以下我们就简单介绍各种显示技术以及生产流程:
1、CSTN(color super-twist nematic)
这是一个非常老的技术,最初是在上个世纪由Sharp所开发的无光源显示技术,早期也被应用于PC市场中,担任主要的显示角色。与TFT主要的技术差异在于偏光板的技术上,而由于此类制程难度较低,成本也可有效压缩。
在制程方面,CSTN主要结构,上部是由一块偏光、玻璃以及液晶所组成的LCD屏幕,而下部则是白光LED以及背光板,此外在电路结构的设计上,外来电源Vcc经过LDO来进行降压稳压的动作,并且向LCD的驱动IC进行供电。
由于CSTN之类的面板都是属于反射式组件,功耗小,采用这类面板的机器也可达到更长的待机时间以及使用时间,不过CSTN面板在色彩鲜艳度以及明亮度明显偏弱,不仅在日光环境下难以阅读,响应时间长也是个致命缺点,因此无法使用于较高阶的影音播放装置中。
CSTN还有个特点,就是像素容易相互干扰,而导致crosstalk的现象,要改善这种情形,通常都是藉由减少电容或ITO电阻的方式进行,这是由于ITO所引起的噪声干扰容易导致crosstalk的现象,而除了前述的方法之外,还有藉由减少扫描行的数量,也可以有效降低被干扰的像素。
2、TFT家族
以一般标准TFT技术来说,虽然原理与CSTN面板不大相同,但是基本结构却是相当类似。比如说,TFT结构仍是由玻璃基板、ITO电极、配向膜以及偏光板等等组件组成,每个像素都会有一个晶体管来控制电场的变化,并且可以自由改变电压振幅,因此在对比方面的表现较佳。且由于TFT是主动式矩阵LCD,液晶的排列方向具有记忆性,制式由于FET晶体管具有电容效应,能够保持电位状态,在施加电压变更液晶状态之后,即使移除电压,液晶分子仍会继续维持原有的状态,直到下次施加电压才会再进行改变。
而基于不同的液晶分子排列与偏转方式,也有许多种不同的TFT液晶技术,以及基于各类技术的面板种类,在这方面常见的有IPS(In-Plane Switching)、VA家族(PVA、MVA以及ASV等)以及TN技术面板,其主要差异就在于液晶分子的偏转方式。
传统TN面板的液晶分子都只是在垂直与平行之间进行切换,而偏光板是处于互相垂直的状态,电场不作用时,液晶排列方式正好可以将偏光方向转90度,藉此让光线透过。目前TN面板仍为市场大宗,虽然有色阶过渡表现较差,以及可视角偏窄的问题,不过TN面板仍在发展进步中,并且逐渐解决这些传统意义上的问题。韩国三星就发表了新一代的B-TNⅢ面板技术,除了可呈现16.7M色深以外,可达到160度以上的可视角以及高达1000:1的对比度,更让TN面板的显示质量逐渐可以跟VA、IPS家族平起平坐。目前应用于小型行动装置的显示装置大多是采用TN面板技术,由于在TFT家族中算是成本较低的一种,所以得到相当广泛的应用。
而IPS面板的液晶分子是始终于屏幕平行的,只有在施加电压时才会改变状态,而且其旋转方向是属于X-Y轴方式,为了配合结构上的需求,IPS面板必须对电极进行改良,基本上,电极组件都在同一侧,行成了平面电场。这样的设计可使得可视角大幅增加,不过由于液晶分子转动的角度较大,光线透过率较低,所以IPS面板也有着反应速度较慢的特性。一般来说,IPS面板的反应速度大约落在40ms左右,如果没有加上overdrive技术,那么对于一般IPS面板影音应用来说,将是难以被接受的。IPS面板主要着眼于LCD TV家电市场,由于其生产成本高,在PC显示器以及小型化装置上能见度较低。后续的技术演进,除了有LG-Philips公司的S-IPS技术以外,日立公司与台湾晶彩则是采用最新的AS-IPS技术,属于IPS技术的第三代技术。
