20130704液晶的入门知识
液晶的入门知识
LCD显示器概述
液晶显示器原理
HTPS LCD面板技术综观
薄膜电晶体液晶显示器技术
液晶显示器面板的分级
主流液晶面板的类型
液晶的多种应用途径探讨
LCD技术图文解说
LCD技术详细介绍
液晶的几种模式的工作原理
TFT-LCD液晶显示器的工作原理
LCM显示类型
液晶显示器鲜为人知的技术细节
关注液晶色彩技术指标
液晶的入门知识2006-5-31
--------------------------------------------------------------------------------
液晶的组成:
LCD使用的液晶,一般是指混和液晶,由多种液晶单体及手性剂混和而成.
液晶的特性:
TN液晶一般分子链较短,特性参数调整较困难,所以特性差别比较明显.STN液晶是通过STN 显示资料模型,计算出所需的液晶分子长度,及其光学电学性能参数,然后化工合成多种分子链结构类似的具有不同极性分子基团的单体,互相调配成一个特性相似的系列液晶.不同系列的STN液晶往往具有完全不同的分子链,因此,不同系列的STN液晶除非制造商说明可以互相调配外,不能互相调配.
液晶分子中有带极性基团的和不带极性基团的,带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的阀值电压参数,不带极性基团分子的液晶单体主要决定混和液晶的折射率和清亮点.液晶中带极性基团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下会出现同性异构体层析现象.
为了增加机器本身的待机时间和增强液晶显示器的驱动能力,液晶厂商开发了能满足低电压和低频率条件下使用的低阀值电压液晶.它具有以下特性:
低阀值电压液晶中带极性基团的单体与不带极性基团的单体在静置条件下出现同性异构体层析现象的时间更短.
更多的带极性基团的单体组份,也意味著液晶更容易结合水分子以及其他带极性的游离离子,从而降低了液晶的容抗电阻,从而引起漏电流和功耗的增大.
当极性液晶单体的分子链在紫外线激化后,极性分子基团容易互相缠绕形成中性分子团,变成非层列错向状态,因而造成阀值电压升高,对导向层的锚定作用不敏感,失去低电压驱动能力. 1,液晶的分类:
按显示类型分:TN型液晶,STN型液晶,HTN型液晶;
按清亮点分:普通型液晶,宽温型液晶;
按阀值电压分:低阀值电压液晶,普通液晶,高阀值电压液晶.
2,影响液晶性能的主要参数:
清亮点;折射率Δn;阀值电压;纯净度;粘滞常数K;介电常数ε;螺距ρ
3,液晶的工厂自适应测试方法及判定标准:
电阻率:A,测试方法:用高阻计测试待测液晶的电阻值.
B,判定标准:测试结果在产品要求范围之内(本厂标准≥8X107).
光电性能:A,测试方法:试灌产品,并测试其光电性能.
B,判定标准:测试样品V on,V off值与供应商参数相符,视角,对比度,底色符合生产产品要求. 清亮点:A,测试方法:把待测液晶加热,测量其达到清亮点时的温度.
B,判定标准:测量结果温度与供应商提供的清亮点温度一致.
耐紫外线性能:A,测试方法:把待测液晶试作产品,平放在封口UV机下,按封口工艺规定的UV 强度和时间照射两次,测试其照射前后的光电性能变化.
B,判定标准:经UV照射后,V off值上升在0.1V以内(低电压液晶在0.15V以内),电流值变化在2倍以内,对比度下降不明显为合格.
可靠性:A,测试方法:把待测液晶试作产品并测试其可靠性性能.
B,判定标准:经可靠性试验后光电性能变化在产品要求范围之内.
4,液晶的选用规则:
根据客户要求的底色,选择合适的Δn值范围的液晶类别,再根据客户IC电路的资料,选择合适的电压范围的液晶类别,满足上述条件下的液晶,按合理比例调配后使用,就可以达到客户要求.
5,液晶的使用方法:
液晶在使用前要充分搅拌后才能灌注使用,添加固体手性剂的液晶,要加热到摄氏六十度,再快速冷却到室温并充分搅拌.而且在使用过程中不能静置时间过长.特别是低阀值电压液晶,由於低阈值电压液晶具有这些不同的特性,因此在使用这些液晶时应该注意以下方面:
液晶在使用前应充分搅拌,调配好的液晶应立即投入生产使用,尽量缩短静置存放时间,避免层析现象产生.
调配好的液晶要加盖遮光存入,并且尽量在一个班次(八小时)内使用完,用不完的液晶需要回收搅拌后重测电压再用.一般随著时间延长,驱动电压会增加.
液晶从原厂瓶取用后,原厂瓶要及时封盖遮光保存,减少敞开暴露在空气中的时间一般暴露在空气中的时间过长,会增大液晶的漏电流.
灌低阈值电压的液晶显示片空盒最好是从PI固烤到灌液晶工序间,流存生产时间在二十四小时之内的空盒,灌液作业时一般使用比较低的灌注速度.
低阈值电压液晶在封口时一定要加盖合适的遮光罩,并且在整个灌液晶期间除了封口胶固化期间外,要尽量远离紫外线源.否则会在靠近紫外线的地方出现错向和阀值电压增大的现象. 液晶是有机高分子物质,很容易在各种溶剂中溶解或与其他化学品产生反应,液晶本身也是一种很好的溶剂,所以在使用和存放过程中要尽量远离其他化学品.
