彩色滤光片显示原理的探究

北京京东方显示技术有限公司　庞华山　高雪松　盛大德　王　旭　王立夫

1.平板显示技术（FPD）的划分

根据技术特点划分，平板显示技术分为发射性和非发射性两大类，发射性包括等离子显示（PDP）、场发射显示（FED）、有机发光二极管显示（OLED）；非发射性是指液晶显示（LCD）；其中最为成熟的是TFT-LCD 显示技术。

图1　平板显示技术（FPD）的划分

TFT-LCD广泛应用于显示器、TV、手机、笔记本电脑等各种显示终端设备上。本文讲述的彩色滤光片（下文简称CF ,英文全称Color fi lter）位于LCD显示屏最前方玻璃上（如图2所示），通过显微镜进行局部放大可以看到，它是由红绿蓝三色组成的规律分布的图形，CF 是TFT-LCD面板能够形成彩色图像的关键零部件。CF作为液晶显示器件的关键组件,其性能直接影响显示器的对比度、亮度、视角乃至画面质量[1]。

图2　

2.色彩的基础知识

美国光学学会对颜色的定义：颜色是除了空间的和时间的不均匀性以外的光的一种特性，即光的辐射能刺激视网膜而引起观察者通过视觉而获得的景象；再看下我们国家国标对颜色的定义：颜色是光作用于人眼引起形象以外的视觉特性；根据这些定义，我们能够看出颜色是一种物理刺激作用于人眼的视觉特性，而人的视觉特性是受大脑支配的，也是一种心理反映，因此呢，颜色是人对光的一种主观感觉。

通常情况下人眼识别到画面或物体的颜色，主要分两种情形：

第一种反射：比如图中太阳光照射到红色汽车上，汽车表面反射后的光进入人眼，人眼识别颜色的细胞受到刺激后将反应信号传输至大脑，经过处理形成红色感知；

第二种透射：光源入射到透明或半透明材料，透射过去的光，被人眼感知到，人眼识别颜色的细胞受到刺激后将反应信号传输至大脑，经过处理形成颜色（见图2-2）；总的来说，不论反射还是透射，颜色的产生必须满足光源、彩色物体、人眼和大脑四个条件；这四个条件成为颜色产生四要素；

3.彩色显示原理

CF作为 TFT- LCD 的最重要组成部件，利用滤光的原理由红、绿、蓝三原色混合产生各 种各样的色彩，实现液晶器件的彩色显示，同时也对 TFT- LCD 的视角宽度、亮度、分辨率等性能起关键作用[2]。CF 在TFT-LCD结构中的位置（见图3）；它们依次主要有背光源、TFT侧偏光片、TFT基板（含驱动IC及电路板）、液晶层及Color filter 、CF侧偏光片；本文阐述的CF 位于LCD最前端的玻璃上，它是没有进行切割的CF玻璃基板完成品。TFT- LCD 使用的彩色滤光片玻璃必须是价格昂贵的无碱玻璃，其成本占彩色滤光片成本的一半以上[3]。

图3　

TFT和CF侧各有一个偏光片，在此描述下偏光片的作用；人们常见的自然光在传播过程中振动方向是朝各个方向振动的；偏光片是将自然光转变为偏振光的光学膜材；如图4所示，自然光经过光轴为垂直方向的偏光片A时，仅沿着垂直振动方向光透射出来，形成垂直偏振光；垂直偏振光经过光轴为水平方向的偏光片B时就无法透过；经过偏光片A后形成的垂直偏振光经过液晶层后振动方向会发生改变，这样振动方向与偏光片B光轴一致的光就会透出；液晶显示技术就是利用液晶材料对偏振光的可控调节来实现光的透过的；这也是为什么LCD中TFT和CF基板的两侧使用偏光片的原因；

图4　

4.彩色滤光片两种成像模式介绍

液晶显示是通过电信号控制液晶分子旋转来实现，依据液晶分子的不同旋转方式，人们定义了各种显示模式。不同公司因专利技术的差异，技术细节上各有差异，在此我们仅说明TN与ADS两种模式；TN模式是最基础、最常见的一种显示模式，像素电极和公共电极分别在液晶盒的下基板和上基板上，通过垂直电场控制液晶分子在竖直方向旋转以实现显示，ADS 显示模式像素结构示意图，图中像素电极和公共电极既在同一玻璃基板上，而且还在同一平面上，依靠水平电场控制液晶分子的转动，且像素电极采用透明电极ITO具有较高的透过率；

以上，通过对色彩的基础知识、彩色显示原理、彩色滤光片两种成像模式介绍，重点阐述了颜色产生过程及人眼识别的原理以及彩膜在TFT LCD 中的作用及基本结构，希望对生产研究过程有所帮助。

[1]李宏彦,杨久霞,吕艳英,陈军,南永卓,吴桔生.TFT-LCD用彩色滤光片[J].现代显示,2005(06):41-44.

[2]汪敏,凌安海,万异,谷至华.TFT-LCD彩色滤光片技术及其产业发展现状[J].现代显示,2009(11):22-25.

[3]李宏彦,王大巍,李邓根.LCD彩色滤光片技术发展[J].现代显示,2005(09):4-8.