液晶顯示器基礎(chǔ)知識(shí)..docx

1、液晶顯示器基礎(chǔ)知識(shí)（一）、液晶顯示器的顯像原理1、什么是液晶液晶是介于固態(tài)和液態(tài)之間，不但具有固態(tài)晶體光學(xué)特性，又具有液態(tài)流動(dòng)特性，所以液晶可以說是處于一個(gè)中間相的物質(zhì)。 而要了解液晶的所產(chǎn)生的光電效應(yīng)，我們必須先來解釋液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity） 與彈性（ elasticity）和其極化性（ polarizalility）。液晶的黏性和彈性從流體力學(xué)的觀點(diǎn)來看，可說是一個(gè)具有排列性質(zhì)的液體， 依照作用力量的不同方向， 會(huì)有不同的效果。就好像是將一簇細(xì)短木棍扔進(jìn)流動(dòng)的河水中， 短木棍隨著河水流著， 起初顯得凌亂，過了一會(huì)兒，所有短木棍的長(zhǎng)軸都自然的變成與河水流動(dòng)的方向一

2、致，達(dá)到排列狀態(tài)， 這表示黏性最低的流動(dòng)方式， 也是流動(dòng)自由能最低的一個(gè)物理模型。此外，液晶除了有黏性的特性反應(yīng)外， 還具有彈性的表現(xiàn)， 它們都是對(duì)于外加的力，呈現(xiàn)出方向性的特點(diǎn)。 也因此光線射入液晶物質(zhì)中， 必然會(huì)按照液晶分子的排列方式傳播行進(jìn)， 產(chǎn)生了自然的偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 至于液晶分子中的電子結(jié)構(gòu)， 都具備著很強(qiáng)的電子共軛運(yùn)動(dòng)能力， 所以，當(dāng)液晶分子受到外加電場(chǎng)的作用， 便很容易的被極化產(chǎn)生感應(yīng)偶極性（ induced dipolar ），這也是液晶分子之間互相作用力量的來源。而一般電子產(chǎn)品中所用的液晶顯示器， 就是利用液晶的光電效應(yīng)， 藉由外部的電壓控制，再通過液晶分子的光折射特性， 以及對(duì)

3、光線的偏轉(zhuǎn)能力來獲得亮暗差別（或者稱為可視光學(xué)的對(duì)比），進(jìn)而達(dá)到顯像的目的。2、液晶的光學(xué)特性液晶同固態(tài)晶體一樣具有特異的光學(xué)各向異性。而且這種光學(xué)各向異性伴隨分子的排列結(jié)構(gòu)不同將呈現(xiàn)不同的光學(xué)形態(tài)。 例如，選擇不同的初期分子取向和液晶材料，將分別得到旋光性、雙折射性、吸收二色性、光散射性等各種形態(tài)的光學(xué)特性。一旦使分子取向發(fā)生變化， 這些光學(xué)特性將隨之變化， 于是在液晶中傳輸?shù)墓饩褪艿秸{(diào)制。由此可見，變更分子的排列狀態(tài)即可實(shí)行光調(diào)制。由于液晶是液體，分子排列結(jié)構(gòu)不象固態(tài)晶體那樣牢固。另一方面液晶又具有顯著的介電各向異性 和自發(fā)偶極子P0。一旦給液晶層施加上電壓，則在介電各向異性 和自發(fā)偶極子

4、 P0 和電場(chǎng)的相互作用下，分子排列狀態(tài)很容易發(fā)生變化。因此利用外加電場(chǎng)即可改變液晶分子取向， 產(chǎn)生調(diào)制。這種由電場(chǎng)產(chǎn)生的光調(diào)制現(xiàn)象叫做液晶的電光效應(yīng)（ electro-optic effect ）。它是液晶顯示的基礎(chǔ)。這種光學(xué)特性可通過表面處理、液晶材料選擇、電壓及其頻率的選擇獲得。3、液晶的物理特性液晶的物理特性是：當(dāng)通電施加上電場(chǎng)時(shí)，液晶排列變得有秩序，使光線容易通過；不通電時(shí)排列混亂， 阻止光線通過。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透，從技術(shù)上說，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃薄板，中間夾著一層液晶。當(dāng)光束通過這層液晶時(shí)， 液晶本身會(huì)一排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀， 因而阻隔或使光束順