6,液晶的贮存及搬运方法:
液晶贮存时要密闭,防潮,遮光,在室温中贮存,不能在低温环境中贮存和使用,以免出现性能不可逆转的晶析现象.不能与其他化学品混放.
搬运时按化学品规定管制.
LCD显示器概述2006-8-16
--------------------------------------------------------------------------------
液晶显示器(LCD)英文全称为Liquid Crystal Display,它一种是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器.和CRT显示器相比,LCD的优点是很明显的.由於通过控制是否透光来控制亮和暗,当色彩不变时,液晶也保持不变,这样就无须考虑刷新率的问题.对於画面稳定,无闪烁感的液晶显示器,刷新率不高但图像也很稳定.LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整体发光,所以它做到了真正的完全平面.一些高档的数位LCD显示器采用了数位元方式传输资料,显示图像,这样就不会产生由於显卡造成的色彩偏差或损失.完全没有辐
射的优点,即使长时间观看LCD显示器萤幕也不会对眼睛造成很大伤害.体积小,能耗低也是CRT显示器无法比拟的,一般一台15寸LCD显示器的耗电量也就相当於17寸纯平CRT显示器的三分之一.
目前相比CRT显示器,LCD显示器图像质量仍不够完善.色彩表现和饱和度LCD显示器都在不同程度上输给了CRT显示器,而且液晶显示器的回应时间也比CRT显示器长,当画面静止的时候还可以,一旦用於玩游戏,看影碟这些画面更新速度块而剧烈的显示时,液晶显示器的弱点就暴露出来了,画面延迟会产生重影,脱尾等现象,严重影响显示质量.
LCD显示器的工作原理:从液晶显示器的结构来看,无论是笔记本电脑还是桌面系统,采用的LCD显示幕都是由不同部分组成的分层结构.LCD由两块玻璃板构成,厚约1mm,其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开.因为液晶材料本身并不发光,所以在显示幕两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示幕背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由萤光物质组成的可以发射光线,其作用主要是提供均匀的背景光源.
背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层.液晶层中的液滴都被包含在细小的单格结构中,一个或多个单格构成萤幕上的一个图元.在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极,电极分为行和列,在行与列的交叉点上,通过改变电压而改变液晶的旋光状态,液晶材料的作用类似於一个个小的光阀.在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分.当LCD中的电极产生电场时,液晶分子就会产生扭曲,从而将穿越其中的光线进行有规则的折射,然后经过第二层过滤层的过滤在萤幕上显示出来.
液晶显示技术也存在弱点和技术瓶颈,与CRT显示器相比亮度,画面均匀度,可视角度和反应时间上都存在明显的差距.其中反应时间和可视角度均取决於液晶面板的质量,画面均匀度和辅助光学模组有很大关系.
对於液晶显示器来说,亮度往往和他的背板光源有关.背板光源越亮,整个液晶显示器的亮度也会随之提高.而在早期的液晶显示器中,因为只使用2个冷光源灯管,往往会造成亮度不均匀等现象,同时明亮度也不尽人意.一直到后来使用4个冷光源灯管产品的推出,才有很大的改善. 信号反应时间也就是液晶显示器的液晶单元回应延迟.实际上就是指的液晶单元从一种分子排列状态转变成另外一种分子排列状态所需要的时间,回应时间愈小愈好,它反应了液晶显示器各图元点对输入信号反应的速度,即萤幕由暗转亮或由亮转暗的速度.响应时间越小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉.有些厂商会通过将液晶体内的导电离子浓度降低来实现信号的快速回应,但其色彩饱和度,亮度,对比度就会产生相应的降低,甚至产生偏色的现象.这样信号反应时间上去了,但却牺牲了液晶显示器的显示效果.有些厂商采用的是在显示电路中加入了一片IC图像输出控制晶片,专门对显示信号进行处理的方法来实现的.IC 晶片可以根据VGA输出显卡信号频率,调整信号回应时间.由於没有改变液晶体的物理性质,因此对其亮度,对比度, 色彩饱和度都没有影响,这种方法的制造成本也相对较高.
由上便可看出,液晶面板的质量并不能完全代表液晶显示器的品质,没有出色的显示电路配合,再好的面板也不能做出性能优异的液晶显示器.随著LCD产品产量的增加,成本的下降,液晶显示器会大量普及.
液晶显示器原理2005-10-17
--------------------------------------------------------------------------------
国内电脑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麼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.
液晶显示器的分类
液晶显示器按照控制方式不同可分为被动矩阵式LCD及主动矩阵式LCD两种.
1. 被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制,反应速度也较慢.由於画面质量方面的问题,使得这种显示设备不利於发展为桌面型显示器,但由於成本低廉的因素,市场上仍有部分的显示器采用被动矩阵式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. 目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD,也称TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD,薄膜电晶体LCD).TFT液晶显示器是在画面中的每个图元内建电晶体,可使亮度更明亮,色彩更丰富及更宽广的可视面积.与CRT显示器相比,LCD显示器的平面显示技术体现为较少的零件,占据较少的桌面及耗电量较小,但CRT技术较为稳定成熟.
液晶显示器的工作原理
我们很早就知道物质有固态,液态,气态三种型态.液体分子质心的排列虽然不具有任何规律性,但是如果这些分子是长形的(或扁形的),它们的分子指向就可能有规律性.於是我们就可将液态又细分为许多型态.分子方向没有规律性的液体我们直接称为液体,而分子具有方向性的液体则称之为"液态晶体",又简称"液晶".液晶产品其实对我们来说并不陌生,我们常见到的手机,计算器都是属於液晶产品.液晶是在1888年,由奥地利植物学家Reinitzer发现的,是一种介於固体与液体之间,具有规则性分子排列的有机化合物.一般最常用的液晶型态为向列型液晶,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,依此原理控制每个图元,便可构成所需图像.
