LCD的分類和顯示原理

LCD的分類和顯示原理常見的液晶顯示器按物理結構分為四種：（1）扭曲向列型（TN－TwistedNematic）；（2）超扭曲向列型（STN－SuperTN）；（3）雙層超扭曲向列型（DSTN－DualScanTortuosityNomograph）；（4）薄膜晶體管型（TFT－ThinFilmTransistor）。其中TN－LCD、STN－LCD和DSYN－LCD的基本顯示原理都相同，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則采用與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基本的顯示技術，而之后其它種類的液晶顯示器也是以TN型為基礎來進行改良。而且，它的運作原理也較其它技術來的簡單。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。---在不加電場的情況下，入射光經過偏光板后通過液晶層，偏光被分子扭轉排列的液晶層旋轉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。---當加入電場的情況時，每個液晶分子的光軸轉向與電場方向一致。液晶層也因此失去了旋光的能力，結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系，并無法通過，這樣電極面就呈現黑暗的狀態(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，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，光線便無法穿透，進而遮住光源。這樣得到光暗對比的現象，就叫做扭轉式向列場效應，簡稱TNFE（twistednematicfieldeffect）。電子領域中所用的液晶顯示器，幾乎都是用扭轉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扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90度，而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180~270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），并沒有辦法做到色彩的變化。而STN液晶顯示器由于液晶材料的關系，以及光線的干涉現象，因此顯示的色調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（colorfilter），并將單色顯示矩陣之任一像素（pixel）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，再經由三原色比例之調和，也可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，其屏幕對比度就會顯得較差，不過藉由STN的改良技術，亦可以在一定程度上彌補對比度不足的情況。3、DSTN是通過雙掃描方式來掃描扭曲向列型液晶顯示屏，從而達到完成顯示目的。DSTN是由超扭曲向列型顯示器（STN）發(fā)展而來的。由于DSTN采用雙掃描技術，因此顯示效果相（pixel）的開與關。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狀線路中，，電極是由薄膜式晶體管所排列而成的矩陣開關，在每個線路相交的地方都有著相應的控制匣。雖然驅動訊號快速地在各顯示點掃瞄而過，但只有電極上晶體管矩陣中被選擇的顯示點，才能得到足以驅動液晶分子的電壓。這樣就使得液晶分子軸轉向，并形成「亮」的對比，而不被選擇的顯示點自然就是「暗」的對比。這也避免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，這些光源會先經過一個偏光板然后再經過液晶。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的光線強度與色彩，這樣就能在液晶面板上變化出有不同色調的顏色組合了。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，不但反應時間可以極大地加快，起碼可以到80ms左右；對比度和亮度也大大提高了；同時分辨率也得到了空前的提升。因為它具有更高的對比度和更豐富的色彩，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-scantwistednematic，雙掃描交錯液晶顯示）和TFT（thinfilmtransistor，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。這樣不僅提高了反應時間，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彩色顯示設備之一，TFT-LCD具有屏幕反應速度快、對比度和亮度都較高、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備。在色彩顯示性能方面與CRT顯示器相當，凡CRT顯示器所能顯示的各種信息都能同樣顯示，其顯示效果已經接近CRT顯示器。在有源矩陣LCD中，除了TFT-LC