TFT-LCD面板类型

液晶板类型

LCM生产部：范静2011/07/01

一个液晶显示器的好坏首先要看它的面板，因为面板的好坏直接影响到画面的观看效果，并且液晶电视面板占到了整机成本了一半以上，是影响液晶电视的造价的主要因素，所以要选一款好的液晶显示器，首先要选好它的面板。液晶面板可以在很大程度上决定液晶显示器的亮度、对比度、色彩、可视角度等非常重要的参数。液晶面板发展的速度很快，从前些年的三代，迅速发展到四代、五代，然后跳过六代达到七代，而更新的第八代面板也在谋划之中。目前生产液晶面板的厂商主要为三星、LG-Philips、友达等，由于各家技术水平的差异，生产的液晶面板也大致分为机种不同的类型。常见的有TN面板、MVA和PVA等VA类面板、IPS面板以及CPA面板。

1、TN面板

TN全称为Twisted Nem ati c(扭曲向列型)面板，低廉的生产成本使TN成为了应用最广泛的入门级液晶面板，在目前市面上主流的中低端液晶显示器中被广泛使用。目前我们看到的TN面板多是改良型的TN+film，film即补偿膜，用于弥补TN面板可视角度的不足，目前改良的TN面板的可视角度都达到160°，当然这是厂商在对比度为10∶1的情况下测得的极限值，实际上在对比度下降到100:1时图像已经出现失真甚至偏色。

作为6Bit的面板，TN面板只能显示红/绿/蓝各64色，最大实际色彩仅有262.144种，通过“抖动”技术可以使其获得超过1600万种色彩的表现能力，只能够显示0到252灰阶的三原色，所以最后得到的色彩显示数信息是16.2M色，而不是我们通常所说的真彩色16.7M色；加上TN面板提高对比度的难度较大，直接暴露出来的问题就是色彩单薄，还原能力差，过渡不自然。

TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少，液晶分子偏转速度快，响应时间容易提高，目前市场上8ms以下液晶产品基本采用的是TN面板。另外三星还开发出一种B-TN(Best-TN)面板，它其实是TN面板的一种改良型，主要为了平衡TN面板高速响应必须牺牲画质的矛盾。同时对比度可达700∶1，已经可以和MVA或者早期PVA的面板相接近了。台湾很多面板厂商生产TN面板，TN面板属于软屏，用手轻轻划会出现类似的水纹，另外仔细看屏幕大致是这样的：

2、VA类面板

VA类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型，属于广视角面板。和TN面板相比，8bit的面板可以提供16.7M色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本，但是价格也相对TN面板要昂贵一些。VA类面板又可分为由富士通主导的MVA面板和由三星开发的PVA面板，其中后者是前者的继承和改良。VA类面板的正面（正视）对比度最高，但是屏幕的均匀度不够好，往往会发生颜色漂移。锐利的文本是它的杀手锏，黑白对比度相当高。

富士通的MVA技术(Multi-domain Vertical Alignment，多象限垂直配向技术)可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。该类面板可以提供更大的可视角度，通常可达到170°。通过技术授权，我国台湾省的奇美电子(奇晶光电)、友达光电等面板企业均采用了这项面板技术。改良后的P-MVA类面板可视角度可达接近水平的178°，并且灰阶响应时间可以达到8ms以下

三星Samsung电子的PVA（Patterned Vertical Alignment）技术同样属于VA技术的范畴，它是MVA 技术的继承者和发展者。其综合素质已经全面超过后者，而改良型的S-PVA已经可以和P-MVA并驾齐驱，获得极宽的可视角度和越来越快的响应时间。PVA采用透明的ITO电极代替MVA中的液晶

层凸起物，透明电极可以获得更好的开口率，最大限度减少背光源的浪费。这种模式大大降低了液晶面板出现“亮点”的可能性，在液晶电视时代的地位就相当于显象管电视时代的“珑管”。三星主推的PVA模式广视角技术，由于其强大的产能和稳定的质量控制体系，被日美厂商广泛采用。目前PVA 技术广泛应用于中高端液晶显示器或者液晶电视中。VA类面板也属于软屏，用手轻轻划会出现类似的水纹，仔细看屏幕大致是这样的：

3、IPS面板

IPS（In-Plane Switching，平面转换）技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术，俗称“Super TFT”。IPS阵营以日立为首，聚拢了LG-飞利浦、瀚宇彩晶、IDTech(奇美电子与日本IBM的合资公司)等一批厂商，不过在市场能看到得型号不是很多。IPS面板最大的特点就是它的两极都在同一个面上，而不象其它液晶模式的电极是在上下两面，立体排列。由于电极在同一平面上，不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行，会使开口率降低，减少透光率，所以IPS应用在LCD TV上会需要更多的背光灯。此外还有一种S-IPS面板属于IPS的改良型

