液晶顯示屏的結(jié)構(gòu)解析以及它的市場發(fā)展趨勢

隨著各大手機(jī)廠商走差異化競爭路線，全面發(fā)力全面屏或曲面屏手機(jī)，手機(jī)發(fā)展進(jìn)入OLED時(shí)代。對(duì)于普通消費(fèi)者來說，雖然OLED燒屏、對(duì)眼睛不友好，然而，外觀體驗(yàn)卻也不錯(cuò)。OLED大屏配置已是大勢所趨，畢竟對(duì)于廠商來說，OLED更輕薄、更省空間、屏下指紋技術(shù)更加成熟、能挖孔實(shí)現(xiàn)真全面屏、更能為整體設(shè)計(jì)讓步。因此，OLED手機(jī)市場份額越來越大，且逐漸走向低成本化。

“LCD永不為奴”是不少想要小尺寸LCD 手機(jī)的朋友常常掛在嘴邊的一句話，而這句略帶調(diào)侃的話其實(shí)也反應(yīng)了在OLED風(fēng)靡手機(jī)行業(yè)的當(dāng)下，LCD屏幕的地位越發(fā)尷尬。隨著OLED+屏下指紋技術(shù)的組合成為中高端機(jī)型標(biāo)配，而LCD對(duì)于屏下指紋識(shí)別的不適配也導(dǎo)致其失去了這部分市場。

屏下指紋的工作原理，是記錄指紋特征反饋給屏幕下方的傳感器，以判斷是否與用戶初始指紋重合。但是因?yàn)橹讣y傳感器在屏幕下方，需要有通路傳輸光學(xué)或超聲波信號(hào)，?LCD屏幕因?yàn)楸彻饽＝M的阻擋，無法享受這種可見的解鎖方式。

2019年以來，逐漸有部分團(tuán)隊(duì)表示在LCD屏幕上實(shí)現(xiàn)屏幕指紋并具備可量產(chǎn)性。以小米為例，創(chuàng)新采用紅外高透膜材，將原來無法穿透屏幕的紅外光通過性大幅提高。屏幕下方紅外發(fā)射器發(fā)出紅外光，指紋反射后穿透屏幕照到指紋傳感器完成指紋校驗(yàn)，解決了LCD屏下指紋難題。為實(shí)現(xiàn)較好的透光率與識(shí)別效果，廠商需要對(duì)LCD屏幕的各光學(xué)膜層和玻璃等進(jìn)行優(yōu)化，甚至更改屏幕膜層結(jié)構(gòu)，以提高紅外線穿透率。同時(shí)，對(duì)位于屏下特定位置的Sensor做出專門的修改。因此，采用屏下指紋的LCD屏幕定制化程度高，量產(chǎn)過程需要終端品牌廠、方案廠、模組廠、膜材廠和面板廠之間緊密合作。

短期內(nèi)，LCD的屏下指紋技術(shù)對(duì)于適合推向市場的機(jī)型來說，成本仍然較高，然而，既然有了突破，就意味著未來可期。在大尺寸應(yīng)用場合，LCD有著成熟的工藝，無論是制造成本還是品控方面都有著絕對(duì)的優(yōu)勢。

1970年，F(xiàn)ergason制造了第一臺(tái)具有實(shí)用性的LCD。早期的液晶屏表現(xiàn)不穩(wěn)定，也不合適大批量的生產(chǎn)。直到一位英國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的液晶材料“聯(lián)苯”之后，才使LCD 技術(shù)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。LCD從而廣泛出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)、游戲裝置和手表上。?

