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LCD原理和發(fā)展 |
| 作者：novar 欄目：技術(shù)交流 |
人們?cè)缭?a target="_blank" href="http://m.58mhw.cn/stock-ic/1888.html">1888年就發(fā)現(xiàn)了液晶這一呈液體狀的物質(zhì)，它是一種幾乎完全透明的物質(zhì)，同時(shí)呈現(xiàn)固體與液體的某些特征。液晶從形狀和外觀看上去都是一種液體，但它的水晶式分子結(jié)構(gòu)又表現(xiàn)出固體的形態(tài)。像磁場(chǎng)中的金屬一樣，當(dāng)受到外界電場(chǎng)影響時(shí)，其分子會(huì)產(chǎn)生精確的有序排列；如對(duì)分子的排列加以適當(dāng)?shù)目刂疲壕Х肿訉?huì)允許光線穿透；光線穿透液晶的路徑可由構(gòu)成它的分子排列來(lái)決定，這又是固體的一種特征。 六十年代起，人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會(huì)改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射。經(jīng)過反復(fù)測(cè)試，1968年，在美國(guó)發(fā)明了液晶顯示器件，隨后LCD液晶顯示屏就正式面世了。然而從第一臺(tái)LCD顯示屏的誕生以來(lái)，短短30年，液晶顯示器技術(shù)得到了飛速的發(fā)展：七十年代初，日本開始生產(chǎn)TN-LCD，并推廣應(yīng)用；八十年代初，TN-LCD產(chǎn)品在計(jì)算器上得到廣泛應(yīng)用；在1984年，歐美國(guó)家提出TFT-LCD和STN-LCD顯示技術(shù)之后，從八十年代末起，日本掌握了STN-LCD的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)，使LCD產(chǎn)業(yè)獲得飛速發(fā)展。 大約1971年，液晶顯示設(shè)備就在人類的生活中出現(xiàn)。這就是最初的TN-LCD（扭曲陣列）顯示器。盡管當(dāng)時(shí)還只是單色顯示，但在某些領(lǐng)域已開始加以應(yīng)用（例如醫(yī)學(xué)儀器等）。到八十年代初期，TN-LCD開始被應(yīng)用到電腦產(chǎn)品上。1984年，歐美國(guó)家提出STN-LCD（超扭曲陣列），同時(shí)TFT-LCD（薄膜式電晶體）技術(shù)也被提出，但技術(shù)和制程仍不夠成熟。到八十年代末期，由于日本廠商掌握著STN-LCD的主要生產(chǎn)技術(shù)，它們開始在生產(chǎn)線上進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，這算得上是LCD將要普及的信號(hào)。 1993年，在日本掌握TFT-LCD的生產(chǎn)技術(shù)后，液晶顯示器開始向兩個(gè)方向發(fā)展：一方向是朝著價(jià)格低、成本低的STN-LCD顯示器方向發(fā)展，隨后又推出了DSTN-LCD(雙層超扭曲陣列)；而另一方向卻朝高質(zhì)量的薄膜式電晶體TFT-LCD發(fā)展。日本在1997年開發(fā)了一批以550×670mm為代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生產(chǎn)線，并使1998年大尺寸的LCD顯示屏的價(jià)格比1997年下降了一半。1996年以后，韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣都投巨資建第三代的TFT-LCD生產(chǎn)線，準(zhǔn)備在1999年以后與日本競(jìng)爭(zhēng)。 中國(guó)內(nèi)地從八十年代初就開始引進(jìn)了TN-LCD生產(chǎn)線，是目前世界上最大的TN-LCD生產(chǎn)國(guó)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)引進(jìn)和建立LCD生產(chǎn)線40多條，有LCD配套廠30余家， 其中不乏TFT-LCD生產(chǎn)線。 從1971年開始，液晶作為一種顯示媒體使用以來(lái)，隨著液晶顯示技術(shù)的不斷完善和成熟，使其應(yīng)用日趨廣泛，到目前已涉及微型電視、數(shù)碼照相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)以及顯示器等多個(gè)領(lǐng)域。在其經(jīng)歷了一段穩(wěn)定、漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程后，液晶產(chǎn)品已摒棄了以前那種簡(jiǎn)陋的單色設(shè)備形象。 目前，它已在平面顯示領(lǐng)域中占據(jù)了一個(gè)重要的地位，而且?guī)缀跏枪P記本和掌上型電腦必備部分。