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IPS（In Plane Switching）广视角技术
[导读]IPS（平面控制模式）广视角技术
跟MVA广视角技术一样，IPS（In Plane Switching）模式的广视角技术也是在液晶分子长轴取向上做文章，不同的是应用IPS广视角技术的液晶显示让观察者任何时候都只能看到液晶分子的短轴
IPS（平面控制模式）广视角技术
跟MVA广视角技术一样，IPS（In Plane Switching）模式的广视角技术也是在液晶分子长轴取向上做文章，不同的是应用IPS广视角技术的液晶显示让观察者任何时候都只能看到液晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会有太大差别，这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角。&&&&&&&&&&&&&&&
第一代IPS技术针对TN模式的弊病提出了全新的液晶排列方式，实现较好的可视角度。第二代IPS技术（S-IPS即Super-IPS）采用人字形电极，引入双畴模式，改善IPS模式在某些特定角度的灰阶逆转现象。第三代IPS技术（AS-IPS即Advanced Super-IPS）减小液晶分子间距离，提高开口率，获得更高亮度。
目前而言，IPS在各个方位都有着最好的可视角度，而不象其他模式那样只是在上下左右四个角度上视角特别突出。应用IPS技术的液晶显示器在左上和右下角45度会出现灰阶逆转现象，这可以通过光学补偿膜改善& IPS广视角技术也属於NB常黑模式液晶。在未加电时其表现为暗态，所以应用IPS广视角技术的液晶显示器相对来说出现&亮点&的可能性也较低。跟MVA模式一样，IPS广视角的暗态透过率也非常低，所以它的黑色表现是非常好的，不会有什麽漏光。
IPS一个最大特点就是它的电极都在同一面上，而不象其他液晶模式的电极是在上下两面。因为只有这样才能营造一个平面电场以驱使液晶分子横向运动。这种电极对显示效果有负面影响：当把电压加到电极上後，*近电极的液晶分子会获得较大的动力，迅速扭转90度是没问题的。但是远离电极的上层液晶分子就无法获得一样的动力，运动较慢。只有增加驱动电压才可能让离电极较远的液晶分子也获得不小的动力。所以IPS的驱动电压会较高，一般需要15伏。由於电极在同一平面会使开口率降低，减少透光率，所以IPS应用在LCD TV上会需要更多的背光灯&&& 如图，细条型的正负电极间隔排列在基板上，有些类似早期的VA模式液晶。把电压加到电极上，原来平行於电极的液晶分子会旋转到与电极垂直的方向，但液晶分子长轴仍然平行於基板，控制该电压的大小就把液晶分子旋转到需要的角度，配合偏振片就可以调制极化光。
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首先我们来看一下TN常白模式和常黑模式下的工作状态。如图1所示为TN常白模式的工作状态。当不加电压时，自然光经过上面的偏光板变成线偏振光进入液晶盒，这时液晶分子从上到下呈扭曲排列，对线偏振光有旋光和双折射效应，到达下偏光板的线偏振光被旋转90度后平行于下偏光板的透过轴出射，显示白态。当加电压时，自然光经过上面的偏光板变成线偏振光进入液晶盒，这时液晶分子从上到下受电场作用垂直于电场排列，对线偏振光没有旋光和双折射效应，到达下偏光板的线偏振光保持振动方向垂直于下偏光板的透过轴被吸收，显示暗态。图1 TN常白模式的工作状态如图2所示为TN常黑模式的工作状态。当不加电压时，自然光经过上面的偏光板变成线偏振光进入液晶盒，这时液晶分子从上到下呈扭曲排列，对线偏振光有旋光和双折射效应，到达下偏光板的线偏振光被旋转90度后垂直于下偏光板的透过轴被吸收，显示暗态。当加电压时，自然光经过上面的偏光板变成线偏振光进入液晶盒，这时液晶分子从上到下受电场作用垂直于电场排列，对线偏振光没有旋光和双折射效应，到达下偏光板的线偏振光保持振动方向平行于下偏光板的透过轴出射，显示亮态。图2 TN常黑模式的工作状态了解了以上工作状态后，我们再来分析对比度（Contrast Ratio，CR）这个概念。对比度是指液晶显示器的能显示的最白亮度去除以最黑亮度后得到的比值，一般TN显示器的对比度在1000:1左右，例如最白亮度为300cd/m2，最黑亮度为0.3cd/m2。由于制造工艺和设计余量等偏差，往往会导致液晶盒的盒厚d发生偏差，即实际的位相差Δnd会偏离设计值，这样会导致亮度偏离即漏光现象。假设这种亮度偏移值为ΔL，下面给出亮度偏移的对比度计算公式：根据上式，在TN常白模式时，黑态是加电压的，加电压时液晶基本上都站立起来，对于入射线偏振光处于不具有光学各向异性状态，因此不产生ΔLB；白态是加电压的，而微小的ΔLW几乎不会影响对比度计算公式的分子，因此最终的CR几乎不会变化，CR受盒厚变化的影响较小。根据上式，在TN常黑模式时，白态是加电压的，加电压时液晶基本上都站立起来，对于入射线偏振光处于不具有光学各向异性状态，因此不产生ΔLW；黑态是加电压的，而微小的ΔLB将会影响对比度计算公式的分母，因此最终的CR会有较大变化，CR受盒厚变化的影响较大。综上，TN使用常白模式有利于对比度的稳定。当然因为TN主要用于笔电及显示器，以文本处理为主，常白模式也会更加的省电。（本平台内容未经授权禁止转载或用于商业用途）