而VA系列面板则是属于Z轴方式切换,先介绍VA家族的始祖MVA技术,最早的MVA技术是由日本富士通所开发,全名为Multi-domainVerticalAlignment,基本上可称作是一种多象限垂直配向技术。MVA技术主要是利用突出物,使液晶静止时不是维持在传统的直立式,而是会稍微偏向某个角度,因此当施加电压时,液晶偏转的速度也会变快,且因为液晶分子配向的关系,可视角可以达到约170度以上的程度。由于最初MVA技术的诉求点就是高反应速率,原始未经overdrive的MVA面板即可达到约25ms的速度,而新一代可透过overdrive技术增压的P-MVA面板,则可达到6ms以下的反应速度。同样的,此技术针对TV及PC显示器市场,在小型行动装置上使用较少。
至于韩系三星的PVA技术,基本上是从MVA技术直接引用并改良过来的,PVA藉由改变液晶的单元结构,在显示效能提升之际,也提供了比MVA技术更好的对比与亮度输出,新的S-PVA技术同样也可搭配overdrive技术,提供了相当高的GTG反应速度,对比也能够超越700∶1,目前也有对比1200∶1的S-PVA面板出现。虽然PVA技术是三星的独家技术,只有三星独自生产,不过藉由三星惊人的产能,这款面板在市场上的能见度也相当高。
ASV技术严格来说并不是针对特定技术面板的称呼,Sharp把该公司所使用过的TN、VA以及CPA等广视角产品都通称为ASV技术,ASV为Advance Super View或Axial Symmetric View的缩写,主要是通过缩小液晶面板上像素之间的点距,增大液晶颗粒上光圈,并调整液晶分子的排列来降低LCD TV的反射现象,进而增加亮度、可视角以及对比度。基本上,只有CPA技术是属于Sharp专有的广视角技术,CPA技术全名为Continuous Pinwheel Alignment,以技术架构来说,也是同样属于VA技术的一个分支,CPA模式的每个像素都具有多个方形圆角的次像素电极,当电压加到液晶层次像素电极和另一面的电极上时,形成一个对角的电场,并驱使液晶向中心电极方向倾斜。各液晶分子朝着中心电极呈放射的火焰状排列。Sharp公司在其手机产品上,应用了非常多的ASV技术面板,该面板的特性即是点距非常小,因此画质非常细腻,SONY公司的PSP游乐器采用的也是ASV面板。
3、OLED技术
OLED组件事由位于金属电极之间的一个或多个有机夹层所构成,其中的一个夹层必须是透明的。有机夹层是个高度无方向性的非晶薄膜。由于可应用现有的基板架构,主动矩阵OLED显示器可以使用非晶硅(a-Si)或低温多晶硅(LTPS)的TFT基板。
制造有机EL显示面板所采用的ITO(Indium-tin-oxide)透明导电玻璃基板,通常厚度为0.7mm或1.1mm的钠碱玻璃 (soda lime),在约150mm的ITO导电薄膜及钠碱玻璃基板之间镀上约数十微米的SiO2薄膜,以阻绝钠碱玻璃内金属离子游移的干扰。在进入面板制造流程前,ITO基板必须经过清洗,避免有机物的残留,影响到ITO电极的正电荷注入效率。
OLED技术大略分为两支,一种是高分子聚合物OLED,或称为PLED,这种OLED技术主要是利用组件可使用旋转涂布,利用光照蚀刻以及喷墨沉淀技术来制造,若相关技术成熟,那么PLED将可被应用于任意尺寸的显示器组件中。
另一种则是低分子聚合物OLED,也称为SMOLED,这类的制造技术则是采用真空蒸镀技术。小的有机分子被安装于ITO玻璃衬底的某些层内,与PLED制造技术相较起来,SMOLED制程成本低,最高也可显示26万色,并且有较长的寿命,目前普遍应用于手机以及手持多媒体播放装置的OLED,大多就是属于此类技术。
由于OLED无须背光,因此在耗电控制上显得非常突出,不过这种自体发光特性也带来另一种困扰,那就是无法控制反射光,因此在面对日光等强光的直接照射之下,影像将会变得模糊不清。
目前现有的有机材料寿命皆已经达到15,000小时以上的使用时数,算是已经可被接受的范围,因此OLED已经被广泛应用于实际产品中。如果在制程中,能够透过完全防止水分的侵蚀及污染,那么还有可能进一步往上提升。不过以目前的有机EL制程中,还难以做到完全隔绝的地步,因此目前的作法,则是搭配贴有吸水剂之外部金属或玻璃封盖,以降低水气侵入的速度,来达到延长组件寿命的效果。(考试大一级建造师编辑整理)