液晶显示屏的科技发展历程

 随着各大手机厂商走差异化竞争路线,全面发力全面屏或曲面屏手机,手机发展进入OLED时代。对于普通消费者来说,虽然OLED烧屏、对眼睛不友好,然而,外观体验却也不错。OLED大屏配置已是大势所趋,毕竟对于厂商来说,OLED更轻薄、更省空间、屏下指纹技术更加成熟、能挖孔实现真全面屏、更能为整体设计让步。因此,OLED手机市场份额越来越大,且逐渐走向低成本化。
    “LCD永不为奴”是不少想要小尺寸LCD 手机的朋友常常挂在嘴边的一句话,而这句略带调侃的话其实也反应了在OLED风靡手机行业的当下,LCD屏幕的地位越发尴尬。随着OLED+屏下指纹技术的组合成为中高端机型标配,而LCD对于屏下指纹识别的不适配也导致其失去了这部分市场。
 
    屏下指纹的工作原理,是记录指纹特征反馈给屏幕下方的传感器,以判断是否与用户初始指纹重合。但是因为指纹传感器在屏幕下方,需要有通路传输光学或超声波信号, LCD屏幕因为背光模组的阻挡,无法享受这种可见的解锁方式。
 
    2019年以来,逐渐有部分团队表示在LCD屏幕上实现屏幕指纹并具备可量产性。以小米为例,创新采用红外高透膜材,将原来无法穿透屏幕的红外光通过性大幅提高。屏幕下方红外发射器发出红外光,指纹反射后穿透屏幕照到指纹传感器完成指纹校验,解决了LCD屏下指纹难题。为实现较好的透光率与识别效果,厂商需要对LCD屏幕的各光学膜层和玻璃等进行优化,甚至更改屏幕膜层结构,以提高红外线穿透率。同时,对位于屏下特定位置的Sensor做出专门的修改。因此,采用屏下指纹的LCD屏幕定制化程度高,量产过程需要终端品牌厂、方案厂、模组厂、膜材厂和面板厂之间紧密合作。
 
    短期内,LCD的屏下指纹技术对于适合推向市场的机型来说,成本仍然较高,然而,既然有了突破,就意味着未来可期。
 
    在大尺寸应用场合,LCD有着成熟的工艺,无论是制造成本还是品控方面都有着绝对的优势。
 
    1970年,Fergason制造了第一台具有实用性的LCD。早期的液晶屏表现不稳定,也不合适大批量的生产。直到一位英国科学家发现稳定的液晶材料“联苯”之后,才使LCD 技术产生质的飞跃。LCD从而广泛出现在计算机、游戏装置和手表上。 
 
 
    LCD设备制造需要利用四个条件:
 
    1. 光具有偏振性。
 
    2. 液晶可以传输和改变偏振光。
 
    3. 液晶的结构可以依电流而改变。
 
    4. 存在可以导电的透明物质。
 
    从LCD制造初始到如今,这四个条件都毫无动摇地必不可少。
 
    随着LCD显示技术的进一步发展,LCD显示器主流往主动距阵和大显示尺寸方向发展。LCD有两种:DSTN (双层超扭曲向列) 和TFT (薄膜晶体管),也就是被动显示和主动显示。早期的笔记本计算机采用8英寸的被动黑白显示屏。给液晶分子加上电荷,它们的扭曲就会被消除。伸直后的液晶分子改变了光穿过它们的角度,从而使光的方向和顶部偏振滤光片的方向不再匹配。因此,LCD上的这一特定区域便没有光能够通过,从而比周围的区域暗。
 
 
    今天的LCD几乎都采用 TFT面板,TFT可以在大尺寸下提高亮度并保持锐利的显示效果。
 
    TFT-LCD 全称为薄膜晶体管液晶显示器。是指液晶显示器上的每一个液晶像素点都是由集成在后的薄膜晶体管来驱动,并独立控制,不仅提高了反应速度,还可精确控制色阶。
 
    TFT-LCD经过不断的改良在1991年时成功的商业化为笔记型计算机用面板﹐从此进入TFT-LCD时代。
 
    TFT-LCD面板的基本结构为两片玻璃基板中间夹住一层液晶。前端LCD面板贴上彩色滤光片﹐后端TFT面板上制作薄膜晶体管(TFT) 。当电流通过晶体管所产生的电场变化,将造成液晶分子偏转,并改变光线,再利用电压来决定像素明暗,且每个像素各包含红绿蓝三原色,来构成影像输出。背光模组位于TFT-Array面板之后负责提供光源。彩色滤光片给予每一个画素特定的颜色。结合每一个不同颜色的画素所呈现出的就是面板前端的影像。
 