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TFT-LCD第1章显示原理.doc 20页
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TFT-LCD第1章显示原理
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第一章TFT显示器的结构，原理及主要性能指标
TFT-LCD （Thin film transistor liquid crystal display）液晶显示器作为当前平板显示的主流已经在逐渐取代传统的阴极射线管CRT显示器。目前已广泛应用于电视、台式电脑监视器、笔记本电脑、车载导航系统、游戏机、掌上电脑、数码相机、数码摄像机、手机等方面。TFT-LCD显示技术最早发起于20世纪70年代末，早期TFT的制作主要是应用化合物半导体材料，如CdSe, 但化合物半导体材料在工艺过程中，化学计量比的控制，较单一组分材料半导体要难。所以目前大规模生产过程中，特别是在TFT-LCD领域更多地使用硅半导体材料。目前LCD大多应用的是玻璃基板，由于受加工温度的限制，人们更多地应用非晶硅（Amorphors Silicon，A-Si）TFT技术和低温多晶硅（Low temperature poly-silicon, LTPS）技术来制作TFTLCD。对于TFT-LCD技术，随着市场需求的增加，对于TFT-LCD显示特性的要求也越来越高。为了满足这些特性要求人们在LCD显示模式上也作出了很多改进，除了传统的TFT-LCD应用的TN显示模式以外，还应用了IPS（In Plan Switching）、MVA/PVA等模式。限于篇幅和实际应用, 我们在这里只是介绍与TN模式相关的TFT-LCD技术。
TFT显示器的结构
TFT-LCD显示模块通常有下面几部分构成（如图1）， 液晶屏（Panel）、背光源、外部驱动电路等几大部分构成。液晶屏部分又由两片夹有液晶层的玻璃构成的液晶盒及位于液晶盒两侧的偏振片构成。 在构成液晶盒的两片玻璃上，通常在一片玻璃上制做用于彩色显示的滤光膜（Color filter），在另一片玻璃上做有源驱动的薄膜晶体管阵列（TFT Array）。
1.1．1 TFT-LCD Cell
TFT-LCD液晶盒由TFT阵列基板和彩色滤光膜基板构成，在阵列基板上有TFT阵列，TFT阵列由对应于每个像素点的TFT单元（TFT+Cs，Cs存储电容）。两个基板中间用几个微米的隔垫物（Spacer）垫起，形成均匀的几个微米间隙，在间隙中充入液晶材料。
目前用于液晶显示器件工业生产的液晶材料主要是有机小分子向列相（Nematic）材料。这种液晶分子是100?×10 ?左右的细长棒状分子，在室温下通常呈流动态，也就是液晶相。液晶相的物质除了具有液体的流动性以外，它们还具有一些晶体特性，就是晶体的各向异性。这些各向异性体现在光学上就是其对光具有光学双折射特性（相对于液晶分子，光的传播方向不同，其具有不同的折射率）。液晶材料在温度升高到一定温度后，会由液晶相变为各向同性相，也就是人们通常说的液体相。温度降低到一定程度液晶材料也会由向列相转化为近晶相（Smectic）或晶体相。液晶材料变成各向同性相或近晶相及固体时，液晶显示器是不能正常工作的。
因此液晶材料的相变温度决定了液晶显示器件的工作温度范围。表1给出了与液晶显示器件相关的液晶材料参数，及其与之有关所影响的液晶显示器件特性。液晶材料参数主要有清亮点Tclp（液晶相到各向同性相的温度转变点），固化点TS-N（向列相到近晶相或固相的转化温度点），光学各向异性双折射率Δn,介电各向异性Δε， 弹性常数K11(展曲弹性常数) ，K22(扭曲弹性常数), K(33（弯曲弹性常数）， 旋转黏度γ1等。
表1. 液晶材料参数举例
Parameter Symbol Typical value Comments
Clearing point TClp
Max. operating temperature
Smectic-Nematic transition TS-N - 40 (C
Min. operating temperature
Optical anisotropy Δn=n//-n( 0.085=1.562-1.477 Determines optical behavior
Dielectric anisotropy Δε=ε//-ε( 7=10.5-3.5 Determines behavior in electric field
Elastic constants K11，K22, K(33 10-11 Newton Important for response time
Rotational viscosity @ 20(C γ1 100 mPa s Important for response time
在液晶显示器件中，液晶分子需要具有固定的排列方式，从液晶分子在基板表面的排列方式大致可以分为两类，一
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