1. 被动矩阵式LCD工作原理
TN-LCD,STN-LCD和DSTN-LCD之间的显示原理基本相同,不同之处是液晶分子的扭曲角度有些差别.下面以典型的TN-LCD为例,向大家介绍其结构及工作原理.
在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示幕面板中,通常是由两片大玻璃基板,内夹著彩色滤光片,配向膜等制成的夹板 外面再包裹著两片偏光板,它们可决定光通量的最大值与颜色的产生.彩色滤光片是由红,绿,蓝三种颜色构成的滤片,有规律地制作在一块大玻璃基板上.每一个图元是由三种颜色的单元(或称为子图元)所组成.假如有一块面板的解析度为1280×1024,则它实际拥有3840×1024个电晶体及子图元. 每个子图元的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜电晶体,彩色滤光片能产生RGB三原色.每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽,上下夹层中填充了多层液晶分子(液晶空间不到5×10-6m).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於偏光板的.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度.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.在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列,而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列.最后再封装成一个液晶盒,并与驱动IC,控制IC与印刷电路板相连接.
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.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.当液晶层施加某一电压时,由於受到外界电压的影响,液晶会改变它的初始状态,不再按照正常的方式排列,而变成竖立的状态.因此经过液晶的光会被第二层偏光板
吸收而整个结构呈现不透光的状态,结果在显示幕上出现黑色.当液晶层不施任何电压时,液晶是在它的初始状态,会把入射光的方向扭转90度,因此让背光源的入射光能够通过整个结构,结果在显示幕上出现白色.为了达到在面板上的每一个独立图元都能产生你想要的色彩,多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光源.
2. 主动矩阵式LCD工作原理
TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同,只不过将TN-LCD上夹层的电极改为FET电晶体,而下夹层改为共通电极.
TFT-LCD液晶显示器的工作原理与TN-LCD却有许多不同之处.TFT-LCD液晶显示器的显像原理是采用"背透式"照射方式.当光源照射时,先通过下偏光板向上透出,借助液晶分子来传导光线.由於上下夹层的电极改成FET电极和共通电极,在FET电极导通时,液晶分子的排列状态同样会发生改变,也通过遮光和透光来达到显示的目的.但不同的是,由於FET电晶体具有电容效应,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.
液晶显示器的技术参数
1. 可视面积
液晶显示器所标示的尺寸就是实际可以使用的萤幕范围一致.例如,一个15.1英寸的液晶显示器约等於17英寸CRT萤幕的可视范围.
2. 可视角度
液晶显示器的可视角度左右对称,而上下则不一定对称.举个例子,当背光源的入射光通过偏光板,液晶及取向膜后,输出光便具备了特定的方向特性,也就是说,大多数从萤幕射出的光具备了垂直方向.假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面,我们可能会看到黑色或是色彩失真.一般来说,上下角度要小於或等於左右角度.如果可视角度为左右80度,表示在始於萤幕法线80度的位置时可以清晰地看见萤幕图像.但是,由於人的视力范围不同,如果没有站在最佳的可视角度内,所看到的颜色和亮度将会有误差.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.这些技术都能把液晶显示器的可视角度增加到160度,甚至更多.
3. 点距
我们常问到液晶显示器的点距是多大,但是多数人并不知道这个数值是如何得到的,现在让我们来了解一下它究竟是如何得到的.举例来说一般14英寸LCD的可视面积为285.7mm×214.3mm,它的最大解析度为1024×768,那麼点距就等於:可视宽度/水平图元(或者可视高度/垂直图元),即285.7mm/1024=0.279mm(或者是214.3mm/768=0.279mm).
4. 色彩度
LCD重要的当然是的色彩表现度.我们知道自然界的任何一种色彩都是由红,绿,蓝三种基本色组成的.LCD面板上是由1024×768个图元点组成显像的,每个独立的图元色彩是由红,绿,蓝(R,G,B)三种基本色来控制.大部分厂商生产出来的液晶显示器,每个基本色(R,G,B)达到6位,即64种表现度,那麼每个独立的图元就有64×64×64=262144种色彩.也有不少厂商使用了所谓的FRC(Frame Rate Control)技术以仿真的方式来表现出全彩的画面,也就是每个基本色(R,G,B)能达到8位,即256种表现度,那麼每个独立的图元就有高达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,以致在CRT显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的.但对LCD来说就不是很容易了,由冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速地开关动作,因此背光源始终处於点亮的状态.为了要得到全黑画面,液晶模组必须完全把由背光源而来的光完全阻挡,但在物理特性上,这些元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,人眼可以接受的对比值约为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)来决定,亮度值一般都在200～250 cd/m2间.液晶显示器的亮度略低,会觉得萤幕发暗.虽然技术上可以达到更高亮度,但是这并不代表亮度值越高越好,因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤.
7. 回应时间
回应时间是指液晶显示器各图元点对输入信号反应的速度,此值当然是越小越好.如果回应时间太长了,就有可能使液晶显示器在显示动态图像时,有尾影拖曳的感觉.一般的液晶显示器的回应时间在20～30ms之间.(编辑:周晖)
HTPS LCD面板技术综观2006-6-26
--------------------------------------------------------------------------------
随著DVD影音光碟机与数位广播系统的普及,高解析度影像源的数量也正逐渐增加,前投影机,大萤幕HDTV液晶投影电视,以及其他家用投影机市场带动数位投影机的市场持续扩大.这一成长也刺激消费大众对於三片式LCD投影机之需求.本文将为读者解析三片式LCD投影机中的HTPS LCD面板,并介绍其特色.