5、利通過。 大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)復(fù)合物， 由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成。 在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。但將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子長(zhǎng)軸會(huì)順著槽排列。 所以，假如那些槽非常平行， 則各分子也是完全平行的。4、液晶顯示器的分類液晶顯示器，英文通稱為L(zhǎng)CD（Liquid Crystal Display），是屬于平面顯示器的一種，依驅(qū)動(dòng)方式來分類可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static）、被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（SimpleMatrix）以及主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）三種。其中，被動(dòng)矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭轉(zhuǎn)式向列型 （Super Twis

6、ted Nematic ；STN）及其它被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器；而主動(dòng)矩陣型大致可區(qū)分為薄膜式晶體管型（ ThinFilm Transistor ；TFT）及二端子二極管型（ Metal/Insulator/Metal ；MIM）二種方式。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)分段型TN被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)扭轉(zhuǎn)向列型（ TN） 超扭轉(zhuǎn)向列型（ STN）強(qiáng)誘電型（ FLC）高分子分散型（ PDLC）二極體元件（ MIM）薄膜式電晶體（ TFT）主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)TN、STN 及 TFT 型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)原理之不同，在視角、彩色、對(duì)比及動(dòng)畫顯示品質(zhì)上有高低程次之差別（如圖 6），使其在產(chǎn)品的應(yīng)用范圍分類亦有明顯區(qū)隔。 以目前

7、液晶顯示技術(shù)所應(yīng)用的范圍以及層次而言， 主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以薄膜式晶體管型（ TFT）為主流，多應(yīng)用于筆記型計(jì)算機(jī)及動(dòng)畫、影像處理產(chǎn)品。而單純矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前則以扭轉(zhuǎn)向列（TN）、以及超扭轉(zhuǎn)向列（STN）為主，目前的應(yīng)用多以文書處理器以及消費(fèi)性產(chǎn)品為主。器在這之中， TFT 液晶顯示所需的資金投入以及技術(shù)需求較高， 而 TN 及 STN 所需的技術(shù)及資金需求則相對(duì)較低。5、顯示器的顯像原理目前液晶顯示技術(shù)大多以TN、STN、TFT 三種技術(shù)為主軸，因此我們就這從這三種技術(shù)來探討它們的運(yùn)作原理。TN 型的液晶顯示技術(shù)可說是液晶顯示器中最基本的，而之后其它種類的液晶顯示器也可說是以 TN 型為原

8、點(diǎn)來加以改良。同樣的，它的運(yùn)作原理也較其它技術(shù)來的簡(jiǎn)單。其顯像原理是將液晶材料置于兩片貼附光軸垂直偏光板之透明導(dǎo)電玻璃間，液晶分子會(huì)依配向膜的細(xì)溝槽方向依序旋轉(zhuǎn)排列， 如果電場(chǎng)未形成， 光線會(huì)順利的從偏光板射入，依液晶分子旋轉(zhuǎn)其行進(jìn)方向，然后從另一邊射出，形成了亮的效果如果在兩片導(dǎo)電玻璃通電之后， 兩片玻璃間會(huì)造成電場(chǎng)， 進(jìn)而影響其間液晶分子的排列，使其分子棒進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，光線便無法穿透，進(jìn)而遮住光源，形成了暗的效果這樣所得到光暗對(duì)比的現(xiàn)象，叫做扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)，簡(jiǎn)稱TNFE（ twistednematicfield effect ）。在電子產(chǎn)品中所用的液晶顯示器，幾乎都是用扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)原理所

9、制成。STN 型的顯示原理也似類似， 不同的是 TN 扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn) 90 度，而 STN 超扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)是將入射光旋轉(zhuǎn) 180270 度。要在這邊說明的是，單純的 TN 液晶顯示器本身只有明暗兩種情形（或稱黑白），并沒有辦法做到色彩的變化。而 STN 液晶顯示器牽涉液晶材料的關(guān)系，以及光線的干涉現(xiàn)象，因此顯示的色調(diào)都以淡綠色與橘色為主。但如果在傳統(tǒng)單色 STN 液晶顯示器加上一彩色濾光片（color filter），并將單色顯示矩陣之任一像素（pixel）分成三個(gè)子像素（ sub-pixel 色比），分別透過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原例之調(diào)和，也

