Drei Anzeigemodi des TFT-LCD
Der Anzeigemodus von TFT-LCDs wird hauptsächlich durch die Anordnung der Flüssigkristallmoleküle, die Richtung der Wirkung des elektrischen Feldes und die Konfiguration der Polarisatoren bestimmt. Zu den gängigen Anzeigemodi gehören derzeit TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching) und VA (Vertical Alignment), die erhebliche Unterschiede in der Struktur, den optischen Eigenschaften und den Anwendungsszenarien aufweisen. Die folgende systematische Analyse von drei Modi auf der Prinzipebene:
TN-Modus (Twisted Nematic).
Der TN-Modus ist die früheste kommerzielle Flüssigkristall-Anzeigetechnologie. Sein Hauptmerkmal besteht darin, dass Flüssigkristallmoleküle zwischen zwei Schichten von Glassubstraten eine um 90 Grad helikal verdrillte Struktur bilden und die Reibungsrichtung der oberen und unteren Substratausrichtungsschichten orthogonal ist. Wenn keine Spannung angelegt wird, sind die Flüssigkristallmoleküle spiralförmig angeordnet und das polarisierte Licht wird mithilfe der optischen Rotationseigenschaften um 90 Grad gedreht. Das Prinzip ist in Abbildung 1 dargestellt.
The TN mode is driven by a longitudinal electric field (vertical substrate direction). After voltage is applied, the liquid crystal molecules are arranged vertically, destroying the optical rotation characteristics. The upper and lower polarizers are orthogonal, and light is transmitted when there is no voltage (normal white mode), and light is blocked when the voltage is fully turned on (normal black mode). The TN mode uses positive liquid crystal (Δε>0), niedrige Schwellenspannung (1–2 V), kurze Reaktionszeit (1–5 ms), aber der Kontrast ist gering und Lichtverlust neigt zu einem dunklen Zustand. In diesem Anzeigemodus wird ein TFT-Array verwendet, um die Lichtdurchlässigkeit und Undurchsichtigkeit jedes Pixels zu steuern und so den Zweck der Bildanzeige zu erreichen.
Der Anzeigemodus, in dem das LCD-Panel hell ist, wenn es nicht an Spannung angelegt wird, und der Anzeigemodus dunkel ist, nachdem es an Spannung angelegt wird, wird als Normally White (NW)-Modus bezeichnet. Der Anzeigemodus, bei dem sich das LCD-Panel im dunklen Zustand ohne angelegte Spannung befindet und die Spannung im hellen Zustand ist, wird als Normally Black (NB)-Modus bezeichnet. In praktischen Anwendungen wird zusätzlich zu den hellen und dunklen Zuständen beim Anlegen einer geeigneten Spannung an den Flüssigkristall der Zwischenton zwischen den hellen und dunklen Zuständen angezeigt, der allgemein als Grauskala bezeichnet wird.
IPS-Modus (In-Plane Switching).
Prinzip der LCD-Anzeige im IPS-Anzeigemodus. Der In-Panel-Switch-Modus ist ein Konvertierungsmodus in-Ebene, bei dem negative Flüssigkristalle verwendet werden, bei dem Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene parallel zum Glassubstrat existieren. Die Einstellungen des oberen und unteren Polarisators sind die gleichen wie im TN-Modus. Sie können nur passieren, wenn die Polarisationsrichtung des Lichts abgelenkt wird. Der Unterschied besteht darin, dass im IPS-Anzeigemodus das horizontale elektrische Feld zur Steuerung der Ablenkung von Flüssigkristallmolekülen verwendet wird.
Die Polarisationsachsen des oberen und unteren Polarisators im IPS-Modus stehen senkrecht zueinander, sodass sich das Flüssigkristallpanel im dunklen Zustand befindet, wenn keine Spannung angelegt wird. Wenn die an die Elektrode angelegte Spannung größer als die Schwellenspannung ist, drehen sich die Flüssigkristallmoleküle in Richtung des elektrischen Feldes auf einer Ebene parallel zum Substrat und stehen in einem bestimmten Winkel zur Polarisationsachse des oberen und unteren Polarisators. Aufgrund des Doppelbrechungseffekts von Flüssigkristallen entsteht eine Phasendifferenz zwischen dem gewöhnlichen Licht und dem ungewöhnlichen Licht, das durch die Flüssigkristallschicht dringt, sodass sich das Flüssigkristallpanel in einem hellen Zustand befindet.
TFT-LCD im IPS-Anzeigemodus bietet die Vorteile eines guten Kontrasts, eines großen Betrachtungswinkels und eines guten Anzeigeeffekts. Als IPS-Upgrade-Version erzeugt FFS (Fringe Field Switching) elektrische Randfelder durch Mikroelektrodenarrays, wodurch die Moleküle einen kleineren Neigungswinkel, eine höhere Helligkeit und einen geringeren Stromverbrauch haben.
VA-Modus (Vertikale Ausrichtung).
Die Elektrode im VA-Modus befindet sich auf dem oberen und unteren Substrat und die Flüssigkristallmoleküle werden unter der Wirkung eines vertikalen elektrischen Feldes abgelenkt. Der VA-Modus verwendet negatives Flüssigkristall. Wenn keine Spannung angelegt wird, ist der Flüssigkristall-Zeigevektor vertikal angeordnet. In diesem Fall erfährt das einfallende linear polarisierte Licht beim Durchgang durch die Flüssigkristallschicht keine Doppelbrechung und der Polarisationszustand bleibt unverändert. Wenn die Polarisationsachsen der oberen und unteren Polarisatoren parallel zueinander sind, passiert das einfallende Licht die oberen und unteren Polarisatoren und der Bildschirm ist hell. Wenn die Polarisationsachsen des oberen und unteren Polarisators senkrecht zueinander stehen, wird das einfallende Licht am Austrittspolarisator blockiert und der Bildschirm befindet sich in einem dunklen Zustand.
Wenn keine Spannung angelegt wird, gibt es im VA-Modus keine Doppelbrechung, sodass die VA im normalerweise schwarzen Modus Licht bei allen Wellenlängen blockiert und unabhängig von der Kastendicke ist. Diese Funktion zeigt, dass die Dunkelzustandseigenschaften des normalen Schwarzmodus sehr gut sind und der Kontrast ebenfalls sehr hoch ist, sodass tatsächliche VA-Produkte im Allgemeinen den normalen Schwarzmodus wählen. Wenn die zwischen der oberen und der unteren Elektrode angelegte Spannung größer als die Schwellenspannung ist, biegen sich die Flüssigkristallmoleküle vom vertikalen Ausrichtungszustand in die horizontale Richtung ab. Das Doppelbrechungsphänomen der Flüssigkristallschicht verursacht eine Phasendifferenz, und das einfallende Licht geht durch den oberen und unteren Polarisator und das Panel ist hell.
TFT-LCD im VA-Anzeigemodus bietet die Vorteile einer guten Schwarzfarbwiedergabe, eines guten Kontrasts, eines großen Betrachtungswinkels usw.
Durch kontinuierliche technologische Innovation werden die drei Anzeigemodi in ihren jeweiligen Vorteilsbereichen wettbewerbsfähig bleiben. Künftig wird TN im Nischenmarkt bleiben, IPS wird bei High-End-Mobilgeräten dominieren und VA wird bei großen Displays an der Spitze stehen.