随著日渐提高的商务演示文稿需求,以及最近在教育市场中开始提高的投影机应用,商用投影机HTPS面板的需求量也一直持续攀升.同时,DVD放影机与数字广播的普及也激发了顾客对於家用前投影机(Front projectors)与大萤幕LCD投影电视机(Large-screen projection TV)需求的快速成长.
长久以来HTPS LCD技术一直带领三片式LCD投影系统前进投影机市场,而在液晶光阀(liquid-crystal light valve)的制造商中,以HTPS LCD技术为主的三片式LCD投影系统也拥有将近55%的全球市占率.这是由於更先进的液晶与高开口率技术,才能提供具有良好光效率,高亮度表现以及丰富色彩重现能力,且不会对眼睛或环境造成伤害的低功率HTPS产品.
何谓HTPS
HTPS是High Temperature Poly-Silicon的缩写,翻译成中文是"高温多晶矽"的意思,一般俗称高温玻璃.它是LCD显示家族中的一支,属於主动点矩阵式LCD(Active Matrix LCD),因此,HTPS也是TFT(Thin Film Transistor;薄膜电晶体)的一种.
HTPS LCD为多晶矽TFT LCD的制程技术之一.之所以被称为高温玻璃,是因为在面板的制造过程中,有一道Laser Anneal(雷射退火)制程,它的温度超过摄氏1000度.在多晶矽制程发展初期,为要将玻璃基板之非晶矽结构转变成多晶矽结构,必须以摄氏1000度以上的高温氧化技术,才能将非晶矽结构特性转化为多晶矽结构.由於普通玻璃无法如此高温处理,只有石英玻璃才能如此处理,其价格较为昂贵且尺寸皆较小,故於多晶矽制程发展初期,厂商基於成本考量,多走非晶矽路线.
此外,另有一种同属於TFT LCD的LTPS LCD(Low Temperature Poly-Silicon;低温多晶
矽).LTPS LCD之所以称为低温,是由於其制程温度没有那麼高,仅约摄氏500～600度之谱,且依各个制造商的制程而稍有差异.低温多晶矽制程是利用准分子雷射作为热源,雷射光经过投射系统后,会产生能量均匀分布的雷射光束,投射於非晶矽结构的玻璃基板上,当非晶矽结构玻璃基板吸收准分子雷射的能量后,会转变成为多晶矽结构,因整个处理过程都是在摄氏600度以下完成,所以一般玻璃基板皆可适用.低温多晶矽技术主要特点在於改变液晶构造以提升传统非晶矽液晶技术性能及降低制造成本.由於LTPS技术可提升电子迁移率达200(cm2/V-sec),有利於TFT组件小型化,并提高面板开口率,使得显示亮度增加,降低耗电率.此外,低温制程有利於使用玻璃基板,而可大幅降低生产成本.HTPS与LTPS其主要用途并不相同.
HTPS LCD应用领域
HTPS的应用领域,通常都是用来做为放大型的显示产品.例如液晶投影机,背投影电视等.一般来说,手机或是电脑的LCD萤幕,都是属於直视型,也就是使用者可以直接观看萤幕并读取资讯.HTPS虽然也是TFT的一种,但无法直接用於手机或电脑萤幕等用途.
HTPS LCD的应用大致分为下列三种:OHD(Over Head Display),Helmet及LV(Light Valve).其主要用途介绍如下:
OHD:抬头显示器,将影像投影在挡风玻璃上(或是透明玻璃),用在汽车或是飞机上,在许多空战片当中可以一窥其面貌;
Helmet:此处是指专门用在虚拟幻境(Virtual Reality)头盔裏之显像;
LV:可翻译成光阀.当HTPS在液晶投影机中动作的时候,由於所有的光线都会透过HTPS,并由HTPS来决定光穿透的程度,因此,它被称为"光之阀门".
HTPS LCD面板特色
HTPS LCD具有体积小,高解析度,高穿透度等优点,因此特别适合用来做为三片式穿透式液晶投影机.而使用HTPS LCD的三片式穿透式液晶投影机,具备了三项特色,可提供观赏者明亮,柔和及色彩正确自然的视觉经验.
自然的色彩(Natural Images)
三片式LCD投影系统可准确地控制R,G,B三色并构成影像之画素,因此可让画面更自然生动. 舒服的视觉(Gentle on the Eyes)
快速移动画面与影像将不会出现色分离现象,例如彩虹现象(rainbow effect)等.
充足的亮度(Bright Images)
由於HTPS LCD采三色光全时投射因此其光效率非常高,使用者可以观赏明亮且清晰的影像. 目前生产HTPS LCD的厂商,共有Epson与及Sony两家厂商,而其中以Epson的产能最大,自西元1987年开始生产以来,至2004年7月已累计生产了2000万枚,目前Epson共有三座HTPS 工厂,是全球最大的HTPS LCD生产商.
