LCD 大拆解面板、背光完全分析：LED、IGZO、In-cell 是什麼？專有名詞一次看懂

配向膜維持液晶配向

液晶物質並非直接碰觸TFT電路，其中還有個配向膜，配向膜的主要用意在於讓液晶在沒有電場施加的情況下，能夠有著一致的方向性。配向膜的配向方式可用摩擦或是紫外線照射的方式配向，使其表面的分子結構能夠呈現一致性的排列方向或是產生溝槽，之後放上液晶時，液晶分子會因為配向膜的氫鍵、凡德瓦力、溝槽而使得排列方向一致，直到施加電場時才會改變其角度，電場消失時又可回復其原先的狀態。

關鍵字：氫鍵

氫原子除了以共價鍵與其它原子結合外，也會和電負度較強的原子相互吸引，此種吸引力可以跨分子或是在分子內發生。

關鍵字：凡德瓦力

分子間作用力，其作用力會受到分子極性大小與分子量大小而改變，除氫鍵屬於凡德瓦力之外，尚有極性分子和極性分子之間的偶極-偶極力、極性分子誘導非極性分子產生極性的偶極-誘導偶極力、非極性分子因電子分布差異瞬間極化的倫敦分散力。

液晶排列分 3 種

大家都知道，目前液晶螢幕依據液晶分子排列和扭轉方向主要可分為3種：TN、VA、IPS。TN液晶面板的排列方式，為持續旋轉的螺旋排列，就像是螺旋梯一般，沒有施加電場時光可透過此螺旋結構導引出前方的偏光片，因此液晶面板可供光通過。若施加電場時，則液晶分子會慢慢的與面板垂直，此時光並無法透過去，因此面板看起來是暗的。TN存在著視角過小的問題，因為其螺旋狀的結構導致液晶分子扭轉的角度不同，面向面板在不同角度下觀看到的亮度並不相同，雖然可在面板最外層加上補償模，還是無法完全解決。

VA則與TN相反，未通電時液晶分子與面板是垂直的，也沒有螺旋排列，此時面板是暗色不透光的。當施加電場時，液晶分子慢慢的躺下與面板平行，此時可透光，於是便呈現亮色。其實VA面板的可視角度比TN還要差，因為液晶分子的排列呈現單一方向。之後廠商將VA面板的分子分成向多種方向傾倒，才可獲得廣視角的效果。

IPS液晶的排列方式較為特殊，其ITO電極部分皆在底部玻璃基板，所以無論通電與否，液晶分子都會平行於面板，只是會像風車一樣在平面旋轉，不通電時為不透光暗色，通電後為透光的亮色。以上3種只是個大致上的分類，實際應用上各廠商會有許多不同的技術降低成比或是提高效能，在此不一一描述。

▲左方為TN螢幕的液晶排列方式，中間為MVA，最右方為IPS。

彩色濾光片調出顏色

在文章開頭就說到，LCD本身並不發光，僅能決定光通過的量，而且還無法改變光的顏色。目前做法是採用彩色濾光片擺在面板前方，將白色背光分別濾出紅、綠、藍三原色，而為了控制混色的比例，1個像素點僅能濾出1種顏色，需要3個像素點才能組合出1個完整的像素，此時我們稱紅、綠、藍單獨的點為子像素。

市面上所謂的廣色域螢幕，除了背光發出的光譜要夠寬之外，彩色濾光片濾出的光也要夠為純淨，兩者配合之下才可顯示出更廣的色域。到此，彩色濾光片要貼合到TFT薄膜電晶體所在的玻璃基板上了，不過在貼合之前，會先在此面板的四週上膠，玻璃基板與彩色濾光片中間填入液晶之前會先填入透明的間隙物，支撐出一定的空間，避免液晶厚度不均的問題。間隙物的配置方式也從剛開始的隨機亂灑，到現在則可直接在彩色濾光片的黑色區間以顯影曝光的方式長出，液晶材料的厚度控制更為精準。

