LCD的分類和顯示原理

1、LCD的分類和顯示原理常見的液晶顯示器按物理結(jié)構(gòu)分為四種:1扭曲向列型TN Twisted Nematic 丨；2超扭曲向列型STN- Super TN丨；3雙層超扭曲向列型DSTN- Dual Scan Tortuosity Nomograph ；4薄膜晶體管型TFT Thin Film Tran sistor。其中TN- LCD STN- LCD和DSYN- LCD的根本顯示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STN- LCD的液晶分子扭曲角度為180度甚至270度。而TFT LCD那么采用與TN系列LCD截然不同的顯示方式。其具體工作原理見下：1、TN型采用的是液晶顯示器中最根本

2、的顯示技術(shù)，而之后其它種類的液晶顯示器也是 以TN型為根底來進行改良。而且，它的運作原理也較其它技術(shù)來的簡單。請讀者參照下方 的圖片。圖中所表示的是 TN型液晶顯示器的簡易構(gòu)造圖，包括了垂直方向與水平方向的偏 光板，具有細紋溝槽的配向膜，液晶材料以及導電的玻璃基板。ilm型液晶昱示器顯承恵理死的情況-在不加電場的情況下，入射光經(jīng)過偏光板后通過液晶層，偏光被分子扭轉(zhuǎn)排列的液 晶層旋轉(zhuǎn)90度。在離開液晶層時，其偏光方向恰與另一偏光板的方向一致，所以光線能順 利通過，使整個電極面呈光亮。鞏型淞晶顯帀囂顯示原理；常的滴呪-當參加電場的情況時，每個液晶分子的光軸轉(zhuǎn)向與電場方向一致。液晶層也因此失去了旋光

3、的能力，結(jié)果來自入射偏光片的偏光，其方向與另一偏光片的偏光方向成垂直的關(guān)系，并無法通過，這樣電極面就呈現(xiàn)黑暗的狀態(tài)。TN型的顯像原理是將液晶材料置于兩片貼附光軸垂直偏光板的透明導電玻璃間，液晶分子會依附向膜的細溝槽方向，按序旋轉(zhuǎn)排列。如果電場未形成，光線就會順利的從偏光板射入，液晶分子將其行進方向旋轉(zhuǎn)，然后從另一邊射出。如果在兩片導電玻璃通電之后，玻璃間就會造成電場，進而影響其間液晶分子的排列，使分子棒進行扭轉(zhuǎn)，光線便無法穿透， 進而遮住光源。這樣得到光暗比照的現(xiàn)象，就叫做扭轉(zhuǎn)式向列場效應，簡稱TNFE twistednematic field effect。電子領(lǐng)域中所用的液晶顯示器，幾乎都

4、是用扭轉(zhuǎn)式向列場效應原 理制成的。2、STN型的顯示原理與 TN相類似。不同的是，TN扭轉(zhuǎn)式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90度，而STN超扭轉(zhuǎn)式向列場效應是將入射光旋轉(zhuǎn)180270度。必須在這里指出的是，單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形或稱黑白，并沒有方法做到色彩的變化。而STN液晶顯示器由于液晶材料的關(guān)系，以及光線的干預現(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丨分成三個子像素sub-pixel ，分別通過彩色濾光片顯示紅、黃、藍三原色，再經(jīng)由三原色比例之調(diào)和，也可

5、以顯示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶顯示器顯示屏幕做的越大，其屏幕比照度就會顯得較差， 不過藉由STN的改良技術(shù)，亦可以在一定程度上彌補比照度缺乏的情況。3、 DSTN是通過雙掃描方式來掃描扭曲向列型液晶顯示屏，從而到達完成顯示目的。DSTN是由超扭曲向列型顯示器STN開展而來的。由于DSTN采用雙掃描技術(shù)，因此顯示效果相對STN來說，有大幅度提高。筆記本電腦剛出現(xiàn)時主要是使用STN其后是DSTN STN和DSTN的反響時間都較慢，一般約為 300ms左右。從液晶顯示原理來看，STN的原理是通過電場改變原為 180 度以上扭曲的液晶分子的排列， 到達改變旋光狀態(tài)的目的。 外加電場那么通過

6、逐行 掃描的方式改變電場， 因此在電場反復改變電壓的過程中， 每一點的恢復過程都較慢， 這樣 就會產(chǎn)生余輝現(xiàn)象。用戶能感覺到拖尾余輝現(xiàn)象，也就是一般俗稱的“偽彩。由于 DSTN顯示屏上每個像素點的亮度和比照度都不能獨立控制，造成其顯示效果欠佳。由這種 液晶體所構(gòu)成的液晶顯示器比照度和亮度都比擬差、屏幕觀察范圍也較小、色彩不夠豐富， 特別是反響速度慢， 不適于高速全動圖像、視頻播放等應用。 一般只用于文字、表格和靜態(tài) 圖像處理，但是它結(jié)構(gòu)簡單并且價格相對低廉，耗能也比TFT-LCD少，而視角小也可以通過防止窺視屏幕內(nèi)容到達保密作用， 結(jié)構(gòu)簡單也減小整機體積和重量。 因此， 在少數(shù)筆記本電 腦中仍