结语
随著DVD影音光碟机与数位广播系统的普及,高解析度影像源的数量也正逐渐增加,前投影机,大萤幕HDTV液晶投影电视,以及其他家用投影机市场也跟著迅速扩展.而数位投影机的市场持续扩大,商业演示文稿需求的增加,以及教室电脑化的需求均刺激市场的成长.这一成长也刺激消费大众对於以三片式LCD设计技术为特色的家用前投影机与大萤幕HDTV液晶投影电视之需求,这些产品可以让使用者以大萤幕画质享受数位资讯内容.
开发HTPS LCD的厂商也将致力於生产开口率更高,对比率更高,更明亮且尺寸更小的面板产品,以设计出更亮,更小,更省空间的前投影机和大萤幕HDTV液晶投影电视,并同时具备价格竞争力.现在更有为家庭剧院投影机开发的HTPS TFT LCD面板,如1.8cm 720p宽萤幕格式产品,以及1.4cm 480p的宽萤幕等产品问世.从厂商卯足全力研发更新面板产品看来,往后的投影市场竞争将更为激烈,而更美的视觉飨宴也将让挑剔的消费者成为最大赢家.
薄膜电晶体液晶显示器技术2006-4-19
--------------------------------------------------------------------------------
TFT-LCD结构.薄膜电晶体液晶显示器由显示幕,背光源及驱动电路三大核心部件组成. TFT-LCD显示幕,包括阵列玻璃基板,彩色滤光膜以及液晶材料.阵列玻璃基板制备工艺是:用三个光刻掩膜板,首先在玻璃基板上连续淀积ITO膜(厚20～50n m)和Cr膜(厚50～100nm),并光刻图形,然后连续淀积绝缘栅膜SiN:(厚约400n m),再本征a-Si(厚50～100n m)和n+a-Si 层,并光刻图形(干法)淀积Al膜,光刻漏源电极,最后以漏源电极作掩膜,自对准刻蚀象素电极上的Cr膜和TFT源漏之间n+a-Si膜.这就是TFT反交错结构的简单制造工艺.下一步是:在玻璃基板上涂布聚酰亚胺取向层,用绒布沿一定方向摩擦,使取向层表面形成方向一致的微细沟道,控制液晶分子定向排列.在保证两块玻璃基板上下取向槽沟的槽方向正交的条件下,将两块玻璃基板上下密封成一个盒,盒间隙一般只有几个微米(如10μm),然后抽真空封灌液晶材料.
彩色滤光膜(Color Filter)简称CF.TFT-LCD的彩色显示,实际是通过阵列基板的光,照射在彩膜上,显示幕就能显示颜色.彩色滤光膜(如同著色的玻璃纸)可以制作在透明的电极之上(透明电极和液晶层之间),也可制作在透明电极之下(透明电极和玻璃之间),上下玻璃基板与CF膜对准精度非常高,要求CF膜黑白矩阵正好对准ITO象素电极的边缘,CF膜附著在液晶盒表面,然后用两片无色偏振片夹住液晶盒.彩色显示原理可以简述为:把TFT-LCD的一个象素点分割成红,绿,蓝(R,G,B)三基色,并对应CF膜的RGB,起光阀作用的LCD对透过CF膜的三色光量,进行平衡,调节得到所要的彩色.穿过CF膜的入射光如果漏射,则会影响TFT-LCD的对比度,所以在间隙处要设置遮光的黑矩阵(Black Matrix)简称BM.为了稳定性和平滑性,使用丙烯基树脂和环氧树脂制成厚0.5～2μm的保护层(oe cota)简称OC.然后在这个保护层上面形成共用电极,即透明电极膜.BM层通常是由金属铬(Cr)制作,为了降低表面反射,也有用氧化铬(CrOx)或树脂.金属铬厚度约为1000～1500埃,用树脂,染料或颜料,作为著色层来著色.每个象素点的著色图形,因TFT-LCD的用途而不同.如可按条形,玛赛克形,三角形等排列.CF膜的特性用透过率,色纯度,对比度以及低反射化表示,所以对CF膜的要求是:高透过率和色纯度;高对比度和平整性以及极低的扩散反射.
液晶材料.据不完全统计,可以作液晶材料的高分子化合物,已超过1万种.用一种液晶材料通常很难满足器件要求的温度范围,弹性系数,介电常数,折射率各向异性以及粘度等主要技术指标,工程上必须用混合液晶来调制物理性能.常用的具有代表性的液晶材料,按分子排列方向不同可分成三大类:一类是向列相液晶.这种液晶材料,分子长轴平行,分子除转动滑动外,还可以上下移动;二是胆甾相液晶.这种液晶材料,分子在不同的平面上取向,在同一平面上,分子长轴平行各平面的指向矢,并逐层扭转呈螺旋变化;三是近相晶液晶.这种液晶材料,分子排列为层状,各层的分子长轴平行,可以相互平行移动,但分子在层与层之间不能自由滑动.液晶材料的主要特点是:具有细长分子结构,在和分子指向矢垂直和平行两个方向,其层电率,介电常数,折射率均不相同,并随温度和驱动频率等外界条件而变化.另外,折射率各向异性大,在产生同样光学效应的情况下,可以使液晶盒变薄.相同电压下的电场强度就能加快液晶盒的回应速度.
