液晶顯示器的工作原理

國內(nèi)計算機市場各種品牌的純平顯示器之間強烈的競爭，各個商家都想在純平這塊大蛋糕上分得最大的份額。而當人們像當初搬15英寸顯示器一樣把純平買回家后。我們不僅要問：下一代顯示器的熱點是什么呢？矛頭直指液晶顯示器。液晶顯示器具有圖像清晰精確、平面顯示、厚度薄、重量輕、無輻射、低能耗、工作電壓低等優(yōu)點。
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液晶顯示器的分類
液晶顯示器按照控制方式不同可分為被動矩陣式LCD及主動矩陣式LCD兩種。
1.? 被動矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制，反應速度也較慢。由于畫面質量方面的問題，使得這種顯示設備不利于發(fā)展為桌面型顯示器，但由于成本低廉的因素，市場上仍有部分的顯示器采用被動矩陣式LCD。被動矩陣式LCD又可分為TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD，雙層超扭曲向列LCD)。
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2.? 目前應用比較廣泛的主動矩陣式LCD，也稱TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶體管LCD)。TFT液晶顯示器是在畫面中的每個像素內(nèi)建晶體管，可使亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積。與CRT顯示器相比，LCD顯示器的平面顯示技術體現(xiàn)為較少的零件、占據(jù)較少的桌面及耗電量較小，但CRT技術較為穩(wěn)定成熟。
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液晶顯示器的工作原理

我們很早就知道物質有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種型態(tài)。液體分子質心的排列雖然不具有任何規(guī)律性，但是如果這些分子是長形的(或扁形的)，它們的分子指向就可能有規(guī)律性。于是我們就可將液態(tài)又細分為許多型態(tài)。分子方向沒有規(guī)律性的液體我們直接稱為液體，而分子具有方向性的液體則稱之為“液態(tài)晶體”，又簡稱“液晶”。液晶產(chǎn)品其實對我們來說并不陌生，我們常見到的手機、計算器都是屬于液晶產(chǎn)品。液晶是在1888年，由奧地利植物學家Reinitzer發(fā)現(xiàn)的，是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機化合物。一般最常用的液晶型態(tài)為向列型液晶，分子形狀為細長棒形，長寬約1nm～10nm，在不同電流電場作用下，液晶分子會做規(guī)則旋轉90度排列，產(chǎn)生透光度的差別，如此在電源ON/OFF下產(chǎn)生明暗的區(qū)別，依此原理控制每個像素，便可構成所需圖像。
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1.?? 被動矩陣式LCD工作原理
TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之間的顯示原理基本相同，不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差別。下面以典型的TN-LCD為例，向大家介紹其結構及工作原理。
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在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶顯示屏面板中，通常是由兩片大玻璃基板，內(nèi)夾著彩色濾光片、配向膜等制成的夾板? 外面再包裹著兩片偏光板，它們可決定光通量的最大值與顏色的產(chǎn)生。彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顏色構成的濾片，有規(guī)律地制作在一塊大玻璃基板上。每一個像素是由三種顏色的單元(或稱為子像素)所組成。假如有一塊面板的分辨率為1280×1024，則它實際擁有3840×1024個晶體管及子像素。　　每個子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜晶體管，彩色濾光片能產(chǎn)生RGB三原色。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽，上下夾層中填充了多層液晶分子(液晶空間不到5×10-6m)。在同一層內(nèi)，液晶分子的位置雖不規(guī)則，但長軸取向都是平行于偏光板的。另一方面，在不同層之間，液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續(xù)扭轉90度。其中，鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向，與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列，而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最后再封裝成一個液晶盒，并與驅動IC、控制IC與印刷電路板相連接。
