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液晶(LCD)显示器的基本原理知识

时间:2010-05-15 14:11来源:未知 作者:admin 点击:
  随着技术的发展和人们要求的不断提高,对于原来传统的阴极射线管(CRT)显示器的体积大、重量大和功耗大的缺点越来越不满意。特别是在便携式、小型化和低功耗的应用中,人们期望着体积小、重量轻和功耗小的平板显示器的出现。在这种需求的推动下,液晶平板显示器(LCD)首先应用而生。由于液晶显示器(LCD)具有轻薄短小、低耗电量、无辐射,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等多方面的优势,在近年来价格不断下跌的吸引下,占领了相当大的市场,逐渐取代CRT主流地位。

  液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display)的显像原理,是将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间电场的驱动引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能,在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来,若加上彩色滤光片,则可显示彩色影像。

  液晶于1888年由奥地利植物学者Reinitzer发现,是一种介于固体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物,一般最常用的液晶型式为向列(nematic)液晶,分子形状为细长棒形,长宽约 1nm~10nm,在不同电流电场作用下,液晶分子会做规则旋转90度排列,产生透光度的差别,如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别,依此原理控制每个像素,便可构成所需图像。

液晶显示原理:在两片玻璃基板上装有配向膜,所以液晶会沿着沟槽配向,由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度,所以液晶分子成为扭转型,当玻璃基板没有加入电场时,光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转,通过下方偏光板,液晶面板显示白色;当玻璃基板加入电场时,液晶分子产生配列变化,光线通过液晶分子空隙维持原方向,被下方偏光板遮蔽,光线被吸收无法透出,液晶面板显示黑色。液晶显示器便是根据此电压有无,使面板达到显示效果。
LCD面板结构:LCD的面板厚度不到1公分,十分轻薄短小,它由二十多项材料及元件所构成,不同类型LCD所需材料不尽相同,基本上LCD 结构如同三明治般。一个液晶盒包括玻璃基板、彩色滤光片、偏光板、配向膜等材料,当灌入液晶材料(液晶空间不到5×10-6m)后,一个液晶盒就形成了。
LCD 产品种类:根据液晶驱动方式分类,可将目前LCD产品分为扭曲向列(TN/Twisted Nematic)型、超扭曲向列(STN/Super Twisted Nematic)型及薄膜晶体管(TFT/Thin Film Transistor)二大类。

1、TN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,不再按照正常的方式排列,而变成竖立的状态。而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,结果在显示屏上出现黑色。这样会形成透光时为白、不透光时为黑,字符就可以显示在屏幕上了。

2、TFT型液晶显示器的原理
TFT 型液晶显示器也采用了两夹层间填充液晶分子的设计。只不过是把TN上部夹层的电极改为了FET晶体管,而下层改为了共通电极。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液晶那样的从上至下,而是从下向上,这样的作法是在液晶的背部设置了类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出,借助液晶分子来传导光线。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变,也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是,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为止。

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液晶显示原理的最大不同
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