LCD設(shè)備制造需要利用四個(gè)條件：1.?光具有偏振性。2.?液晶可以傳輸和改變偏振光。3.?液晶的結(jié)構(gòu)可以依電流而改變。4.?存在可以導(dǎo)電的透明物質(zhì)。從LCD制造初始到如今，這四個(gè)條件都毫無動(dòng)搖地必不可少。

隨著LCD顯示技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，LCD顯示器主流往主動(dòng)距陣和大顯示尺寸方向發(fā)展。LCD有兩種： DSTN (雙層超扭曲向列) 和TFT (薄膜晶體管)，也就是被動(dòng)顯示和主動(dòng)顯示。早期的筆記本計(jì)算機(jī)采用8英寸的被動(dòng)黑白顯示屏。給液晶分子加上電荷，它們的扭曲就會(huì)被消除。伸直后的液晶分子改變了光穿過它們的角度，從而使光的方向和頂部偏振濾光片的方向不再匹配。因此，LCD上的這一特定區(qū)域便沒有光能夠通過，從而比周圍的區(qū)域暗。

今天的LCD幾乎都采用 TFT面板，TFT可以在大尺寸下提高亮度并保持銳利的顯示效果。TFT-LCD 全稱為薄膜晶體管液晶顯示器。是指液晶顯示器上的每一個(gè)液晶像素點(diǎn)都是由集成在后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)，并獨(dú)立控制，不僅提高了反應(yīng)速度，還可精確控制色階。TFT-LCD經(jīng)過不斷的改良在1991年時(shí)成功的商業(yè)化為筆記型計(jì)算機(jī)用面板﹐從此進(jìn)入TFT-LCD時(shí)代。

如圖所示TFT-LCD面板的基本結(jié)構(gòu)為兩片玻璃基板中間夾住一層液晶。前端LCD面板貼上彩色濾光片﹐后端TFT面板上制作薄膜晶體管(TFT) 。當(dāng)電流通過晶體管所產(chǎn)生的電場變化，將造成液晶分子偏轉(zhuǎn)，并改變光線，再利用電壓來決定像素明暗，且每個(gè)像素各包含紅綠藍(lán)三原色，來構(gòu)成影像輸出。背光模組位于TFT-Array面板之后負(fù)責(zé)提供光源。彩色濾光片給予每一個(gè)畫素特定的顏色。結(jié)合每一個(gè)不同顏色的畫素所呈現(xiàn)出的就是面板前端的影像。

液晶站立的角度越垂直,越多的光不會(huì)被液晶導(dǎo)引，不同角度的液晶站立角度會(huì)導(dǎo)引不同數(shù)量的光線，以上面的例子來看，液晶站立角度越大，則可以穿透的光線越弱，不受導(dǎo)引的光線會(huì)被上偏光片所吸收掉。自然界的光，其極性是任意方向的，使用偏光片的功能就是過濾掉大部分的不同方向震蕩的光，只讓某一特定方向的光通過。液晶本身不發(fā)光，在外光源的調(diào)制下，才能顯示，在整個(gè)顯示過程中，液晶起到一個(gè)電壓控制的光閥作用。TFT-LCD的工作原理則可簡述為：當(dāng)柵極正向電壓大于施加電壓時(shí)，漏源電極導(dǎo)通，當(dāng)柵極正向電壓等于0或負(fù)電壓時(shí)，漏源電極斷開。漏電極與ITO象素電極連結(jié)，源電極與源線（列電極）連結(jié)，柵極與柵線（行電極）連結(jié)。如圖四所示，TFT面板就是由數(shù)百萬個(gè)TFT device以及ITO(透明導(dǎo)電金屬)區(qū)域排列如一個(gè)matrix所構(gòu)成，而所謂的Array就是指數(shù)百萬個(gè)排列整齊的TFT device之區(qū)域，此數(shù)百萬個(gè)排列整齊的區(qū)域就是面板顯示區(qū)。

不論TFT板的設(shè)計(jì)如何的變化，制程如何的簡化，如圖所示，其結(jié)構(gòu)一定需具備TFT device和控制液晶區(qū)域(光源若是穿透式的LCD，則此控制液晶的區(qū)域是使用ITO，但對(duì)于反射式的LCD是使用高反射式率的金屬，如Al等)。

