彩色濾光片顯示原理的探究

北京京東方顯示技術有限公司　龐華山　高雪松　盛大德　王　旭　王立夫

1.平板顯示技術（FPD）的劃分

根據技術特點劃分，平板顯示技術分為發射性和非發射性兩大類，發射性包括等離子顯示（PDP）、場發射顯示（FED）、有機發光二極管顯示（OLED）；非發射性是指液晶顯示（LCD）；其中最為成熟的是TFT-LCD 顯示技術。

圖1　平板顯示技術（FPD）的劃分

TFT-LCD廣泛應用于顯示器、TV、手機、筆記本電腦等各種顯示終端設備上。本文講述的彩色濾光片（下文簡稱CF ,英文全稱Color fi lter）位于LCD顯示屏最前方玻璃上（如圖2所示），通過顯微鏡進行局部放大可以看到，它是由紅綠藍三色組成的規律分布的圖形，CF 是TFT-LCD面板能夠形成彩色圖像的關鍵零部件。CF作為液晶顯示器件的關鍵組件,其性能直接影響顯示器的對比度、亮度、視角乃至畫面質量[1]。

圖2　

2.色彩的基礎知識

美國光學學會對顏色的定義：顏色是除了空間的和時間的不均勻性以外的光的一種特性，即光的輻射能刺激視網膜而引起觀察者通過視覺而獲得的景象；再看下我們國家國標對顏色的定義：顏色是光作用于人眼引起形象以外的視覺特性；根據這些定義，我們能夠看出顏色是一種物理刺激作用于人眼的視覺特性，而人的視覺特性是受大腦支配的，也是一種心理反映，因此呢，顏色是人對光的一種主觀感覺。

通常情況下人眼識別到畫面或物體的顏色，主要分兩種情形：

第一種反射：比如圖中太陽光照射到紅色汽車上，汽車表面反射后的光進入人眼，人眼識別顏色的細胞受到刺激后將反應信號傳輸至大腦，經過處理形成紅色感知；

第二種透射：光源入射到透明或半透明材料，透射過去的光，被人眼感知到，人眼識別顏色的細胞受到刺激后將反應信號傳輸至大腦，經過處理形成顏色（見圖2-2）；總的來說，不論反射還是透射，顏色的產生必須滿足光源、彩色物體、人眼和大腦四個條件；這四個條件成為顏色產生四要素；

3.彩色顯示原理

CF作為 TFT- LCD 的最重要組成部件，利用濾光的原理由紅、綠、藍三原色混合產生各 種各樣的色彩，實現液晶器件的彩色顯示，同時也對 TFT- LCD 的視角寬度、亮度、分辨率等性能起關鍵作用[2]。CF 在TFT-LCD結構中的位置（見圖3）；它們依次主要有背光源、TFT側偏光片、TFT基板（含驅動IC及電路板）、液晶層及Color filter 、CF側偏光片；本文闡述的CF 位于LCD最前端的玻璃上，它是沒有進行切割的CF玻璃基板完成品。TFT- LCD 使用的彩色濾光片玻璃必須是價格昂貴的無堿玻璃，其成本占彩色濾光片成本的一半以上[3]。

圖3　

TFT和CF側各有一個偏光片，在此描述下偏光片的作用；人們常見的自然光在傳播過程中振動方向是朝各個方向振動的；偏光片是將自然光轉變為偏振光的光學膜材；如圖4所示，自然光經過光軸為垂直方向的偏光片A時，僅沿著垂直振動方向光透射出來，形成垂直偏振光；垂直偏振光經過光軸為水平方向的偏光片B時就無法透過；經過偏光片A后形成的垂直偏振光經過液晶層后振動方向會發生改變，這樣振動方向與偏光片B光軸一致的光就會透出；液晶顯示技術就是利用液晶材料對偏振光的可控調節來實現光的透過的；這也是為什么LCD中TFT和CF基板的兩側使用偏光片的原因；

圖4　

4.彩色濾光片兩種成像模式介紹

液晶顯示是通過電信號控制液晶分子旋轉來實現，依據液晶分子的不同旋轉方式，人們定義了各種顯示模式。不同公司因專利技術的差異，技術細節上各有差異，在此我們僅說明TN與ADS兩種模式；TN模式是最基礎、最常見的一種顯示模式，像素電極和公共電極分別在液晶盒的下基板和上基板上，通過垂直電場控制液晶分子在豎直方向旋轉以實現顯示，ADS 顯示模式像素結構示意圖，圖中像素電極和公共電極既在同一玻璃基板上，而且還在同一平面上，依靠水平電場控制液晶分子的轉動，且像素電極采用透明電極ITO具有較高的透過率；

以上，通過對色彩的基礎知識、彩色顯示原理、彩色濾光片兩種成像模式介紹，重點闡述了顏色產生過程及人眼識別的原理以及彩膜在TFT LCD 中的作用及基本結構，希望對生產研究過程有所幫助。

[1]李宏彥,楊久霞,呂艷英,陳軍,南永卓,吳桔生.TFT-LCD用彩色濾光片[J].現代顯示,2005(06):41-44.

[2]汪敏,凌安海,萬異,谷至華.TFT-LCD彩色濾光片技術及其產業發展現狀[J].現代顯示,2009(11):22-25.

[3]李宏彥,王大巍,李鄧根.LCD彩色濾光片技術發展[J].現代顯示,2005(09):4-8.