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LCD 液晶面板的结构
LCD为Liquid-Crystal Display液晶显示器的缩写，其形态介于固体与液体之间，同时具有晶体折射光的特性，以及液体的流动性。此外液晶还有个特性，能够在施加电场的情况下，液晶分子可呈现一致性的排列，藉由这2种性质控制光的行径方向。
偏光片限制偏振方向
在LCD面板的上下2侧，有着1片限制光偏振方向的偏光片，此偏光片结构类似于百叶窗，仅能通过与缝隙相同偏振方向的光，其他偏振方向的光均会被挡下。接下来这些固定方向的偏振光，藉由面板内部的液晶导引，来到外层的偏光片；由于施加电场不同的关系，液晶会有不同程度方向的偏转，造成不同比例的光能够转成与最外层偏光片相同的方向，于是便可显示明暗。
偏光片会挡下大部分与光栅不同偏振方向的光，因此屏幕整体亮度衰减最大的部分就是在偏光片上，有可能近90％的光线都被挡掉。近期也有部分专利在于转换背光的偏振方向，使其能够和偏光片方向一致，提高背光利用率。
 ▲背光在经过不同方向的偏光片的滤光效果。
薄膜晶体管玻璃基板
光通过第一层偏光片后，正式进入利用液晶控制偏振角度的步骤，为了控制液晶的偏转角度，须要有正负电极形成电场，而此部分由透明的玻璃为基板制成电子回路，在玻璃上使用半导体制程不断重复执行薄膜沉积、光阻涂布、光罩曝光、显影、蚀刻、去光阻等程序。因为在玻璃上不断沉积薄膜形成电路，所以称作薄膜晶体管TFT。
玻璃基板方面，因为不同应用场合的关系，可分为一般玻璃与石英玻璃。石英玻璃因为较能耐受高温，因此适合须摄氏1000度以上，将非结晶硅结构转换成多晶硅结构的HTPS制程使用。其余包括a-Si非结晶硅、IGZO铟镓锌氧化物、CGS连续结晶、LTPS低温多晶硅等TFT材料的玻璃不需承受高温，因此使用一般的玻璃即可。  ▲单一像素的构造，电容与液晶并联，在TFT关闭时才可保持状态。
电子迁移率不同的材料 现在我们把玻璃上的单一像素放大来看，每个像素都是由1个TFT薄膜晶体管、1个电容、1组ITO氧化铟锡所组成，TFT的闸极连接到面板的扫瞄线、源极则是连接到面板的信号线，当在闸极施加电压时，源极的信号就可以流到汲极的ITO上，ITO在像素液晶的上下方玻璃各有1个，用以形成电场（IPS面板的ITO则在同一片玻璃上）；在闸极关闭的时候，没有从源极传来的信号，此时就靠与ITO并联的电容保持液晶的状态。
在液晶面板ppi越做越高的情况下，TFT的材料越显重要，因为从源极到汲级之间材料的电子迁移率影响TFT的大小，而TFT的部分是不透光的，电子迁移率越小的材料需要越大的面积维持其效能，越大的TFT代表遮住的光越多，屏幕开口率越小；如果想要保持同样亮度的情形下，就必须使用更亮的背光弥补被TFT遮去的亮度，造成耗电量增高。
若是以目前可商业化应用的TFT材料来说，可分为a-Si非晶硅，金属氧化物的IGZO，以及HTPS、LTPS、CGS的多晶硅，其电子迁移率的大小按照顺序为多晶硅＞金属氧化物＞非晶硅。多晶硅的制备需要高温让硅原子间相互结合（HTPS的制备方式），因此将结晶时的温度往下调便可降低成本和制作难度。LTPS使用雷射在玻璃表面的非晶硅上扫瞄，使其接受雷射能量后转变为多晶硅结构。由于LTPS的能量只集中在玻璃表层，不需整片玻璃加热，因此使用一般玻璃即可。
CGS连续结晶目前则是利用金属诱导的方式制作，先在玻璃上附着非晶硅，接着在其上覆盖1层金属，加热之后在非晶硅和金属接面处互融，退火之后金属会在表层析出，利用蚀刻法把金属层去掉之后，就会留下底层的多晶硅。IGZO则是目前日本Sharp的主力，虽然其电子迁移率不若多晶硅，但是IGZO材料比多晶硅软，适合应用在软性基板上，制作可绕曲式屏幕，且IGZO于关闭状态时的漏电流较非晶硅和LTPS小。  ▲单一像素的剖面图，目前各家极力研究源极和汲极中间那块的替代材料。