    液晶站立的角度越垂直,越多的光不会被液晶导引,不同角度的液晶站立角度会导引不同数量的光线,以上面的例子来看,液晶站立角度越大,则可以穿透的光线越弱,不受导引的光线会被上偏光片所吸收掉。自然界的光,其极性是任意方向的,使用偏光片的功能就是过滤掉大部分的不同方向震荡的光,只让某一特定方向的光通过。液晶本身不发光,在外光源的调制下,才能显示,在整个显示过程中,液晶起到一个电压控制的光阀作用。TFT-LCD的工作原理则可简述为:当栅极正向电压大于施加电压时,漏源电极导通,当栅极正向电压等于0或负电压时,漏源电极断开。漏电极与ITO象素电极连结,源电极与源线(列电极)连结,栅极与栅线(行电极)连结。如图四所示,TFT面板就是由数百万个TFT device以及ITO(透明导电金属)区域排列如一个matrix所构成,而所谓的Array就是指数百万个排列整齐的TFT device之区域,此数百万个排列整齐的区域就是面板显示区。
 
 
    不论TFT板的设计如何的变化,制程如何的简化,如图四所示,其结构一定需具备TFT device和控制液晶区域(光源若是穿透式的LCD,则此控制液晶的区域是使用ITO,但对于反射式的LCD是使用高反射式率的金属,如Al等)。
 
    如今LCD 的发展应用已经遍地开花,以厦门天马为例,产品涉及立体显示、双视角显示、平视显示器HUD、宽视角SFT显示等,而技术上扩展了SPR 技术、负性液晶SFT技术、高NTSC技术等,同时也兼顾了LCD模组或者On-Cell触控这样的定制化产品。产品覆盖了消费品市场(智能手机、平板电脑、超极本、消费数码等)、专业显示市场(车载、医疗、POS机、ATM、人机交互、自助服务、金融POS、户外手持终端、航空娱乐、航海、互联网电话(VoIP)、白色家电、多功能打印机、电子货架标签、轨道交通等)、新兴市场(智能家居、智能穿戴、VR/AR、无人机等)。
 
 
    成品的LCD内部结构如图六所示,主要的驱动TFT工作的部分有以下几个:
 
    1、source driver  源驱动, 负责供电。
 
    2、gate driver 栅驱动, 负责打开关闭。
 
    3、时序控制电路,负责控制gate driver
 
    4、灰度、gamma控制电路
 
    而背光部分有透射式背光和反射式背光,如图七所示,为反射式背光结构。
 
    手机上用的TFT -LCD 大部分是用 LED来作为光源的,背光的控制有三种方式:
 
    1、PWM 方式, 根据输出方波的占空比来控制电流大小;
 
    2、一线脉冲方式, 根据输入方波的逻辑连控制输出电流大小;
 
    3、dcs方式,有LCD反馈给背光控制芯片来控制输出电流大小;
 
 
    LCD技术成熟且价格低廉,虽然暂时在手机或可穿戴市场失去优势,然而OLCD技术的最新发展,使得LCD在广阔的显示市场让人期待。与玻璃基底的LCD不同,OLCD使用有机材料作为基底,而不是非晶硅晶体管。生产这些有机晶体管所需的温度要低得多,因此可以使用薄至40微米的柔性生物基底,可以获得贴合、可塑的轻薄OLCD,不仅无损其光学显示性能,并且具有与玻璃LCD一样的规模化扩展性。
 
 
 
    OLED显示屏的寿命与亮度密切相关,亮度增加一倍,显示屏的寿命就会缩短四分之一,并加剧烧屏等问题。OLCD技术采用独立的背光系统,具有较高的发光度却不会影响显示屏寿命,而且OLCD不像OLED那样容易烧屏。
 
 
 
    不含玻璃的OLCD很容易加工为凸屏或凹屏,其向下弯曲的半径可达10 mm,而不会影响显示屏幕的韧性。可实现更具美感的产品外观,其柔软性还可以将边沿折叠到显示屏后面,以实现超窄边框。OLCD技术还能够制造出具有真正像素级调光功能的超高对比度双单元显示,从而以极低的成本提供类似OLED的性能。这项新技术代表了LCD显示行业的一大进步。
 
    OLCD非常适合需要较大尺寸和/或较长使用寿命的应用,比如智能家电和消费电子产品、汽车、笔记本电脑和平板电脑,甚至电视和数字广告牌。
 
因此,OLCD和柔性OLED是相互补充的技术,两者相辅相成,可以为显示市场的所有主要细分市场带来灵活性。
 
 
 
    OLCD的发展还需要跨越几座大山,期待OLCD的发展同时,LCD大有可为。厦门天马有多年的行业技术储备,公司自主掌握包括LTPS-TFT、AMOLED 、柔性显示、Oxide-TFT、3D显示、透明显示以及IN-CELL/ON-CELL一体式触控等领先技术。聚焦以智能手机、平板电脑、高阶笔电为代表的消费品显示市场和以车载、医疗、POS、HMI等为代表的专业显示市场,并积极布局智能家居、智能穿戴、AR/VR、无人机等新兴市场,为客户提供最佳的产品体验。
 

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