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LCD 液晶屏工作原理和概念術語

發表時間:2018-11-10 14:10:41    來源:深圳億成光電科技有限公司

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液晶(Liquid Crystal):是一種介于固態和液態之間的具有規則性分子排列,及晶體的光學各向異性的有機化合物,液晶在受熱到一定溫度的時候會呈現透明狀的液體狀態,而冷卻則會出現結晶顆粒的混濁固體狀態,因為物理上具有液體與晶體的特性,故稱之為“液晶”。液晶顯示器LCD(Liquid Crystal Display):是新型平板顯示器件。顯示器中的液晶體并不發光,而是控制外部光的通過量。當外部光線通過液晶分子時,液晶分子的排列扭曲狀態不同,使光線通過的多少就不同,實現了亮暗變化,可重現圖像。液晶分子扭曲的大小由加在液晶分子兩邊的電壓差的大小決定。因而可以實現電到光的轉換。即用電壓的高低控制光的通過量,從而把電信號轉換成光像。
 
(1)、液晶分子的電-光特性
 
(2)、液晶的電光控制特性
 
(3)、液晶分子排列狀態的改變可實現對光的控制
 
液晶分子在偏光板間排列成多層,在不同層間, 液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續扭轉90°,與偏光板的偏振光方向一致的偏振光,垂直射向無外加電場的液晶分子時,入射光將因其偏振方向隨液晶分子軸的扭曲而旋轉射出。故稱為扭曲向列型液晶顯示器。當給液晶層施以某一電壓差時,液晶分子會改變它的初始排列狀態而不扭轉,不改變光的極化方向,因此經過液晶的光會被第二層偏光片吸收而整個結構呈現不透光的狀態。
 
2、概念和術語
 
(1)、光學的各向異性
 
液晶的特有性質,改變液晶兩端電壓,可改變液晶某一方向折射出的光的大小
 
(2)、偏振片(器)
 
只能在特定方向上透過光線的器件
 
(3)、像素、子像素、節距、分辨率
 
(4)、視角
 
當背光源的入射光通過偏極片、液晶后,輸出光便具備了特定的方向特性,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。這個效應在某些場合有用,但在大部分的應用上是我們不希望要的。制造商們已經花了很多時間來試圖改善液晶顯示器的視角特性,有數種廣視角技術被提出:IPS(IN-PLANE -SWITCHING、MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)、TN+FILM。這些技術都能把液晶顯示器的視角增加到160 度,甚至更多,就如同CRT 屏幕的視角特性一樣。最大視角的定義是對比值至少能達到10:1 的視角(通常有四個方向,上/下/左/右),
 
(5)對比
 
對比的定義為最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值,對比值越大則此顯示器越好。對比的問題不會發生在CRT 屏幕因為它們的對比值通常高達500:1,以致于CRT 顯示器的畫面品質可以與沖洗照片比美。在CRT 顯示器上呈現真正全黑的畫面是很容易的,但對TFT-LCD來說是相當不容易的。由冷陰極射線管所構成的背光源是很難去做快速的開關動作,因此背光源始終處于點亮的狀態。為了要得到全黑畫面,液晶模塊必須把由背光源而來的光完全阻擋,但在物理特性上,這些元件并無法完全達到這樣的要求---總是會有一些漏光發生。制造商也一直致力于漏光現象的改善。一個人眼可以接受的對比值約為 250:1 。LCD 現在可以做到600:1。
 
(6)、亮度
 
這是 TFT-LCD 少數領先CRT 的地方。最大亮度通常由冷陰極射線管(背光源)來決定,TFT-LCD的亮度值一般都在200~550 cd/m2。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。CRT 顯示器的最大亮度約為100 to 120 cd/m2。要達到更高亮度值是很困難的,因為顯像管電子槍須要更大的加速電壓,而這樣做的結果會造成較高的輻射量及降低熒光粉的生命周期等兩個負面效應。
 
(7)、像素誤差
 
這是由于有缺陷的薄膜晶體管導致在屏幕上可看到小色點。由于像素晶體管不能正常工作,背光有可能永遠不能穿透或是維持固定的穿透光量。假如這些缺陷晶體管整群出現,煩擾現象會惡化下去。不幸地,并沒有標準來規定屏幕上最大可允許的像素誤差或誤差群數目,所以到目前為止,各家制造商還是用它們自己的缺陷定義。一個面板上有3~5 個像素缺陷是正常的,當消費者購買液晶顯示器時需要注意沒有任何缺陷點。值得安慰的是,顯示器出廠后,缺陷點數目不會再增加下去了,除非你用力壓屏幕表面。
 
(8)、響應時間
 
許多 TFT-LCD 在動畫顯示上會出現問題,其原因為液晶的響應時間太長了。合格的顯示器響應時間應該在16~30ms 之間。當以液晶顯示器播放高速 (如噴氣式機飛過村莊或旗幟飄揚)的動畫時,會出現模糊拖影的畫面。然而,這并不代表液晶顯示器不能拿來當作視頻播放裝置,對大部分的應用而言,它的響應速度已經足夠快。
 
(9)、子象素的形成
 
彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顏色的濾片,有規律地制作在一塊大玻璃基板上。每一個像素(點)是由三種顏色的單元或稱為子像素所組成。這也代表說,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。ㄧ個15.1 吋的液晶顯示器(分辨率為1024×768)其點距為0.0118 英吋(0.3mm);而18.1 吋的液晶顯示器(分辨率為1280×1024)其點距為0.01 英吋(0.28mm)。
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