1985年，自從世界第一臺(tái)筆記本電腦誕生以來(lái)， LCD液晶顯示屏就一直是筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)顯示設(shè)備，所以一談到LCD必定會(huì)與筆記本電腦扯上關(guān)系。LCD顯示器在筆記本電腦的發(fā)展歷程中也發(fā)揮過不同的作用，但隨著液晶顯示技術(shù)的不斷進(jìn)步，基于LCD在筆記本電腦市場(chǎng)占據(jù)多年的領(lǐng)先地位之后，具備平滑顯示屏幕的LCD液晶顯示器又開始逐步地進(jìn)入桌面系統(tǒng)市場(chǎng)。筆記本電腦為了達(dá)到輕、薄、小等功能，率先采用LCD液晶面板作為顯示器。發(fā)展至今，更多的電子產(chǎn)品都紛紛采用LCD作為顯示面板（如移動(dòng)電話、便攜式電視、游戲機(jī)等），因而也令LCD產(chǎn)業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展。 （一）按物理結(jié)構(gòu)分類 LCD按照物理結(jié)構(gòu)，可以分為雙掃描無(wú)源陣列顯示器(DSTN-LCD)和薄膜晶體管有源陣列顯示器(TFT-LCD)。而快速DSTN（HPA），性能界于兩者之間。具體參數(shù)比較見表1。 類型 反應(yīng)時(shí)間（ms） 對(duì)比度 視角 DSTN 300 25:1 20度 HPA 150 35:1 25度 TFT 80 100:1 45度 表1：幾種LCD顯示器類型的技術(shù)參數(shù)比較 DSTN（DUAL Scan Tortuosity Nomograph）雙掃描扭曲陣列 它是通過雙掃描方式來(lái)掃描扭曲向列型液晶顯示屏，來(lái)達(dá)到完成顯示的目的。DSTN是由超扭曲向列型顯示器（STN）發(fā)展而來(lái)的，由于DSTN采用雙掃描技術(shù)，因而顯示效果較STN有大幅度提高。筆記本電腦剛出現(xiàn)時(shí)主要是使用STN，其后是DSTN。STN和DSTN的反應(yīng)時(shí)間都較慢，一般約為300ms左右。從液晶顯示原理來(lái)看，STN的原理是用電場(chǎng)改變?cè)瓰?80度以上扭曲的液晶分子的排列從而改變旋光狀態(tài)，外加電場(chǎng)通過逐行掃描的方式改變電場(chǎng)，在電場(chǎng)反復(fù)改變電壓的過程中，每一點(diǎn)的恢復(fù)過程較慢，因而就會(huì)產(chǎn)生余輝現(xiàn)象。用戶能感覺到拖尾（余輝），一般俗稱為“偽彩”。由于DSTN顯示屏上每個(gè)像素點(diǎn)的亮度和對(duì)比度不能獨(dú)立控制，以至于顯示效果欠佳，由這種液晶體所構(gòu)成的液晶顯示器對(duì)比度和亮度較差、屏幕觀察范圍較小、色彩欠豐富，特別是反應(yīng)速度慢，不適于高速全動(dòng)圖像、視頻播放等應(yīng)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(jiǎn)單并且價(jià)格相對(duì)低廉（其價(jià)格一般要比同等配置下的TFT筆記本電腦低3千元左右），耗能也比TFT-LCD少，而視角小可以防止窺視屏幕內(nèi)容達(dá)到保密作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可以減小整機(jī)體積，因此，在少數(shù)筆記本電腦中仍采用它作為顯示設(shè)備，目前仍然占有一定的市場(chǎng)份額。 其實(shí)DSTN-LCD并非真正的彩色顯示器，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(yuǎn)，因而又稱為“偽彩顯”。DSTN的工作特點(diǎn)是這樣的：掃描屏幕被分為上下兩部分，CPU同時(shí)并行對(duì)這兩部分進(jìn)行刷新（雙掃描），這樣的刷新頻率雖然要比單掃描（STN）重繪整個(gè)屏幕快一倍，它提高了占空率，改善了顯示效果。由于DSTN分上下兩屏同時(shí)掃描，上下兩部分會(huì)出現(xiàn)刷新不同步，所以當(dāng)元件的性能不佳時(shí)，一般在使用過程中，顯示屏中央會(huì)出現(xiàn)一條模糊的水平亮線。不過，現(xiàn)在采用DSTN-LCD的電腦因CPU和RAM速率高且性能穩(wěn)定，這種不同步現(xiàn)象已經(jīng)很少碰見到了。 另外，由于DSTN的顯示屏上的像素信息是由屏幕左右兩側(cè)的晶體管控制一整行像素來(lái)顯示，每個(gè)像素點(diǎn)不能自身發(fā)光，是無(wú)源像點(diǎn)，所以反應(yīng)速度不快，屏幕刷新后會(huì)留下幻影，其對(duì)比度和亮度也低，圖像要比CRT顯示器暗得多。 HPA一般稱為高性能定址或快速DSTN 是DSTN的改良型，能提供比DSTN更快的反應(yīng)時(shí)間、更高的對(duì)比度和更大的視角，由于它具有與DSTN相近的成本，因此在低端筆記本電腦市場(chǎng)具有一定的優(yōu)勢(shì)。 TFT（Thin Film TRANSISTOR）即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管 所謂薄膜晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)。