以下我們就簡單介紹各種顯示技術以及生產流程:
1、CSTN(color super-twist nematic)
這是一個非常老的技術,最初是在上個世紀由Sharp所開發的無光源顯示技術,早期也被應用于PC市場中,擔任主要的顯示角色。與TFT主要的技術差異在于偏光板的技術上,而由于此類制程難度較低,成本也可有效壓縮。
在制程方面,CSTN主要結構,上部是由一塊偏光、玻璃以及液晶所組成的LCD屏幕,而下部則是白光LED以及背光板,此外在電路結構的設計上,外來電源Vcc經過LDO來進行降壓穩壓的動作,并且向LCD的驅動IC進行供電。
由于CSTN之類的面板都是屬于反射式組件,功耗小,采用這類面板的機器也可達到更長的待機時間以及使用時間,不過CSTN面板在色彩鮮艷度以及明亮度明顯偏弱,不僅在日光環境下難以閱讀,響應時間長也是個致命缺點,因此無法使用于較高階的影音播放裝置中。
CSTN還有個特點,就是像素容易相互干擾,而導致crosstalk的現象,要改善這種情形,通常都是藉由減少電容或ITO電阻的方式進行,這是由于ITO所引起的噪聲干擾容易導致crosstalk的現象,而除了前述的方法之外,還有藉由減少掃描行的數量,也可以有效降低被干擾的像素。
2、TFT家族
以一般標準TFT技術來說,雖然原理與CSTN面板不大相同,但是基本結構卻是相當類似。比如說,TFT結構仍是由玻璃基板、ITO電極、配向膜以及偏光板等等組件組成,每個像素都會有一個晶體管來控制電場的變化,并且可以自由改變電壓振幅,因此在對比方面的表現較佳。且由于TFT是主動式矩陣LCD,液晶的排列方向具有記憶性,制式由于FET晶體管具有電容效應,能夠保持電位狀態,在施加電壓變更液晶狀態之后,即使移除電壓,液晶分子仍會繼續維持原有的狀態,直到下次施加電壓才會再進行改變。
而基于不同的液晶分子排列與偏轉方式,也有許多種不同的TFT液晶技術,以及基于各類技術的面板種類,在這方面常見的有IPS(In-Plane Switching)、VA家族(PVA、MVA以及ASV等)以及TN技術面板,其主要差異就在于液晶分子的偏轉方式。
傳統TN面板的液晶分子都只是在垂直與平行之間進行切換,而偏光板是處于互相垂直的狀態,電場不作用時,液晶排列方式正好可以將偏光方向轉90度,藉此讓光線透過。目前TN面板仍為市場大宗,雖然有色階過渡表現較差,以及可視角偏窄的問題,不過TN面板仍在發展進步中,并且逐漸解決這些傳統意義上的問題。韓國三星就發表了新一代的B-TNⅢ面板技術,除了可呈現16.7M色深以外,可達到160度以上的可視角以及高達1000:1的對比度,更讓TN面板的顯示質量逐漸可以跟VA、IPS家族平起平坐。目前應用于小型行動裝置的顯示裝置大多是采用TN面板技術,由于在TFT家族中算是成本較低的一種,所以得到相當廣泛的應用。
而IPS面板的液晶分子是始終于屏幕平行的,只有在施加電壓時才會改變狀態,而且其旋轉方向是屬于X-Y軸方式,為了配合結構上的需求,IPS面板必須對電極進行改良,基本上,電極組件都在同一側,行成了平面電場。這樣的設計可使得可視角大幅增加,不過由于液晶分子轉動的角度較大,光線透過率較低,所以IPS面板也有著反應速度較慢的特性。一般來說,IPS面板的反應速度大約落在40ms左右,如果沒有加上overdrive技術,那么對于一般IPS面板影音應用來說,將是難以被接受的。IPS面板主要著眼于LCD TV家電市場,由于其生產成本高,在PC顯示器以及小型化裝置上能見度較低。后續的技術演進,除了有LG-Philips公司的S-IPS技術以外,日立公司與臺灣晶彩則是采用最新的AS-IPS技術,屬于IPS技術的第三代技術。
