液晶显示技术综述
液晶(Liquid Crystal)是一种介于固态和液态之间的物质,是具有规则性分子排列的有机化合物.如果把它加热会呈现透明的液体状态,把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态.液晶按照分子结构排列的不同分为三种:类似粘土状的Smectic液晶,类似细火柴棒的Nematic液晶和类似胆固醇状的Cholestic液晶.这三种液晶的物理特性各不相同,用于液晶显示器的是第二类的Nematic液晶,采用此类液晶制造的液晶显示器被称为了LCD(Liquid Crystal Display).
1 液晶显示器技术初步
(1)液晶显示器的分类
按应用范围分类.
就使用范围分,液晶显示器分为两种:第一种是笔记本电脑(Notebook)液晶显示器Notebook LCD,这是目前我国最为常见的液晶显示器产品,它与笔记本电脑的其他部分连为一体,以轻便和小巧给其使用者带来了很多方便.第二种是桌面计算机(Desk top)液晶显示器Desktop LCD,是CRT传统显示器的替代产品,目前在国内还比较罕见.
按物理结构分类.
常见的液晶显示器按物理结构分为四种:1扭曲向列型(TN-Twisted Nematic);2超扭曲向列型(STN-SuperTN);3双层超扭曲向列型(DSTN-Dual Scan Tortuosity Nomograph);4薄膜晶体管型(TFT-Thin Film Transistor).前三种类型在名称上只有细微的差别,说明它们的显示原理具有很多共性.不同之处是液晶分子的扭曲角度各异.其中,DSTN可以算是这三种类型的"杰出"代表.由这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度仍比较差,可视角度较小,色彩也欠丰富,但它因结构简单,价格低廉,故还占有着一定市场.第四种TFT是现在最为常用的类型.TFT是指液晶显示器上的每一液晶像素点都由集成在其后的薄膜晶体管来驱动.TFT液晶显示器具有屏幕反应速度快,对比度好,亮度高,可视角度大,色彩丰富等特点,并克服了DSTN液晶显示器固有的一些弱点,比其他三种类型更具优势.确实可以算是当前液晶显示器的主流设备.
(2)液晶显示器的原理
液晶显示器的原理与CRT显示器大不相同,主要特色在于体积小,薄,重量轻,低辐射等.LCD是基于液晶电光效应的显示器件,包括段显示方式的字符段显示器件,矩阵显示方式的字符,图形,图像显示器件,矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等.液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性.在通电时导通,液晶排列变得有秩序,使光线容易通过;不通电时,排列则变得无序,从而阻止光线通过.
1TN液晶显示器的原理
TN液晶显示器是在一对平行放置的偏光板间填充了液晶.这一对偏光板的偏振光方向是相互垂直的.液晶分子在偏光板之间排列成多层.在同一层内,液晶分子的位置虽不规则,但长轴取向都是平行于偏光板的.正是由于分子按这种方式排列,所以被称为向列型液晶.另一方面,在不同层之间,液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90°.其中,邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向,与所邻接的偏光板的偏振光方向一致.也正是因为液晶分子呈现的这种扭曲排列,而被称为扭曲向列型液晶显示器.一旦通过电极给液晶分子加电之后,由于受到外界电压的影响,分子不再按照正常的方式排列,而变成竖立的状态.液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板,这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同.在正常情况下光线从上向下照射时,通常只有一个角度的光线能够穿透下来,通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中,再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出,形成一个完整的光线穿透途径.当液晶分子竖立时光线就无法通过,显示屏上出现黑色.其结果形成透光时为白,不透光时为黑,字符就可以显示在屏幕上了.
2TFT型液晶显示器的原理
新型的TFT液晶显示器的工作原理是建立在TN原理基础上的.两者的结构亦基本相同,亦采用两夹层间填充液晶分子的设计,只不过把TN上部夹层的电极改为FET晶体管,而下层改为共同电极.但两者的工作原理还是有一定的差别.在光源设计上,TFT的显示采用"背透式"照射方式,即假想的光源路径不是像TN液晶那样从上至下,而是从下向上.具体做法是在液晶的背部设置类似日光灯的光管.光源照射时先通过下偏光板向上透出,由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,它也是借助液晶分子来传导光线.在FET电极导通时,液晶分子的排列状态如TN液晶一样也会发生改变,也是通过遮光和透光来达到显示的目的.所不同的是,由于FET晶体管具有电容效应,能够保持电位状态,先前透光的液晶分子会一直保持这种状态,直到FET电极下一次再加电改变其排列方式.相对而言,TN就没有这个特性,液晶分子一旦没有施压,立刻就返回原始状态,这是TFT液晶和TN液晶显示的最大不同之处,亦是TFT液晶的优越之处.

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