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屏的结构和工作原理,汽车大屏的前世今生

作者:华一汽车科技    来源:www.itas-hk.com    发布时间:2018-06-05 11:26    阅读:

屏的结构和基本工作原理,屏基本分为LCD屏和OLED 屏,二者的发光原理不同,但在结构上有一定的相似性。
 
中控大屏
 
而在讲屏的结构前,首先要了解光。光是一种电磁波,在沿直线的传播方向上,光波垂直振动着,并在振动平面上以随机均匀分布的方向振动。
 
如果光波的振动方向固定,那么这样的光称为线偏振光,振动方向称为偏振方向,偏正方向与光波的传播方向形成偏正面。液晶显示器,是通过控制光通过液晶盒后的偏振状态,从而控制透过的光以及状态来达到显示效果的。
 
因此,通常LCD的构造,可以简单分为前后偏振片、前后玻璃片、液晶层、背光源系统等,如下图。前后偏振片用来选择出入的光波,前后玻璃片用来承载各式材料,液晶层则是用来调色的,由于液晶本身不能发光,因此需要背光源来照射,最后五彩缤纷的光就显示出来了。
 
OLED则不同,它具有自发光的特性,因此不需要背光源。构造为在TFT基板上蒸镀在通电下可以自发光的RGB三色有机膜层。通过TFT基板控制电流大小,即可控制RGB有机膜层的发光亮暗,从而混合出显示所需的颜色。
 
液晶面板
一块LCD屏的组成,可分为两部分:液晶面板和背光板。液晶面板(液晶盒)包括偏振片、玻璃基板、彩色滤色膜、电极、液晶及定向层。背光模组由冷阴极荧光灯(CCFL)、导光板(光波导)、扩散板和棱镜片组成,其作用是件光源均匀地传送到液晶面板。
 
偏光片的全称是偏振光片,液晶显示器的成像必须依靠偏振光,所有的液晶都有前后两片偏振光片紧贴在液晶玻璃,组成总厚度1mm左右的液晶片。液晶屏中的偏光片分为上偏光片和下偏光片,上下两偏光片相互垂直。其作用就像是栅栏一般,会阻隔掉与栅栏垂直的光波分量,只准许与栅栏平行的光波分量通过。
 
液晶玻璃基板是液晶平板显示器的重要组成部分,其厚度主要为0.7 mm及0.5m m,且即将迈入更薄(如0.4mm)厚度之制程。这是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片,表面蒸镀有一层In2O3或SnO2透明导电层即ITO膜层,经光刻加工制成透明导电图形。这些图形由像素图形和外引线图形组成。因此,外引线不能进行传统的锡焊,只能通过导电橡胶条或导电胶带等进行连接。如果划伤、割断或腐蚀,则会造成器件报废。
 
玻璃基板分上玻璃基板和下玻璃基板,主要用于夹住液晶。对于TFT-LCD,下层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film transistor,TFT),上层玻璃则贴有彩色滤光膜。彩色滤色膜:产生红、绿、蓝三种基色光。
 
液晶材料是小分子有机化合物,它是液晶显示的主体。液晶材料一般是由几种到十几种的单体液晶材料构成,每种材料又各自固定的清凉点TL和结晶点Ts。因此也要求每种液晶显示器件必须使用和保存在Ts-TL之间的一定温度范围内。通过电压控制,液晶分子会发生转向,进而改变光线射入后的偏振方向。液晶材料是整个液晶屏中的最上游,技术难度最大。
 
简单的说,TFT LCD液晶屏的基本结构为两片玻璃基板中间夹一层液晶。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)。当施加电压于晶体管时﹐液晶转向﹐光线穿过液晶后在前端面板上产生一个画素。背光模块位于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。
 
OLED层级结构少,相对LCD去掉了背光板、增光片、部分偏光片结构;OLED使用的有机发光材料比LCD的多层发光结构的可塑性高,且作为OLED器件支撑功能的衬底可选取更为柔性的塑料材质,器件整体柔性好。 
 
背光模组的“得与失”
背光是一种照明的形式,常被用于LCD显示上。背光式和前光式不同之处在于背光是从侧边或是背后照射,其光源可能是白炽灯泡、电光面板(ELP)、发光二极管(LED)、冷阴极管(CCFL)等。电光面板提供整个表面均匀的光,而其他的背光模组则使用散光器从不均匀的光源中来提供均匀的光线。
 