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在正常情況下光線從上向下照射時，通常只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光板穿出，形成一個完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光板，這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。當液晶層施加某一電壓時，由于受到外界電壓的影響，液晶會改變它的初始狀態(tài)，不再按照正常的方式排列，而變成豎立的狀態(tài)。因此經(jīng)過液晶的光會被第二層偏光板吸收而整個結構呈現(xiàn)不透光的狀態(tài)，結果在顯示屏上出現(xiàn)黑色。當液晶層不施任何電壓時，液晶是在它的初始狀態(tài)，會把入射光的方向扭轉90度，因此讓背光源的入射光能夠通過整個結構，結果在顯示屏上出現(xiàn)白色。為了達到在面板上的每一個獨立像素都能產(chǎn)生你想要的色彩，多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。
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2.?? 主動矩陣式LCD工作原理
TFT-LCD液晶顯示器的結構與TN-LCD液晶顯示器基本相同，只不過將TN-LCD上夾層的電極改為FET晶體管，而下夾層改為共通電極。
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TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當光源照射時，先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子來傳導光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的排列狀態(tài)同樣會發(fā)生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由于FET晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。
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液晶顯示器的技術參數(shù)
1.?? 可視面積
液晶顯示器所標示的尺寸就是實際可以使用的屏幕范圍一致。例如，一個15.1英寸的液晶顯示器約等于17英寸CRT屏幕的可視范圍。
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2.??? 可視角度
液晶顯示器的可視角度左右對稱，而上下則不一定對稱。舉個例子，當背光源的入射光通過偏光板、液晶及取向膜后，輸出光便具備了特定的方向特性，也就是說，大多數(shù)從屏幕射出的光具備了垂直方向。假如從一個非常斜的角度觀看一個全白的畫面，我們可能會看到黑色或是色彩失真。一般來說，上下角度要小于或等于左右角度。如果可視角度為左右80度，表示在始于屏幕法線80度的位置時可以清晰地看見屏幕圖像。但是，由于人的視力范圍不同，如果沒有站在最佳的可視角度內(nèi)，所看到的顏色和亮度將會有誤差?，F(xiàn)在有些廠商就開發(fā)出各種廣視角技術，試圖改善液晶顯示器的視角特性，如：IPS(In Plane Switching)、MVA(Multidomain Vertical Alignment)、TN+FILM。這些技術都能把液晶顯示器的可視角度增加到160度，甚至更多。
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3.?? 點距
我們常問到液晶顯示器的點距是多大，但是多數(shù)人并不知道這個數(shù)值是如何得到的，現(xiàn)在讓我們來了解一下它究竟是如何得到的。舉例來說一般14英寸LCD的可視面積為285.7mm×214.3mm，它的最大分辨率為1024×768，那么點距就等于：可視寬度/水平像素(或者可視高度/垂直像素)，即285.7mm/1024=0.279mm(或者是214.3mm/768=0.279mm)。
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4.? 色彩度
LCD重要的當然是的色彩表現(xiàn)度。我們知道自然界的任何一種色彩都是由紅、綠、藍三種基本色組成的。LCD面板上是由1024×768個像素點組成顯像的，每個獨立的像素色彩是由紅、綠、藍(R、G、B)三種基本色來控制。大部分廠商生產(chǎn)出來的液晶顯示器，每個基本色(R、G、B)達到6位，即64種表現(xiàn)度，那么每個獨立的像素就有64×64×64=262144種色彩。也有不少廠商使用了所謂的FRC(Frame Rate Control)技術以仿真的方式來表現(xiàn)出全彩的畫面，也就是每個基本色(R、G、B)能達到8位，即256種表現(xiàn)度，那么每個獨立的像素就有高達256×256×256=16777216種色彩了。
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5.? 對比值
對比值是定義最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。CRT顯示器的對比值通常高達500:1，以致在CRT顯示器上呈現(xiàn)真正全黑的畫面是很容易的。但對LCD來說就不是很容易了，由冷陰極射線管所構成的背光源是很難去做快速地開關動作，因此背光源始終處于點亮的狀態(tài)。為了要得到全黑畫面，液晶模塊必須完全把由背光源而來的光完全阻擋，但在物理特性上，這些組件并無法完全達到這樣的要求，總是會有一些漏光發(fā)生。一般來說，人眼可以接受的對比值約為 250:1。
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6.? 亮度值
液晶顯示器的最大亮度，通常由冷陰極射線管(背光源)來決定，亮度值一般都在200～250 cd/m2間。液晶顯示器的亮度略低，會覺得屏幕發(fā)暗。雖然技術上可以達到更高亮度，但是這并不代表亮度值越高越好，因為太高亮度的顯示器有可能使觀看者眼睛受傷。
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7.? 響應時間
響應時間是指液晶顯示器各像素點對輸入信號反應的速度，此值當然是越小越好。如果響應時間太長了，就有可能使液晶顯示器在顯示動態(tài)圖像時，有尾影拖曳的感覺。一般的液晶顯示器的響應時間在20～30ms之間。