TFT-LCD背光源.液晶本身并不发光,外部必须施加照射光,这种外部照射光称为背光源.液晶显示器的背光源,按液晶显示面与光源的相对位置,大体上可分为边缘式,直下式和自发光式三种.白炽灯,白卤素灯为点光源,萤光灯(热阴极,冷阴极)为线光源,电致发光(EL)以及矩阵式发光二极体为面光源.边缘式背光源是在显示区的侧面,装配线光源的萤光灯.为了确保显示区亮度的均匀性,边缘式背光源均采取集光和导光措施.集光是为有效地使入射光能从一个侧
面射出去,导光是将集光射出的光进行反射,使之成为平面光源;直下式背光源是在显示区的正下方,装配1只或几只并排的冷阴极灯,在冷阴极灯的上面同时装配漫散射板,以消除冷阴极灯造成的斑点;自发光式背光源是在显示区的下方,装配电致发光板.电致发光为面发光,可整面均匀发光且没有斑点,发光颜色为绿,蓝,白,亮度为30～100尼特.TFT-LCD背光源的发展趋势是:大画面,高亮度,广视角以及薄型化,轻量化,低功耗化和低价格化.
TFT-LCD驱动电路.为了显示任意图形,TFT-LCD用m×n点排列的逐行扫描矩阵显示.在设计驱动电路时,首先要考虑液晶电解会使液晶材料变质,为确保寿命一般都采用交流驱动方式.已经形成的驱动方式有:电压选择方式,斜坡方式,DAC方式和类比方式等.由於TFT-LCD主要用於笔记本电脑,所以驱动电路大致分成:信号控制电路,电源电路,灰度电压电路,公用电极驱动电路,资料线驱动电路和定址线驱动电路(栅极驱动IC).上述驱动电路的主要功能是:信号控制电路将数位信号,控制信号以及时钟信号供给数位IC,并把控制信号和时钟信号供给栅极驱动IC;电源电路将需要的电源电压供给数位IC和栅极驱动IC;灰度电压电路将数位驱动电路产生的10个灰度电压各自供给资料驱动;公用电极驱动电路将公用电压供给相对於象素电极的共用电极;资料线驱动电路将信号控制电路送来的RGB信号的各6个比特显示资料以及时钟信号,定时顺序锁存并续进内部,然后此显示资料以6比特DA变换器转换成类比信号,再由输出电路变换成阻抗,供给液晶屏的资料线;栅极驱动电路将信号控制电路送来的时钟信号,通过移位寄存器转换动作,将输出电路切换成ON/OFF电压,并顺次加到液晶屏上.最后,将驱动电路装配在TAB(自动焊接柔性线路板)上,用ACF(各向异性导电胶膜),TCP(驱动电路柔性引带)与液晶显示幕相连接.
TFT-LCD工作原理.首先介绍显示原理.液晶显示的原理基於液晶的透光率随其所施电压大小而变化的特性.当光通过上偏振片后,变成线性偏振光,偏振方向与偏振片振动方向一致,与上下玻璃基板上面液晶分子排列顺序一致.当光通过液晶层时,由於受液晶折射,线性偏振光被分解为两束光.又由於这两束光传播速度不同(相位相同),因而当两束光合成后,必然使振光的振动方向发生变化.通过液晶层的光,则被逐渐扭曲.当光达到下偏振片时,其光轴振动方向被扭曲了90度,且与下偏振片的振动方向保持一致.这样,光线通过下偏振片形成亮场.加上电压以后,液晶在电场作用下取向,扭曲消失.这时,通过上偏振片的线性偏振光,在液晶层不再旋转,无法通过下偏振片而形成暗场.可见液晶本身不发光,在外光源的调制下,才能显示,在整个显示过程中,液晶起到一个电压控制的光阀作用.TFT-LCD的工作原理则可简述为:当栅极正向电压大於施加电压时,漏源电极导通,当栅极正向电压等於0或负电压时,漏源电极断开.漏电极与ITO象素电极连结,源电极与源线(列电极)连结,栅极与栅线(行电极)连结.这就是TFT-LCD的简单工作原理.
TFT-LCD的关键技术.TFT-LCD的关键技术很多,主要有以下几个大的方面:
一是提高开口率技术.开口率指TFT-LCD显示幕光透过部分和不透过部分之比,开口率越大,亮度越高.影响开口率的主要是栅和源汇流排宽度,TFT尺寸,上下基板对盒精度,存贮电容尺寸及黑矩阵尺寸等.为了提高开口率,采取的办法是:将黑白矩阵和彩膜都做在TFT基板上,此办法避免了对盒精度引起的开口率下降,但成品率不是很高,成本也会相应加大.另外就是栅源汇流排,采用积体电路微加工技术.90年代TFT矩阵微加工约10μm,开口率为35%,微加工达到5μm时,开口率为80%.第三就是采用自对准光刻技术.主要是消除栅极和源漏极重叠形成的寄生电容.用自对准光刻技术,把栅电极作掩膜板,光刻n+a-Si和源漏电极,以减少栅源电极之间的重叠.最后是改善栅源材料.为了增加开口率,应尽量将汇流排宽度取小,但要考虑由於汇流排电阻过大,输入信号延迟,驱动不充分,从而降低对比度的问题.通常采用Cr或MoTa 金属包Al的办法,这样就能得到低电阻汇流排.
二是扩大视角技术.液晶分子的各向异性,决定了液晶分子空间分布的不同,不同的立体角光透过率不同,这是造成显示对比度不均匀的重要原因.因此,扩大视角是液晶显示技术的关键
课题之一.一般采取的技术措施有:补偿膜技术.在液晶显示幕上,贴光漫射膜和光强补偿膜,使通过液晶屏的光均匀漫射,并补偿某些角度的光强.另外就是采用多畴技术,在象元内划分两个以上不同液晶分子排列区域,形成多畴液晶分子取向,从而达到扩大视角的目的.扩大视角技术还有IPS,ASM等方法和措施.