IPS面板的优势是可视角度高、响应速度快，色彩还原准确，价格便宜。不过缺点是漏光问题比较严重，黑色纯度不够，要比PVA稍差，因此需要依靠光学膜的补偿来实现更好的黑色。目前IPS面板主要由LG-飞利浦生产。和其他类型的面板相比，IPS面板的屏幕较为“硬”，用手轻轻划一下不容易出现水纹样变形，因此又有硬屏之称。仔细看屏幕时，如果看到是方向朝左的鱼鳞状象素，加上硬屏的话，那么就可以确定是IPS面板了。

4、CPA面板（ASV面板）

CPA（Continuous Pinwheel Alignment,连续焰火状排列）模式广视角技术（软屏），CPA模式广视角技术严格来说也属于VA阵营的一员，各液晶分子朝着中心电极呈放射的焰火状排列。由于像素电

极上的电场是连续变化的，所以这种广视角模式被称为“连续焰火状排列”模式。而CPA则由“液晶之父”夏普主推，这里需要注意的是夏普一向所宣传的ASV其实并不是指某一种特定的广视角技术，它把所采用过TN+Film、VA、CPA广视角技术的产品统称为ASV。其实只有CPA模式才是夏普自己创导的广视角技术，该模式的产品与MVA和PVA基本相当。也就是说，夏普品牌的LCD电视未必就是采用夏普自己生产的CPA模式液晶面板，它有可能采用台湾厂家的VA模式面板或者其他厂家的液晶面板。夏普的CPA面板色彩还原真实、可视角度优秀、图像细腻，价格比较贵，并且夏普很少向其他厂商出售CPA面板。CPA面板也属于软屏，用手轻轻划会出现类似的水纹，仔细看屏幕大致是这样的：

此外还有一些其他厂商也有自己的液晶面板技术，比如NEC的ExtraView技术、松下的OCB技术、现代的FFS技术等，这些技术都是对旧的TFT面板的改进，提供了可视角度和响应时间，通常只用在自有品牌的液晶显示器或者液晶电视上使用。其实以上这些面板都属于TFT类面板，只不过现在各种面板有自己的技术和名称，所以TFT这个名字反而不常使用了

黑白响应时间

所谓黑白响应时间是液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间（其原理是在液晶分子内施加电压，使液晶分子扭转与回复）。常说的25ms、16ms就是指的这个响应时间，响应时间越短则使用者在看动态画面时越不会有尾影拖曳的感觉。一般将黑白响应时间分为两个部分：上升时间（Rise time）和下降时间（Fall time），而表示时以两者之和为准。

CRT显示器中，只要电子束击打荧光粉立刻就能发光，而辉光残留时间极短，因此传统CRT显示器响应时间仅为1～3ms。所以，响应时间在CRT显示器中一般不会被人们提及。而由于液晶显示器是利用液晶分子扭转控制光的通断，而液晶分子的扭转需要一个过程，所以LCD显示器的响应时间要明显长于CRT。

从早期的25ms到大家熟知的16ms再到最近出现的12ms甚至8ms，响应时间被不断缩短，液晶显示器不适合娱乐的陈旧观念正在受到巨大挑战。可以先做一个简单的换算：30毫秒=1/0.030=每秒钟显示33帧画面；25毫秒=1/0.025=每秒钟显示40帧画面；16毫秒=1/0.016=每秒钟显示63帧画面；12毫秒=1/0.012=每秒钟显示83帧画面。可以看出12ms的诞生意味着液晶制造的一个巨大进步。

但要注意的是，液晶显示器都有一个扫描频率的限制，特别是对于场频（又称刷新率），很多都限制在75Hz以下，而就一般概念而言，75Hz意味着一秒刷新75帧画面，这样看上去就达不到12ms 对应的每秒83帧画面了。

实际上，我们上面所说的12ms响应时间是针对全黑和全白画面之间切换所需要的时间，这种全白全黑画面的切换所需的驱动电压是比较高的，所以切换速度比较快，可以达到12ms；而实际应用中大多数都是灰阶画面的切换（其实质是液晶不完全扭转，不完全透光），所需的驱动电压比较低，故切换速度相对较慢。因此从2005年开始，很多厂商已经开始强调灰阶响应时间的重要性，不过灰阶

响应时间可以通过特殊方法提高，因此与黑白响应时间之间并没有明确的对应关系，相当于一个全新的描述响应时间的参数。

据数据表明：响应时间30毫秒=1/0.030=每秒钟显示器能够显示33帧画面，这是已经能满足DV D 播放的需要；响应时间25毫秒=1/0.025=每秒钟显示器能够显示40帧画面，完全满足DVD播放以及大部分游戏的需要；而玩那种激烈的动作游戏（如QUAKEIII、UT2003、DOMMIII）、极速追逐赛等游戏要达到毫无拖影的话，所需要的画面显示速度都要在每秒60帧以上，即需要的响应时间=1/每秒钟显示器能够显示60帧画面=16.6毫秒。

