右,普通的玻璃基板根本承受不了这样的温度,石英玻璃倒是可以,但售价也是不菲。所以LTPS(低温多晶硅)的工艺开发就成了决定成败的关键。经过反复地研究和论证,最终将温度控制在600℃以下。并且随着玻璃面板技术的不断增强,终于在1996年日本三洋率先推出2.5寸的低温多晶硅液晶面板,为LTPS-LCD 的开始画上了浓墨重彩的一笔。随后的几年里,东芝、LG-Philips、夏普和NEC都相继推出了低温多晶硅的液晶面板,东芝甚至把尺寸做到了15寸,精工爱普生更是研发出了柔性可弯折的液晶面板。可见科技这一类,只要契机一现,之后的发展简直可以说瞬息万变。



经过二十几年的发展,到现在LTPS技术几乎是到了炉火纯青的地步。手机屏幕也越做越大, PPI 也都在 400 以上,液晶电视也在朝着高清大屏方向发展,这给我们的视觉感受带来了很大的提升。并且随着科技的发展,通过资源的合理利用和整合,液晶显示器也越来越平民化,成本控制做得非常到位。就拿液晶材料的使用量来说,12寸的显示屏中大概只需要230mg,仅相当于5滴眼药水的量。现在的液晶屏幕显示越来越细腻,色彩也越来越丰富,非要说美中不足的点,那也只能是它的厚度和通透性了。毕竟多加一个背光模组,厚度方面的确是有很大增幅的;透两层玻璃还是三层玻璃,通透性上肯定也是有很大影响的,这也是近些年 AMOLED 能够备受青睐的最大原因所在。


好了,这一路走来,如果CRT算是第一代显示终端,那只有LCD能荣膺第二代。PDP充其量只是个夭折的孩子,虽然出身华贵,但无奈先天不足,后天乏力。AMOLED是目前唯一能与 LCD 较劲儿的产品,但冒然将其称为第三代还为时尚早。虽然它发展势头很猛,但仍然只是刚刚迈入爆发期,三星一家独大的局面也非常不利于整体成本的控制,百花齐放才是行业真正大成的标志,更何况,还有 Micro LED 的异军突起。


预告:其实显示行业很多的技术根源都是来自于日本,包括目前最火的 OLED 技术都是日本人玩剩下的,韩国人却搞得风生水起。三星和 LG 就靠着这样的韧性和毅力日渐强盛,而 Sony、松下、夏普和日立等却坐吃山空,连年亏损。一个是与时俱进的新生弄潮儿,一个是底蕴深厚的老牌巨擘。聊起来一边是励志向上的青春剧,一边却是唉声叹气的血泪史。


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