▲原本背光為白色，須加上濾光片才可濾出3原色R、G、B。

最外層的表面處理

彩色濾光片、液晶、TFT玻璃基板組裝完成之後，再貼上偏光片就大功告成了，外圍的光學增亮膜就看廠商依據成本、產品定位等考慮要不要貼附。

最外圍的表面處理可分為3種：HC、AG、AR，HC在最外圍貼上1層較硬的薄膜，主要功能為防刮，對於外界的強光照射在面板上的反光無能為力。AG為防眩光處理，膜的表層具有半球狀結構，能夠將過強的外界光線朝不同方向散射出去，讓反光現象降到最低；但此種薄膜相當不適合在戶外使用，過強的環境光被AG膜散射之後，會讓螢幕看起來泛白。加上現在的面板像素越做越小，有時1個子像素剛好對應1個半圓形的結構，導致1個完整的像素中可能只有1個子像素的顏色折射到我們的眼睛中，在白底的網頁中很容易發現色彩雜點，觀看並不舒服，須使用表面結構更小的AG膜解決。

最後一種為AR防反光處理，AR在表面鍍上1層薄薄的鍍膜，這層鍍膜反射的光相位和入射光相位相反，所以能夠降低反光現象，此種鍍膜在一定的角度觀看下會呈現綠、藍、紫等顏色。此外，也可在螢幕面板外層增加1層玻璃，精密控制螢幕與玻璃之間的距離並填入光學膠水，讓光從玻璃進入螢幕與玻璃之間的空隙後，就在此空隙進行全反射，不會再從玻璃面射出造成反光現象。

▲液晶螢幕若是最外層採用AR鍍膜，於特定角度下可以看見綠、藍、紫等色。

▲可將光導入液晶面板與玻璃之間進行全反射，反射光不射出就不會讓人眼看到反光。

觸控與顯示面板結合

自從iPhone帶起手機革命之後，觸控在此類裝置上越顯重要，可惜在顯示面板上直接覆蓋1層觸控板會降低面板的顯色效果，並不利市場推廣和消費者所接受。在此類小型觸控裝置中，可以使用電阻式和電容式觸控面板，電阻式面板因為無法使用硬質表面、透光率差和需定期矯正等緣故，幾乎完全被電容式面板所取代。

為了盡量降低觸控面板對顯示效果的影響，以及產品薄型化、輕量化的緣故，電容式觸控面板逐漸跟機身內其他零件結合。與顯示面板結合的分為In-cell和On-cell，與保護玻璃結合則是OGS技術。

關鍵字：OGS

One Glass Solution，單片式玻璃觸控面板，把原先需使用多片玻璃或薄膜的GG、GF結構，改為1片玻璃即可。

In-Cell把原先需加在面板與外層保護玻璃之間的觸控面板，整合進入原先液晶的控制電路內部，無論是在厚度或是透光率方面都與原本的顯示面板無異，是目前最佳的整合方式，以Apple的iPhone系列作為代表。缺點為增加製造複雜度，液晶螢幕成品良率會下降，感應電路也因為相當靠近控制液晶的電路，容易受到雜訊干擾，須加強雜訊濾波設計。On-cell則是將感應電路加在彩色濾光片或是最外層的偏光片，面板厚度會增加1點點，但良率可比In-cell高出一些，三星的AMOLED即是使用了On-cell。

最後一種不必改變螢幕製程的OGS單片玻璃解決方案，則是去除掉原本觸控線路的基板載體，將電路佈在最外層保護玻璃的背面，好處為製作難度較低、在大尺寸應用下較In-cell/On-cell佳，也因為離液晶電路較遠，所受到的雜訊影響較小。

避專利、求進步

行文至此，大概把液晶螢幕從裡到外的構造大致提過，也因應最近新材料的開發和行動裝置當道簡略說明了不同製程和觸控整合。除了液晶面板本身之外，在其面板四周還會整合驅動IC，整合驅動IC之後就是裝箱運送到不同的組裝廠。組裝廠再把DVI、D-sub、HDMI、DisplayPort等傳輸規格轉換為面板可接受訊號的scaler，以及背光電源模組整合之後，就是你我熟悉的顯示器螢幕。

螢幕這領域還在不停的進步，除本次沒有談到的OLED、E-ink、Mirasal之外，Sharp甚至在今年於日本舉行的Ceatec展中，展示與高通合作的IGZO微機電螢幕，去除液晶改用微機電控制背光通過時間占比顯示明暗，未來如果還有機會再介紹這些好玩的顯示科技。

▲側光式背光液晶螢幕的整體組成架構，不同廠商所製造出的面板有可能會有增減構造的情形，但基本原理是一樣的。

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