液晶显示原理
国内计算机市场各种品牌的纯平显示器之间强烈的竞争,各个商家都想在纯平这块大蛋糕上分得最大的份额。而当人们像当初搬15英寸显示器一样把纯平买回家后。我们不仅要问:下一代显示器的热点是什么呢?矛头直指液晶显示器。液晶显示器具有图像清晰精确、平面显示、厚度薄、重量轻、无辐射、低能耗、工作电压低等优点。
根据不同的控制方法,液晶显示器可分为被动矩阵LCD主动矩阵式LCD两种。
1. 被动矩阵式LCD亮度和视角受限,反应速度慢。由于图片质量问题,该显示设备不利于桌面显示器的发展,但由于成本低,市场上仍有一些显示器采用被动矩阵LCD。被动矩阵式LCD又可分为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,双层超扭曲向列LCD)。
2. 主动矩阵式目前应用广泛LCD,也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD,薄膜晶体管LCD)。TFT液晶显示器是在画面中的每一个像素中建立晶体管,可以使亮度更亮,颜色更丰富,视觉面积更宽。与CRT与显示器相比,LCD显示器的平面显示技术反映了较少的零件、较少的桌面和较小的功耗,但CRT技术相对稳定成熟。
液晶显示器的工作原理
我们很早就知道物质有三种类型:固态、液态和气态。虽然液体分子质地的排列没有规律性,但如果这些分子是长的(或扁平的),它们的分子方向可能是有规律的。因此,我们可以将液体细分为多种类型。分子方向不规则的液体直接称为液体,分子方向的液体称为液晶,也称为液晶。液晶产品对我们来说并不陌生。我们常见的手机和计算器属于液晶产品。奥地利植物学家1888年液晶Reinitzer它是一种介于固体和液体之间的有机化合物,具有规则的分子排列。一般来说,最常用的液晶形状是向列液晶,分子形状是细长的棒形,长度和宽度约为1nm~10nm,液晶分子在不同电流电场的作用下,定期旋转90度排列,导致透光率差异,因此在电源中ON/OFF根据这一原理,控制每个像素可以构成所需的图像。
1. 被动矩阵式LCD工作原理TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD显示原理基本相同,不同之处在于液晶分子的扭曲角度不同。以下是典型的TN-LCD例如,介绍其结构和工作原理。
厚度不到1厘米TN-LCD在液晶显示屏面板中,夹板通常由两个大玻璃基板制成,内部夹有彩色滤光片和配向膜 两个偏光板包裹在外面,可以决定光通量的最大值和颜色。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色组成的滤片,定期制作在大玻璃基板上。每个像素由三种颜色的单元(或子像素)组成。如果一块面板的分辨率是1280×1024,实际上有3840×晶体管及子像素1024。 每个子像素的左上角(灰色矩形)都是不透明的薄膜晶体管,可以产生彩色滤光片RGB三原色。每个夹层包含电极和配向膜上形成的凹槽,上下夹层填充多层液晶分子(液晶空间不到5个×10-6m)。在同一层中,虽然液晶分子的位置不规则,但长轴的方向与偏光板平行。另一方面,液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。相邻偏光板两层液晶分子长轴的方向与相邻偏光板的偏光方向一致。上夹层附近的液晶分子按上沟的方向排列,下夹层的液晶分子按下沟的方向排列。最后包装成液晶盒,并与驱动器一起使用IC、控制IC连接印刷电路板。
在正常情况下,当光线从上到下照射时,通常只有一个角度的光线可以穿透,通过上部偏光板进入上夹层的沟槽,然后通过液晶分子扭转排列的通道从下部偏光板穿透,形成完整的光穿透方式。液晶显示器的夹层附着两个偏光板,与上下夹层的沟槽相同。当液晶层施加一定的电压时,由于外部电压的影响,液晶会改变其初始状态,不再以正常方式排列,而是成为垂直状态。因此,液晶光被第二层偏光板吸收,整个结构呈现不透明状态,显示屏呈黑色。当液晶层不施加任何电压时,液晶在其初始状态下扭转入射光方向90度,使背光源的入射光通过整个结构,显示屏上出现白色。为了使面板上的每一个独立像素都能产生你想要的颜色,必须使用多个冷阴极灯管作为显示器的背光源。