灰阶响应时间

说到灰阶响应时间，首先来看一下什么是灰阶。我们看到液晶屏幕上的每一个点，即一个像素，它都是由红、绿、蓝（RGB）三个子像素组成的，要实现画面色彩的变化，就必须对RGB三个子像素分别做出不同的明暗度的控制，以“调配”出不同的色彩。这中间明暗度的层次越多，所能够呈现的画面效果也就越细腻。以8bit的面板为例，它能表现出256个亮度层次（2的8次方），我们就称之为256灰阶。

由于液晶分子的转动，LCD屏幕上每个点由前一种色彩过渡到后一种色彩的变化，这会有一个时间的过程，也就是我们通常所说的响应时间。因为每一个像素点不同灰阶之间的转换过程，是长短不一、错综复杂的，很难用一个客观的尺度来进行表示。因此，传统的关于液晶响应时间的定义，试图以液晶分子由全黑到全白之间的转换速度作为液晶面板的响应时间。由于液晶分子“由黑到白”与“由白到黑”的转换速度并不是完全一致的，为了能够尽量有意义的标示出液晶面板的反应速度，传统的响应时间的定义，基本以“黑—白—黑”全程响应时间作为标准。

但是当我们玩游戏或看电影时，屏幕内容不可能只是做最黑与最白之间的切换，而是五颜六色的多彩画面，或深浅不同的层次变化，这些都是在做灰阶间的转换。事实上，液晶分子转换速度及扭转角度由施加电压的大小来决定。从全黑到全白液晶分子面临最大的扭转角度，需施以较大的电压，此时液晶分子扭转速度较快。但涉及到不同不同明暗的灰度切换，实现起来就困难了，并且日常在显示器上看到的所有图像，都是灰阶变化的结果，因此黑白响应的测量方式已经不能正确的表达出实际的意义，为此，灰阶响应时间的概念就顺应而出了。

需要说明的是，虽然灰阶响应更难控制，需要的时间更长，但实际情况却有可能完全相反。因为厂商可以通过特殊的技术，使灰阶响应时间大大提高，反过来比传统的黑白响应时间短很多。比如使用响应时间加速芯片，可以使25ms黑白响应时间的产品拥有8ms的灰阶响应时间。灰阶响应时间与原来的黑白响应时间含义和性质差别很大，两者之间没有明确的对应关系，但又都是对液晶响应时间的描述。

从2005年开始灰阶响应逐渐为众多厂商所使用，总的来说，这些产品通常使用了更好的响应时间控制方式，比如各个象素的响应时间更加稳定、统一。灰阶响应时间短的产品脱影现象也更少一些，画面质量也更好，尤其在播放运动图像的时候，因此游戏玩家或者爱看影碟的用户可以更多考虑液晶显示器的这个参数。

水平扫描频率

也称为水平刷新率，它是指显示器每秒钟的扫描线数，单位为KHz。行频=行数*场频，例如在800*600的分辨率下，当刷新率为85Hz时（通常表述为800*600@85Hz），行频=600*85Hz=51Khz。

垂直扫描频率

也称刷新率，是显示器每秒刷新屏幕的次数，单位为Hz。场频越低，图像的闪烁、抖动越厉害，但LCD显示器画面扫描频率的意义有别于CRT，指显示器单位时间内接收信号并对画面进行更新的次数。由于LCD显示器像素的亮灭状态只有在画面内容改变时才有变化，因此即使扫描频率很低，也能保证稳定的显示，一般有60Hz就足够了，但在部分行业应用如医疗、监控中，要求液晶的刷新率能够达到70Hz甚至85Hz，主要是要求能够以较快的频率读取数据进行显示。

带宽

带宽代表显示器显示能力的一个综合指标，指每秒钟所扫描的图素个数，即单位时间内所有扫描线上显示的频点数总和，以MHz为单位。带宽越大表明显示控制能力越强，显示效果越佳。

带宽的详细计算公式如下:理论上带宽B=r(x)×r(y)×V

r(x)表示每条水平扫描线上的图素个数

r(y)表示每桢画面的水平扫描线数

V表示每秒画面刷新率（即场频）

B表示带宽

液晶FFS技术

FFS技术原理

FFS技术为现在韩国HYDIS(2006年从BOE剥离,2007年被PVI-台湾元太收购)掌握的一种TFT-LCD技术,全称为"边缘场开关技术"（Fringe Field Switching，

简称FFS）是液晶界为解决大尺寸、高清晰度桌面显示器和液晶电视应用而开发的广视角技术，也就是现在俗称的硬屏技术的一种。FFS技术通过同一平面内像素间电极产生边缘电场，使电极间以及电极正上方的取向液晶分子都能在（平行于基板）平面方向发生旋转转换，从而提高液晶层的透光效率。FFS技术克服了常规IPS （In-Plane-Switching，平面方向转换）技术透光效率低的问题，在宽视角的前提下，

实现高的透光效率。至目前为止,HYDIS已在FFS原有的基础上开发出AFFS,AFFS+,HFFS,BFFS等多项技术,主要实现不同应用中的高品质显示.