三是简化TFT阵列工艺.一般TFT阵列工艺刻蚀次数为7～9次,工艺流程过长,影响产品合格率和生产能力.国外文献报导,已有4次套刻工艺,比常规的TFT阵列工艺减少了一半.
当然,液晶显示器的关键技术不只是以上三个方面,但它们是影响TFT-LCD品质的最关键技术,其他关键技术这裏就不一一赘述.
液晶显示器面板的分级2006-7-14
--------------------------------------------------------------------------------
用户在购买液晶显示器时常会听商家说:"xx牌的好,用的是A屏,xx牌的不行,用的是B屏".那A屏与B屏的区别到底在那呢
A级屏比B级屏的档次要高,C级档次最低.除了这三级以外,现在还有一种称呼就是"超A级"或"AA级",即比A级档次还要稍微高一些的产品.一般说来,B级和C级都算是次品,与A级相比,B级和C级的坏点数多一些,亮度相对不均匀,外观也可能有损伤,并且与A级屏的价格差距可能高达近千元.
对於三星,菲利浦,纯净界这些知名品牌来说,对於液晶屏的品质要求也相对高出许多,都会采用"A"级的屏,以保证质量.所以在采购过程中,价格并非完全按照一个单纯的品牌来定位的,而是严谨地遵循了一个成本制造的原则.
坏点是液晶面板上不可修复的图元点,是在生产过程中产生的.在液晶图元后面有三个电晶体,对应著红,绿,蓝三个滤光片,其中任何一个电晶体出现问题都会使这个图元成为一个坏点.以15寸1024*768的屏来说,总共约需图元点1024*768*3=2359296个,而且在每个液晶图元背后还集成有一个单独驱动管,在如此多的图元点和驱动管中难免会有个别会出现问题.产生坏点的多少直接与生产厂家的技术和工艺水平相关.就目前来看,每批生产出来的液晶板通常都有20%的产品有坏点.随著技术的不断完善,一些品牌的液晶板坏点率已经能够控制到10% 以内,不过0坏点率还尚属罕见.
亮点是当设定萤幕显示的画面全黑时,萤幕上所显示的红,绿蓝光点.
暗点是当设定萤幕显示的画面全白或为同一颜色时,萤幕上不显示颜色的点.
实际上液晶面板的判别不仅在於坏点和亮点暗点的多少上,色纯度,可视角度的区别也是评定的主要依据,厂商要根据这些产品指标的综合评定,才能把液晶评分为A级,B级,C级,并会以此为依据对产品定价,其中A级屏和B级屏必须用专用的仪器去测试,肉眼很难判别.
各地面板厂商对产品的分级各不相同:韩系厂商,3个以下为A级
日系厂商,5个以下为A级
台系厂商,8个以下为A级
主流液晶显示器产品所标称的等级标准为:
AA级:无任何坏点的LCD显示器为AA级.
A级:3个坏点以下,其中亮点不超过一个,且亮点不在萤幕中央区内.
B级:3个坏点以下,其中亮点不超过二个,且亮点不在萤幕中央区内.
以上是液晶面板厂商与液晶显示器厂商的分级标准,供大家在挑选液晶时参考!
主流液晶面板的类型2006-7-12
--------------------------------------------------------------------------------
就目前而言占据主流产品的面板类型有三大类分别是:V A,IPS和TN,它们都有各自所采用的液晶材料和面板结构,优缺点也不尽相同!
V A型:V A型液晶面板在目前的显示器产品中应用较为广泛,16.7M色彩和大可视角度是它最为明显的技术特点,目前V A型面板分为两种,一种为MV A型,另一种为PV A型.其中MV A是富士通主导的一种面板类型,它的全称为(Multi-domain Vertical Alignment),是一种多象限垂直配向技术.它是利用突出物使液晶静止时并非传统的直立式,而是偏向某一个角度静止;当施加电压让液晶分子改变成水平以让背光通过则更为快速,这样便可以大幅度缩短显示时间,也因为突出物改变液晶分子配向,让视野角度更为宽广.在视角的增加上可达160度以上,反应时间缩短至20ms以内.
而PV A型则是三星推出的一种面板类型,它在富士通MV A面板的基础上有了进一步的发展和提高,是一种图像垂直调整技术,该技术直接改变液晶单元结构,让显示效能大幅提升可以获得优於MV A的亮度输出和对比度.此外在这两种类型基础上又延出改进型S-PVA和P-MV A两种面板类型,在技术发展上更趋向上,可视角度可达170度,回应时间被控制在20毫秒以内(采用Overdrive加速达到8ms GTG),而对比度可轻易超过700:1的高水准,三星自产品牌的大部份产品都为PV A液晶面板.
IPS型:它也是目前主要的一种液晶面板类型,由日本日立於2001年推出,液晶分子平面切换的方式来改善视角,利用空间厚度,摩擦强度并有效利用横向电场驱动的改变让液晶分子做最大的平面旋转角度来增加视角;在商品的制造上不须额外加补偿膜,显示视觉上对比也很高.在视角的提升上可达到160度,回应时间缩短至40ms以内.所以IPS型液晶面板具有可视角度大,颜色细腻等优点,看上去比较通透,不过回应时间较慢和对比度较难提高也是这类型面板一个比较明显的缺点.IPS即第一代IPS技术,它已经实现了较好的可视角度.而S-IPS则为第二代IPS技术,它又引入了一些新的技术,以改善IPS模式在某些特定角度的灰阶逆转现象. 其LG-飞利浦自主的面板制造商也是以IPS为技术特点推出的液晶面板.