10、可以顯示出全彩模式的色彩。另外，屏幕TN 型的液晶顯示器如果顯示做的越大，其屏幕對(duì)比度就會(huì)顯得較差，不過藉由 STN 的改良技術(shù)，則可以彌補(bǔ)對(duì)比度不足的情況。6、液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)方式在 TN 與 STN 型的液晶顯示器中，所使用單純驅(qū)動(dòng)電極的方式， 都是采用 X、Y 軸的交叉方式來驅(qū)動(dòng)，如圖（ 9）所示，因此如果顯示部份越做越大的話，那么中心部份的電極反應(yīng)時(shí)間可能就會(huì)比較久。 而為了讓屏幕顯示一致， 整體速度上就會(huì)變慢。講的簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就好象是 CRT 顯示器的屏幕更新頻率不夠快，那是使用者就會(huì)感到屏幕閃爍、跳動(dòng)；或著是當(dāng)需要快速 3D 動(dòng)畫顯示時(shí)，但顯示器的顯示速度卻無法跟上，顯示出來的要果可

11、能就會(huì)有延遲的現(xiàn)象。 所以，早期的液晶顯示器在尺寸上有一定的限制，而且并不適合拿來看電影、或是玩3D游戲。為了改善此一情形，后來液晶顯示技術(shù)采用了主動(dòng)式矩陣（active-matrixaddressing）的方式來驅(qū)動(dòng)，這是目前達(dá)到高資料密度液晶顯示效果的理想裝置，技且分辨率極高。方法是利用薄膜術(shù)所做成的硅晶體管電極，利用掃描法來選擇任意一個(gè)顯示點(diǎn)（pixel）的開與關(guān)。這其實(shí)是利用薄膜式晶體管的非線性功能來取代不易控制的液晶非線性功能。在 TFT 型液晶顯器中，導(dǎo)電玻璃上畫上網(wǎng)狀的細(xì)小線路，電極則由是薄膜式晶體管所排列而成的矩陣開關(guān)， 在每個(gè)線路相交的地方則有著一弄控制匣， 雖然驅(qū)動(dòng)訊號(hào)快速

12、地在各顯示點(diǎn)掃瞄而過， 但只有電極上晶體管矩陣中被選擇的顯示點(diǎn)得到足以驅(qū)動(dòng)液晶分子的電壓，使液晶分子軸轉(zhuǎn)向而成亮的對(duì)比，不被選擇的顯示點(diǎn)自然就是暗的對(duì)比，也因此避免了顯示功能對(duì)液晶電場(chǎng)效應(yīng)能力的依靠。7、液晶屏的結(jié)構(gòu)TFT 型的液晶顯示器較為復(fù)雜，主要的構(gòu)成包括了，螢光管、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。首先液晶顯示器必須先利用背光源， 也就是螢光燈管投射出光源， 這些光源會(huì)先經(jīng)過一個(gè)偏光板然后再經(jīng)過液晶，這時(shí)液晶分子的排列方式進(jìn)而改變穿透液晶的光線角度。 然后這些光線接下來還必須經(jīng)過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。 因此我們只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最后出現(xiàn)的光線強(qiáng)度與色彩， 并進(jìn)而能在液晶面板上變化出有不同深淺的顏色組合了。8、液晶顯示器的基本電路組成液晶顯示器的基本組成結(jié)構(gòu)比 CRT 顯示器的基本組成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單很多，而且液晶顯示器制作工藝比 CRT 顯示器更高，元件貼技術(shù)使用普遍，集成度很高。具體回路包含：信號(hào)處理回路、供電回路、升壓回路、液晶面板。信號(hào)處理回路 （包含調(diào)整控制回路） PC、信號(hào)、供電、回路、液晶面板、面板驅(qū)、動(dòng)信號(hào)、市電升壓、回路、信號(hào)處理回路。信號(hào)回路主要負(fù)責(zé)對(duì) PC 輸出信號(hào)的處理， 包括 D/A 轉(zhuǎn)換、圖像縮放、圖像彩色處理，通過對(duì)圖像信號(hào)怕處理， 產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)