從而可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。 由于彩色顯示器中所需要的像素點(diǎn)數(shù)目是黑白顯示器的4倍，在彩色顯示器中像素大量增加，若仍然采用雙掃描形式，屏幕不能正常工作，必須采用有源驅(qū)動(dòng)方式代替無(wú)源掃描方式來(lái)激活像素。這樣就出現(xiàn)了將薄膜晶體管（TFT）、或薄膜二極管、或金屬－絕緣體－金屬（MIM）等非線性有源元件集成到顯示組件中的有源技術(shù)，用來(lái)驅(qū)動(dòng)每個(gè)像素點(diǎn)，使每個(gè)像素都能保持一定電壓，達(dá)到100％的占空化，但這無(wú)疑是將增加設(shè)備的功耗。 TFT屬于有源矩陣液晶顯示器（AM-LCD）中的一種，TFT-LCD的每個(gè)像素點(diǎn)都是由集成在自身上的TFT來(lái)控制，是有源像素點(diǎn)。因此，不但反應(yīng)時(shí)間可以極大地提高，起碼可以到80ms左右，而且對(duì)比度和亮度也大大提高了，同時(shí)分辨率也達(dá)到了空前程度。因其具有比其他兩種顯示器更高的對(duì)比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，俗稱“真彩”。 三種類型的對(duì)比 與DSTN-LCD和HPA相比，TFT的主要特點(diǎn)是在每個(gè)像素配置一個(gè)半導(dǎo)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(gè)像素都可通過點(diǎn)脈沖直接控制，因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，并可連續(xù)控制，這樣不僅提高了反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)在灰度控制上可以做到非常精確，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具有屏幕反應(yīng)速度快、對(duì)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(diǎn)，克服了兩者的原有的許多缺點(diǎn)，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CRT顯示器相當(dāng)，凡CRT顯示器所能顯示的各種信息都能同樣顯示，其效果已經(jīng)接近CRT顯示器。在有源矩陣LCD中，除了TFT-LCD外，還有一種黑矩陣LCD，是當(dāng)前的高品質(zhì)顯示技術(shù)產(chǎn)品。它的原理是將有源矩陣技術(shù)與特殊鍍膜技術(shù)相結(jié)合，既可以充分利用LCD的有源顯示特點(diǎn)，又可以利用特殊鍍膜技術(shù)，在減少背景光泄漏、增加屏幕黑度、提高對(duì)比度的同時(shí)，可減小在日常明亮工作環(huán)境下的眩光現(xiàn)象。 （一）液晶的物理特性 液晶的物理特性是：當(dāng)通電時(shí)導(dǎo)通，排列變的有秩序，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)上簡(jiǎn)單地說(shuō)，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材，稱為Substrates，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)排排站立或扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀，因而阻隔或使光束順利通過。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。將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開槽平面，液晶分子會(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。 （二）單色液晶顯示器的原理 LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說(shuō)，若一個(gè)平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90度。但當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，分子便會(huì)重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。 LCD是依賴極化濾光器(片)和光線本身。自然光線 |
| 2樓： | >>參與討論 |
| 作者： aihe 于 2005/8/24 11:41:00 發(fā)布：
好文章，頂一下 |
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