7、采用它作為顯示設(shè)備。目前，DSTN液晶顯示屏仍然占有一定的市場份額。DSTN-LCD也不是真正的彩色顯示器，它只能顯示一定的顏色深度。與CRT的顏色顯示特性相距較遠，因而又稱為“偽彩顯。DSTN的工作特點是這樣的：掃描屏幕被分為上下兩局部，CPU同時并行對這兩局部進行刷新 雙掃描，這樣的刷新頻率雖然要比單掃描STNJ重繪整個屏幕快一倍，提高了占空率，改善了顯示效果。而且當DSTN分上下兩屏同時掃描時，上下兩局部就會出現(xiàn)刷新不同步的問題。 所以當內(nèi)部電子元件的性能不佳時， 顯示屏中 央可能會出現(xiàn)一條模糊的水平亮線。不過，現(xiàn)在采用DSTN-LCD勺電腦因CPU和RAM速率高且性能穩(wěn)定，這種不同步現(xiàn)

8、象已經(jīng)很少碰見到了。另外，由于DSTN顯示屏上的像素信息是由屏幕左右兩側(cè)的一整行晶體管控制下的像素 來顯示，而且每個像素點不能自身發(fā)光， 是無源像點。所以反響速度不快， 屏幕刷新后更可 能留下幻影，其比照度和亮度也比擬低，看到的圖像要比CRT顯示器里的暗得多。而HPA那么被稱為高性能定址或快速DSTN。它是DSTN的改良型，能提供比 DSTN更快的反響時間、更高的比照度和更大的視角。再加上它具有與DSTN相近的本錢，因此在低端筆記本電腦市場具有一定的優(yōu)勢。液晶屏幕的驅(qū)動方式單純矩陣鬼動方式-單純矩陣驅(qū)動方式是由垂直與水平方向的電極所構(gòu)成。選擇要驅(qū)動的部份，是由水 平方向的電壓來控制。而垂直方向

9、的電極那么負責驅(qū)動液晶分子。TN與STN型液晶顯示器所使用的是單純驅(qū)動電極方式，都是采用X、Y軸的交叉方式來驅(qū)動，如以下圖所示。因此如果顯示部份越做越大的話，那么中心部份的電極反響時間可能就會比擬長。而為了讓屏幕顯示一致，整體顯示速度就會變慢。講的簡單一點，就好象是當 CRT顯示器的屏幕更新頻率不夠快時，使用者就會感到屏幕閃爍、跳動；或著是當需要快速 顯示3D動畫時，顯示器的顯示速度卻無法跟上，顯示出來的要果可能就會有延遲的現(xiàn)象。所以，早期的液晶顯示器在尺寸上有一定的限制，而且并不適合用來看電影、玩3D游戲。-主動式矩陣的驅(qū)動方式是讓每個畫素都對應一個組電極，它的構(gòu)造有點像 DRAM勺回路方式

10、，電壓通過掃描或稱作一定時間充電方式，來表示每個畫素的狀態(tài)。為了改善此前出現(xiàn)的問題，后來液晶顯示技術(shù)大多采用主動式矩陣active-matrixaddressing的方式來驅(qū)動。這也是目前到達高資料密度液晶顯示效果的理想裝置，而且分辨率極高。方法是利用薄膜技術(shù)所做成的硅晶體管電極，通過掃描法來選擇任意一個顯示點pixel丨的開與關(guān)。這其實就是利用容易控制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型液晶顯器導電玻璃上細小的網(wǎng)狀線路中，電極是由薄膜式晶體管所排列而成的矩陣開關(guān)，在每個線路相交的地方都有著相應的控制匣。雖然驅(qū)動訊號快速地在各顯示點掃瞄而過，但只有電極上晶體管

11、矩陣中被選擇的顯示點，才能得到足以驅(qū)動液晶分子的電壓。這樣就使得液晶分子軸轉(zhuǎn)向，并形成亮的比照，而不被選擇的顯示點自然就是暗的 比照。這也防止了顯示功能對液晶電場效應能力的依靠。4、TFT型液晶顯示器的運作原理TFT型的液晶顯示器較為復雜，主要是由：螢光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等構(gòu)成。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，這些光源會先經(jīng)過一個偏光板然后再經(jīng)過液晶。這時液晶分子的排列方式就會改變穿透液晶的光線角度，然后這些光線還必須經(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)的光線強度

12、與色彩， 這樣就能在液晶面板上變化出有不同色調(diào)的顏色組合了。TFT-LCD的每個像素點都是由集成在自身上的TFT來控制的，它們是有源像素點。因此,不但反響時間可以極大地加快，起碼可以到80ms左右；比照度和亮度也大大提高了；同時分辨率也得到了空前的提升。因為它具有更高的比照度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，所以我們稱之為“真彩。目前市面上的 LCD液晶顯示器主要有兩類：DSTN dual-sca n twisted nematic ，雙掃 描交錯液晶顯示和 TFTthin filmtransistor ，薄膜晶體管顯示，也就是被動矩陣無 源矩陣和主動矩陣有源矩陣兩種。與DSTN相比，TFT的主要特點是在每個像素配置一個半導體開關(guān)器件，其加工工藝類 似于大規(guī)模集成電路。 由于每個像素都可通過點脈沖直接控制， 使得每個節(jié)點相對獨立， 并 可以連續(xù)控制。 這樣不僅提高了反響時間， 同時在灰度控制上也可以做到非常精確， 這就是 TFT色彩較DSTN更為逼真的原因。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色顯示設(shè)備之一，TFT-LCD 具有屏幕反響速度快、比照度和亮度都較高、 屏幕可視角度大、色彩豐富、 分辨率高等等特 點，克服了兩者的原有的許多缺點，是目前桌面型LCD顯示器和筆記本電腦 LCD顯示屏的主流顯示設(shè)備。在色彩顯示性能方面與 C