如今LCD 的發(fā)展應(yīng)用已經(jīng)遍地開花，以廈門天馬為例，產(chǎn)品涉及立體顯示、雙視角顯示、平視顯示器HUD、寬視角SFT顯示等，而技術(shù)上擴(kuò)展了SPR 技術(shù)、負(fù)性液晶SFT技術(shù)、高NTSC技術(shù)等，同時(shí)也兼顧了LCD模組或者On-Cell觸控這樣的定制化產(chǎn)品。 產(chǎn)品覆蓋了消費(fèi)品市場（智能手機(jī)、平板電腦、超極本、消費(fèi)數(shù)碼等）、專業(yè)顯示市場（車載、醫(yī)療、POS機(jī)、ATM、人機(jī)交互、自助服務(wù)、金融POS、戶外手持終端、航空娛樂、航海、互聯(lián)網(wǎng)電話（VoIP）、白色家電、多功能打印機(jī)、電子貨架標(biāo)簽、軌道交通等）、新興市場（智能家居、智能穿戴、VR/AR、無人機(jī)等）。

成品的LCD內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，主要的驅(qū)動(dòng)TFT工作的部分有以下幾個(gè)：1、source?driver??源驅(qū)動(dòng)，?負(fù)責(zé)供電。2、gate?driver?柵驅(qū)動(dòng)，?負(fù)責(zé)打開關(guān)閉。3、時(shí)序控制電路，負(fù)責(zé)控制gate?driver。4、灰度、gamma控制電路。

而背光部分有透射式背光和反射式背光，如圖所示，為反射式背光結(jié)構(gòu)。手機(jī)上用的TFT?-LCD?大部分是用?LED來作為光源的，背光的控制有三種方式：1、PWM?方式，?根據(jù)輸出方波的占空比來控制電流大??；2、一線脈沖方式，?根據(jù)輸入方波的邏輯連控制輸出電流大??；3、dcs方式，有LCD反饋給背光控制芯片來控制輸出電流大小。

LCD技術(shù)成熟且價(jià)格低廉，雖然暫時(shí)在手機(jī)或可穿戴市場失去優(yōu)勢，然而OLCD技術(shù)的最新發(fā)展，使得LCD在廣闊的顯示市場讓人期待。與玻璃基底的LCD不同，OLCD使用有機(jī)材料作為基底，而不是非晶硅晶體管。生產(chǎn)這些有機(jī)晶體管所需的溫度要低得多，因此可以使用薄至40微米的柔性生物基底，可以獲得貼合、可塑的輕薄OLCD，不僅無損其光學(xué)顯示性能，并且具有與玻璃LCD一樣的規(guī)模化擴(kuò)展性。

OLED顯示屏的壽命與亮度密切相關(guān)，亮度增加一倍，顯示屏的壽命就會(huì)縮短四分之一，并加劇燒屏等問題。OLCD技術(shù)采用獨(dú)立的背光系統(tǒng)，具有較高的發(fā)光度卻不會(huì)影響顯示屏壽命，而且OLCD不像OLED那樣容易燒屏。

不含玻璃的OLCD很容易加工為凸屏或凹屏，其向下彎曲的半徑可達(dá)10 mm，而不會(huì)影響顯示屏幕的韌性。可實(shí)現(xiàn)更具美感的產(chǎn)品外觀，其柔軟性還可以將邊沿折疊到顯示屏后面，以實(shí)現(xiàn)超窄邊框。OLCD技術(shù)還能夠制造出具有真正像素級(jí)調(diào)光功能的超高對(duì)比度雙單元顯示，從而以極低的成本提供類似OLED的性能。這項(xiàng)新技術(shù)代表了LCD顯示行業(yè)的一大進(jìn)步。

OLCD非常適合需要較大尺寸和/或較長使用壽命的應(yīng)用，比如智能家電和消費(fèi)電子產(chǎn)品、汽車、筆記本電腦和平板電腦，甚至電視和數(shù)字廣告牌。因此，OLCD和柔性O(shè)LED是相互補(bǔ)充的技術(shù)，兩者相輔相成，可以為顯示市場的所有主要細(xì)分市場帶來靈活性。

fqj