而VA系列面板則是屬于Z軸方式切換,先介紹VA家族的始祖MVA技術,最早的MVA技術是由日本富士通所開發,全名為Multi-domainVerticalAlignment,基本上可稱作是一種多象限垂直配向技術。MVA技術主要是利用突出物,使液晶靜止時不是維持在傳統的直立式,而是會稍微偏向某個角度,因此當施加電壓時,液晶偏轉的速度也會變快,且因為液晶分子配向的關系,可視角可以達到約170度以上的程度。由于最初MVA技術的訴求點就是高反應速率,原始未經overdrive的MVA面板即可達到約25ms的速度,而新一代可透過overdrive技術增壓的P-MVA面板,則可達到6ms以下的反應速度。同樣的,此技術針對TV及PC顯示器市場,在小型行動裝置上使用較少。
至于韓系三星的PVA技術,基本上是從MVA技術直接引用并改良過來的,PVA藉由改變液晶的單元結構,在顯示效能提升之際,也提供了比MVA技術更好的對比與亮度輸出,新的S-PVA技術同樣也可搭配overdrive技術,提供了相當高的GTG反應速度,對比也能夠超越700∶1,目前也有對比1200∶1的S-PVA面板出現。雖然PVA技術是三星的獨家技術,只有三星獨自生產,不過藉由三星驚人的產能,這款面板在市場上的能見度也相當高。
ASV技術嚴格來說并不是針對特定技術面板的稱呼,Sharp把該公司所使用過的TN、VA以及CPA等廣視角產品都通稱為ASV技術,ASV為Advance Super View或Axial Symmetric View的縮寫,主要是通過縮小液晶面板上像素之間的點距,增大液晶顆粒上光圈,并調整液晶分子的排列來降低LCD TV的反射現象,進而增加亮度、可視角以及對比度。基本上,只有CPA技術是屬于Sharp專有的廣視角技術,CPA技術全名為Continuous Pinwheel Alignment,以技術架構來說,也是同樣屬于VA技術的一個分支,CPA模式的每個像素都具有多個方形圓角的次像素電極,當電壓加到液晶層次像素電極和另一面的電極上時,形成一個對角的電場,并驅使液晶向中心電極方向傾斜。各液晶分子朝著中心電極呈放射的火焰狀排列。Sharp公司在其手機產品上,應用了非常多的ASV技術面板,該面板的特性即是點距非常小,因此畫質非常細膩,SONY公司的PSP游樂器采用的也是ASV面板。
3、OLED技術
OLED組件事由位于金屬電極之間的一個或多個有機夾層所構成,其中的一個夾層必須是透明的。有機夾層是個高度無方向性的非晶薄膜。由于可應用現有的基板架構,主動矩陣OLED顯示器可以使用非晶硅(a-Si)或低溫多晶硅(LTPS)的TFT基板。
制造有機EL顯示面板所采用的ITO(Indium-tin-oxide)透明導電玻璃基板,通常厚度為0.7mm或1.1mm的鈉堿玻璃 (soda lime),在約150mm的ITO導電薄膜及鈉堿玻璃基板之間鍍上約數十微米的SiO2薄膜,以阻絕鈉堿玻璃內金屬離子游移的干擾。在進入面板制造流程前,ITO基板必須經過清洗,避免有機物的殘留,影響到ITO電極的正電荷注入效率。
OLED技術大略分為兩支,一種是高分子聚合物OLED,或稱為PLED,這種OLED技術主要是利用組件可使用旋轉涂布,利用光照蝕刻以及噴墨沉淀技術來制造,若相關技術成熟,那么PLED將可被應用于任意尺寸的顯示器組件中。
另一種則是低分子聚合物OLED,也稱為SMOLED,這類的制造技術則是采用真空蒸鍍技術。小的有機分子被安裝于ITO玻璃襯底的某些層內,與PLED制造技術相較起來,SMOLED制程成本低,最高也可顯示26萬色,并且有較長的壽命,目前普遍應用于手機以及手持多媒體播放裝置的OLED,大多就是屬于此類技術。
由于OLED無須背光,因此在耗電控制上顯得非常突出,不過這種自體發光特性也帶來另一種困擾,那就是無法控制反射光,因此在面對日光等強光的直接照射之下,影像將會變得模糊不清。
目前現有的有機材料壽命皆已經達到15,000小時以上的使用時數,算是已經可被接受的范圍,因此OLED已經被廣泛應用于實際產品中。如果在制程中,能夠透過完全防止水分的侵蝕及污染,那么還有可能進一步往上提升。不過以目前的有機EL制程中,還難以做到完全隔絕的地步,因此目前的作法,則是搭配貼有吸水劑之外部金屬或玻璃封蓋,以降低水氣侵入的速度,來達到延長組件壽命的效果。(考試大一級建造師編輯整理)