配向膜维持液晶配向 液晶物质并非直接碰触TFT电路，其中还有个配向膜，配向膜的主要用意在于让液晶在没有电场施加的情况下，能够有着一致的方向性。配向膜的配向方式可用摩擦或是紫外线照射的方式配向，使其表面的分子结构能够呈现一致性的排列方向或是产生沟槽，之后放上液晶时，液晶分子会因为配向膜的氢键、凡德瓦力、沟槽而使得排列方向一致，直到施加电场时才会改变其角度，电场消失时又可回复其原先的状态。
关键词：氢键
氢原子除了以共价键与其它原子结合外，也会和电负度较强的原子相互吸引，此种吸引力可以跨分子或是在分子内发生。
关键词：凡德瓦力
分子间作用力，其作用力会受到分子极性大小与分子量大小而改变，除氢键属于凡德瓦力之外，尚有极性分子和极性分子之间的偶极-偶极力、极性分子诱导非极性分子产生极性的偶极-诱导偶极力、非极性分子因电子分布差异瞬间极化的伦敦分散力。
液晶排列分3种
大家都知道，目前液晶屏幕依据液晶分子排列和扭转方向主要可分为3种：TN、VA、IPS。TN液晶面板的排列方式，为持续旋转的螺旋排列，就像是螺旋梯一般，没有施加电场时光可透过此螺旋结构导引出前方的偏光片，因此液晶面板可供光通过。若施加电场时，则液晶分子会慢慢的与面板垂直，此时光并无法透过去，因此面板看起来是暗的。TN存在着视角过小的问题，因为其螺旋状的结构导致液晶分子扭转的角度不同，面向面板在不同角度下观看到的亮度并不相同，虽然可在面板最外层加上补偿模，还是无法完全解决。
VA则与TN相反，未通电时液晶分子与面板是垂直的，也没有螺旋排列，此时面板是暗色不透光的。当施加电场时，液晶分子慢慢的躺下与面板平行，此时可透光，于是便呈现亮色。其实VA面板的可视角度比TN还要差，因为液晶分子的排列呈现单一方向。之后厂商将VA面板的分子分成向多种方向倾倒，才可获得广视角的效果。
IPS液晶的排列方式较为特殊，其ITO电极部分皆在底部玻璃基板，所以无论通电与否，液晶分子都会平行于面板，只是会像风车一样在平面旋转，不通电时为不透光暗色，通电后为透光的亮色。以上3种只是个大致上的分类，实际应用上各厂商会有许多不同的技术降低成比或是提高效能，在此不一一描述。  ▲左方为TN屏幕的液晶排列方式，中间为MVA，最右方为IPS。
彩色滤光片调出颜色 在文章开头就说到，LCD本身并不发光，仅能决定光通过的量，而且还无法改变光的颜色。目前做法是采用彩色滤光片摆在面板前方，将白色背光分别滤出红、绿、蓝三原色，而为了控制混色的比例，1个像素点仅能滤出1种颜色，需要3个像素点才能组合出1个完整的像素，此时我们称红、绿、蓝单独的点为子像素。
市面上所谓的广色域屏幕，除了背光发出的光谱要够宽之外，彩色滤光片滤出的光也要够为纯净，两者配合之下才可显示出更广的色域。到此，彩色滤光片要贴合到TFT薄膜晶体管所在的玻璃基板上了，不过在贴合之前，会先在此面板的四周上胶，玻璃基板与彩色滤光片中间填入液晶之前会先填入透明的间隙物，支撑出一定的空间，避免液晶厚度不均的问题。间隙物的配置方式也从刚开始的随机乱洒，到现在则可直接在彩色滤光片的黑色区间以显影曝光的方式长出，液晶材料的厚度控制更为精准。
 ▲原本背光为白色，须加上滤光片才可滤出3原色R、G、B。
最外层的表面处理 彩色滤光片、液晶、TFT玻璃基板组装完成之后，再贴上偏光片就大功告成了，外围的光学增亮膜就看厂商依据成本、产品定位等考虑要不要贴附。