应用实例:

ThinkPad X200系列以及X201系列,均有使用到HYDIS的12.1WXGA AFFS/AFFS+的面板

HP2740P和即将上市的2760P中,也有用到HYDIS的12.1WXGA AFFS/AFFS+的面板

Samsung Galaxy Tab P1000手机，用到的是HYDIS7‘’的HFFS的面板。

FFS技术的特点:

*在各方向观察均不发生色偏

*高色彩还原性

*受挤压情况下不发生水波纹现象(硬屏技术)

*超宽视角（水平/垂直：170度/170度）

*响应速度快

*高对比度'

*低功耗

FFS宽视角技术已经发展到第三代，

※第一代FFS技术主要解决宽视角、高开口率、低功耗高亮度等问题。

负性液晶(-Δε):

优点:光效率高((因为负性液晶在边缘电场下都是在水平平面上排列);

缺点:响应速度慢(因为负性液晶旋转粘性高),存在色偏(由于单畴结构),驱动电压高,残余直流电压

高,残像严重,价格贵

正性液晶(+Δε):

优点:响应速度快,驱动电压低,饱和电压低,残余直流电压低,价格便宜;

缺点:光效率低(因为正性液晶在边缘电场作用下有可能倾斜排列)

※第二代FFS技术(Ultra FFS)将像素改为楔形电极，采用双畴结构，重点改善

了色偏。

※第三代FFS技术(Advanced FFS)通过(电动力学优化)对液晶材料的改良和优化，在正型液晶上获得负型液晶90%左右的光效率，从而解决了因为负型液晶黏度大

导致响应时间慢的问题；同时AFFS对楔形电极进行修改，使之具备自动抑制光泄漏的能力，这样可以大幅缩小彩色滤光片固有的黑矩阵与像素电极间的重叠幅度，进一步提高了透光率。

1.高透光率

·AFFS亮度高于IPS,可达TN-LCD的90%

–透光率可提高到TN的90%:

FFS LC分子受边缘电场作用,在电极中间发生扭转变形,透光面积大于IPS

改变各种参数(电极宽度/间隔,盒厚,液晶特性,摩擦角,slit angel等)

–开口率可增大到70%:

优化像素电极楔型形状,消除数据线/像素电极间的漏光,缩短数据线侧BM宽度至

20/18/16μm

2.广视角

·视角定义:C/R为10以上没有灰度反转的领域

·视角表达方式:上/下/左/右=80°/80°/80°/80°

·TN窄视角原因:

·液晶的光学性能各向异性

·随视角变化,Δn差异程度不同,光透过率差异程度不同

·偏振片漏光

FFS广视角原因

FFS系列产品的LC分子主要在水平平面旋转,从各个方向上看来,光程差变化不大,透光率差异小.尤其是UFFS系列产品,两畴结构使视角达到80度以上.T= Tosin2(2Φ)sin2(πdΔn/λ)

3.广视角高对比度

CR=100:1上下左右视角超过70o

CR>10:1所有方向可达到视角80o以上(AUFFS)

扩大视角的方法·贴光补偿膜(TN+WV film);多畴结构(MVA,ASV)

4.响应速度快和低功耗

响应时间T是指上升时间Tr(10%透光率的画面转换成90%透光率所需时间)加下降时间Tf(90%透光率的画面转换成10%透光率所需时间).

·提高响应速度的方法:

–外加电压提高(ODC),电场强度增加,上升时间降低

–盒厚减小,上下取向膜的锚定力效果明显,下降时间降低

–液晶低粘性,阻碍相邻液晶运动的作用力减小,响应时间降低

–AFFS正性液晶粘度γ低,介电常数各向异性Δε大,盒厚d=4μm,

–响应速度可达到25ms,甚至16ms.

Tr∝γd2/[Δε(V2-Vth2]

Tf∝γd2/(ΔεVth2)

·AFFS产品的驱动电压Vth低,饱和电压Vop低,功耗低IPS/FFS公式: Vth=πl/d*(k22/ε0*Δε)1/2AFFS技术中l/d值小(l/d<1),+LCΔε绝对值大,因此驱动电压低.–饱和电压(光透过率达最大值时的信号电压)Vop与Δε3成反比, AFFS技术中+LCΔε绝对值大–而且对于AFFS技术,如果电压过高时,液晶分子很容易发生倾斜,透光率反而降低,AFFS技术的饱和电压低于IPS的饱和电压.