液晶分子本身不会发光,而人眼能够看到物体,是因为眼球接收到了光源发射出的光线。目前业内主流的液晶背光技术包括发光二极管(LED)或冷阴极灯管(CCFL),也称为光源(Source)。
 
LED背光主要有三种类型,直下式背光(top view),侧入式背光(side view)和量子点背光。直下式的特点在于画质细腻,背光源可设置区域,也就是说所谓的“局部控光”技术,从而针对不同的颜色实现单独处理,直下式背光源的厚度由灯箱底部和散射板的距离决定,通常厚度越厚,背光源的光均匀性就越好。
 
侧入式背光是在液晶面板四周架设LED灯泡,照射到导光板后实现液晶屏照明。后度较薄,无法实现局部控光,颜色表现方面不及直下式那么出色。量子点背光的特色在于使用了纳米晶体材质代替LED光源,实现更纯净、颜色还原更逼真的背光色彩,效果接近OLED。
 
OLED是一种电流注入型发光显示器件,施加电力之后就能发光。OLED是一种固态半导体设备,其厚度为100-500纳米,其构成有基层、阳极、有机层、导电层、发射层、阴极,其中基层(透明塑料,玻璃,金属箔)——基层用来支撑整个OLED。
 
阳极在电流流过设备时消除电子(增加电子“空穴”),阴极(可以是透明的,也可以不透明,视OLED类型而定)当设备内有电流流通时,阴极会将电子注入电路。导电层由有机塑料分子构成,这些分子传输由阳极而来的“空穴”。可采用聚苯胺作为OLED的导电聚合物。发射层由有机塑料分子(不同于导电层)构成,这些分子传输从阴极而来的电子;发光过程在这一层进行。可采用聚芴作为发射层聚合物。
 
正是基于此,OLED不需要背光层,且由于可以像素级控制,OLED屏具有高度可折叠能力,以及更高清的显示。
 
主动/被动矩阵式驱动
有了以上两项技术,液晶显示还差一个驱动。显示屏是由成千上万个像素点构成,而为了实现彩色效果,每一个像素又需要三原色红蓝绿来调和。
 
通过控制RGB三个像素不同的亮度, 让每一个像素显示出一种颜色,然后控制单个像素点实时以一定的频率刷新,最后才能显示出连贯的动态画面。而要完成这些工作,则要依靠驱动IC、控制IC来完成。
 
TFT(Thin Film Transistor)是薄膜晶体管(矩阵)——可以“主动的”对屏幕上的各个独立的像素进行控制,这也就是所谓的主动矩阵TFT(active matrix TFT)的来历。
 
它具有晶体管的“有源性(开关、放大)”和“薄膜”的“薄”的双重特性,与平板显示屏(例如LCD、OLED等)组合,构成当今的平板电视(TFT-LCD、TFT-OLED),TFT是其中关键核心部件之一。
 
LCD最常用的两种驱动方式,便是主动矩阵式和被动矩阵式。对所有的像素同时持续的给出影像信号的驱动方式,称为静态驱动方式,或是直接驱动方式。
 
而对于将像素分成几群(幅时间内),每个群依序给予讯号的驱动方式,则为动态驱动方式或多重驱动方式。在像素数较少的显示器下,虽可用静态驱动,若是像素数太多,则全部像素的电极必须施予独立配线,静态驱动方式就无法了。
 
TFT-LCD是有源(主动)驱动显示,而传统的TN/S TN-LCD是无源驱动。无源(被动)驱动显示OLED或LCD通常只能同时显示200行以下,因此要显示更多的行数以达到高清晰度,就要采用有源(主动)驱动显示方式,即TFT-LCD、AMOLED。有源(主动)驱动显示方式包含TFT制作技术。
 
OLED根据有机发光显示器的驱动方式,分被动式(Passive Matrix, PMOLED)和主动式(Active Matrix, AMOLED),而主动式也是利用了TFT搭配电容控制亮度灰阶表现。
 
在主动驱动方式下,OLED并不需要驱动到非常高的亮度,因此可达到较佳的寿命表现,也可以达成高解析度的需求。OLED结合TFT的技术可实现主动式驱动OLED,可符合对目前显示器市场上对于画面播放的流畅度,以及解析度越来越高要求,充分展现OLED上述之优越的特性。
 
以上,就是屏的基本组成以及工作原理。在屏的整个构成中,技术壁垒等级依次为液晶、玻璃基板、驱动IC等,尤其是玻璃基板还涉及到工艺难度等。

 

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