最外围的表面处理可分为3种：HC、AG、AR，HC在最外围贴上1层较硬的薄膜，主要功能为防刮，对于外界的强光照射在面板上的反光无能为力。AG为防眩光处理，膜的表层具有半球状结构，能够将过强的外界光线朝不同方向散射出去，让反光现象降到最低；但此种薄膜相当不适合在户外使用，过强的环境光被AG膜散射之后，会让屏幕看起来泛白。加上现在的面板像素越做越小，有时1个子像素刚好对应1个半圆形的结构，导致1个完整的像素中可能只有1个子像素的颜色折射到我们的眼睛中，在白底的网页中很容易发现色彩杂点，观看并不舒服，须使用表面结构更小的AG膜解决。
最后一种为AR防反光处理，AR在表面镀上1层薄薄的镀膜，这层镀膜反射的光相位和入射光相位相反，所以能够降低反光现象，此种镀膜在一定的角度观看下会呈现绿、蓝、紫等颜色。此外，也可在屏幕面板外层增加1层玻璃，精密控制屏幕与玻璃之间的距离并填入光学胶水，让光从玻璃进入屏幕与玻璃之间的空隙后，就在此空隙进行全反射，不会再从玻璃面射出造成反光现象。  ▲液晶屏幕若是最外层采用AR镀膜，于特定角度下可以看见绿、蓝、紫等色。  ▲可将光导入液晶面板与玻璃之间进行全反射，反射光不射出就不会让人眼看到反光。
触控与显示面板结合 自从iPhone带起手机革命之后，触控在此类装置上越显重要，可惜在显示面板上直接覆盖1层触摸板会降低面板的显色效果，并不利市场推广和消费者所接受。在此类小型触控装置中，可以使用电阻式和电容式触控面板，电阻式面板因为无法使用硬质表面、透光率差和需定期矫正等缘故，几乎完全被电容式面板所取代。
为了尽量降低触控面板对显示效果的影响，以及产品薄型化、轻量化的缘故，电容式触控面板逐渐跟机身内其他零件结合。与显示面板结合的分为In-cell和On-cell，与保护玻璃结合则是OGS技术。
关键词：OGS
One Glass Solution，单片式玻璃触控面板，把原先需使用多片玻璃或薄膜的GG、GF结构，改为1片玻璃即可。
In-Cell把原先需加在面板与外层保护玻璃之间的触控面板，整合进入原先液晶的控制电路内部，无论是在厚度或是透光率方面都与原本的显示面板无异，是目前最佳的整合方式，以Apple的iPhone系列作为代表。缺点为增加制造复杂度，液晶屏幕成品良率会下降，感应电路也因为相当靠近控制液晶的电路，容易受到噪声干扰，须加强噪声滤波设计。On-cell则是将感应电路加在彩色滤光片或是最外层的偏光片，面板厚度会增加1点点，但良率可比In-cell高出一些，三星的AMOLED即是使用了On-cell。
最后一种不必改变屏幕制程的OGS单片玻璃解决方案，则是去除掉原本触控线路的基板载体，将电路布在最外层保护玻璃的背面，好处为制作难度较低、在大尺寸应用下较In-cell/On-cell佳，也因为离液晶电路较远，所受到的噪声影响较小。
避专利、求进步
行文至此，大概把液晶屏幕从里到外的构造大致提过，也因应最近新材料的开发和行动装置当道简略说明了不同制程和触控整合。除了液晶面板本身之外，在其面板四周还会整合驱动IC，整合驱动IC之后就是装箱运送到不同的组装厂。组装厂再把DVI、D-sub、HDMI、DisplayPort等传输规格转换为面板可接受讯号的scaler，以及背光电源模块整合之后，就是你我熟悉的显示器屏幕。 屏幕这领域还在不停的进步，除本次没有谈到的OLED、E-ink、Mirasal之外，Sharp甚至在今年于日本举行的Ceatec展中，展示与高通合作的IGZO微机电屏幕，去除液晶改用微机电控制背光通过时间占比显示明暗，未来如果还有机会再介绍这些好玩的显示科技。
 ▲侧光式背光液晶屏幕的整体组成架构，不同厂商所制造出的面板有可能会有增减构造的情形，但基本原理是一样的。 |
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