2. 主动矩阵式LCD工作原理TFT-LCD结构及液晶显示器TN-LCD液晶显示器基本相同,但会TN-LCD上夹层的电极改为FET晶体管,下夹层改为普通电极。
TFT-LCD液晶显示器的工作原理及TN-LCD但是有很多不同之处。TFT-LCD液晶显示器的显像原理是背透照射。光源照射时,先通过下偏光板向上透出,借助液晶分子传导光线。由于上下夹层的电极改为FET在FET当电极导通时,液晶分子的排列状态也会发生变化,显示的目的也会通过遮光和透光来实现。但不同的是,因为FET晶体管具有电容效应,可以保持电位状态。在此之前,透明液晶分子将始终保持这种状态,直到FET电极下次再加电以改变其排列方式。
液晶显示器的技术参数
1. 可视面积
液晶显示器上标注的尺寸与实际屏幕范围相同。例如,15.1英寸液晶显示器大约等于17英寸CRT屏幕的可视范围。
2. 可视角度
液晶显示器的视角左右对称,而上下不一定对称。例如,当背光源的入射光通过偏光板、液晶和方向膜时,输出光具有特定的方向特性,即大多数从屏幕上射出的光具有垂直方向。假如从非常斜的角度看一幅全白的画面,我们可能会看到黑色或色彩失真。一般来说,上下角小于或等于左右角。若视角为左右80度,则表示屏幕图像可以在开始于屏幕法线80度的位置清晰地看到。然而,由于人们的视力范围不同,如果他们不站在最佳视角,他们看到的颜色和亮度就会有误差。现在有些厂商就开发出各种广视角技术,试图改善液晶显示器的视角特性,如:IPS(In Plane Switching)、MVA(MulTIdomain VerTIcal Alignment)、TN FILM。液晶显示器的视角可以增加到160度以上。
3. 点距
我们经常问液晶显示器有多远,但大多数人不知道如何获得这个值。现在让我们来看看它是如何获得的。例如,一般14英寸LCD可视面积为285.7mm×214.3mm,其最大分辨率为1024×768,点距等于:可视宽度/水平像素(或可视高度/垂直像素),即285.7mm/1024=0.279mm(或者是214.3mm/768=0.279mm)。
4. 色彩度
LCD当然,重要的是色彩表现。我们知道自然界的任何颜色都是由红、绿、蓝三种基本颜色组成的。LCD面板上是由1024×每个独立的像素颜色由红、绿、蓝组成(R、G、B)控制三种基本色。大多数制造商生产的液晶显示器,每种基本颜色(R、G、B)如果达到6位,即64种表现,每个独立像素都有64个×64×64=262144种色彩。也有很多厂家使用所谓的FRC(Frame Rate Control)技术以模拟的方式展示全彩图片,即每种基本颜色(R、G、B)如果能达到8位,即256个表现度,每个独立像素高达256×256×256=16777216种色彩了。
5. 对比值
对比值是定义最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。CRT显示器的对比值通常高达500:1,因此在CRT很容易在显示器上呈现真正的全黑画面。但对LCD这并不容易。由冷阴极射线管组成的背光源很难快速开关,因此背光源始终处于点亮状态。为了要得到全黑画面,液晶模块必须完全把由背光源而来的光完全阻挡,但在物理特性上,这些组件并无法完全达到这样的要求,总是会有一些漏光发生。一般来说,人眼可接受的对比值约为 250:1。
6. 亮度值
液晶显示器的最大亮度通常由冷阴极射线管(背光源)决定,亮度值一般为200~250 cd/m两个房间。液晶显示器的亮度稍低,屏幕会变暗。虽然技术上可以达到更高的亮度,但这并不意味着亮度值越高越好,因为亮度过高的显示器可能会伤害观众的眼睛。
7. 响应时间
响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号的响应速度。当然,值越小越好。如果响应时间过长,液晶显示器在显示动态图像时可能会感到尾部影子拖动。液晶显示器的一般响应时间为20~30ms之间。