TN型:这种类型的液晶面板应该算是应用於入门级和中端的面板产品,最为重要的有一点就是价格实惠,低廉,成为众多厂商选用的产品.在技术上,与前两种类型的液晶面板相比在技术性能上略为逊色,它不能表现出16.7M艳丽色彩,并且可视角度也受到了一定的限制.之所以TN型这种面板产品仍然是众多厂商采用的主力还是因为由於他的输出灰接级数较少,液晶分子偏转速度快,致使它的回应时间容易提高,据资料显示一些现在市场上一般在8ms回应时间以内的产品大多都采用的是TN液晶面板.
特别值得一提的是,还有如SHARP采用的ASV技术型和NEC推出的ExtraView型的液晶面板,他们所生产的液晶显示器都是自己厂商独有液晶面板,只是其他品牌所采用的相对较少.此外中国台湾地区友达光电,奇美光电等大型的专业面板厂商都是以向其专业技术厂商购入其相对液晶面板技术加以生产,在提供给显示器产商.
液晶的多种应用途径探讨2006-7-31
--------------------------------------------------------------------------------
液晶光学器件
利用液晶的电光效应,如宾主效应,TN模式,STN模式,就能使其具有快门或光开关的功能,如切换光的透射,遮断,控制透射光的强度等.这种快门缺点是不能完全遮断入射光,而且一般回应速度比较慢.提高快门速度的方法有双频率驱动法,电压调制法,三电极法以及铁电液晶高速开关效应等.其应用的实例有焊接面罩,立体电视用快门,液晶印表机等.
液晶快门原理还可以用於改变光透射面积的光学光圈及可调节光透射量的调光器件等.例如,将上下基板都印有同心半圆形的笔段电极适当组合,使电压作用在同心圆形内,就构成了一种光学光圈.调光器件的典型例子是高分子微滴散射液晶显示(PDLC),可作电控电子窗帘和屏风.此外还有用作汽车司机夜间行驶防强光的液晶眼镜等.
如果构成液晶盒的两片导电玻璃不是平行,而是互相倾斜做成尖劈形状(或将导电玻璃弯成
曲面),控制入射光的偏颇振方向,液晶盒就可以当作有两个偏振角的棱镜使用.对它施加电压,可以使对应的非寻常光的折射率连续变化到寻常光的折射率.通过电压控制盒内液晶分子的取向,改变折射率,相应地也就调节了焦距.依据这样的原理可做成焦距可变的液晶透镜.已开发的有电压-透射光强度特性透镜,可变焦的微型透镜.
利用液晶折射率各向异性和液晶介面全反射原理,以及偏振光分束器和TN液晶盒造成偏振面旋转原理,可以制成光开关.而在向列型液晶盒内设置对称结构或非对称结构的电极,建立电场分布,利用液晶分子重新取向所产生的折射率分布使光转向,则可以制作光束偏振器.但这种器件因液晶层要增厚到一定程度,在透射特性,回应速度上都有一定的难度.
液晶光阀可作为制作全息图的空间调制器.它是借光定址,可把液晶层形成的图像放大投影到萤幕上的显示器件.除采用液晶光阀外,液晶的空间调制器还可以采用矩阵结构,电控双折射,或胆甾相-向列相的相变效应来制作全息图.
此外,液晶的空间调制器还可以制成光逻辑进行逻辑或图像处理,也可制作成光记忆体,用於资讯的写入与擦除.
液晶感测器
液晶分子的排列容易受外部热,电场,磁场,压力等的影响,因此,一旦受到外部刺激,液晶的光学等特性就随之变化.利用这种性质,可以制作各种液晶感测器.
常见的有温度感测器.当液晶的螺距与折射率的乘积在可见光范围内时,会呈现出特定的颜色,而绝大多数的胆甾相液晶的螺距是随温度变化的.根据此原理就可经制作出温度感测器.感测器可以用两片玻璃片夹液晶做成液晶盒,作为温度的探头,也可以用胆甾相液晶直接涂覆在被测表面上;还可以用一定的液晶做成微胶囊,再添加胶粘剂做成油墨,然后将它涂覆或印刷在黑色不透明的基片(薄膜)上.现在这类温度感测器,可用於电子零件,机械零件的无损探伤,人体表面体温分布的测量,乳腺癌和皮下肿块的早期疹断等.
此外,还有电场感测器,电压感测器,超声波感测器,红外线感测器等.
LCD技术图文解说2006-6-27
--------------------------------------------------------------------------------
在1970年,Fergason制造了第一台具有实用性的LCD.在此之前,LCD有许多缺点:它电能消耗过大,使用寿命短,而且显示对比度低.直到1971年, LCD 才被公众接受并开始流行起来.LCD 使用液晶萤幕显示图像,液晶萤幕以电压供应的改变而改变光线的折射来产生色彩的变化.液晶萤幕由中间夹著液晶的两层玻璃或塑胶面板构成,光线可以透过面板. 接通电流之后,液晶可以改变方向以控制光线的通过,这样液晶就可以调节自己的色彩.LCD 显示幕一般都应用在便携电脑或多媒体放映机上.大部分桌面电脑的纯平LCD显示器就是采用了LCD 技术. 早期的液晶屏表现不稳定,也不合适大批量的生产.直到一位英国科学家发现稳定的液晶材料'联苯'之后,才使LCD 技术产生质的飞跃.LCD从而广泛出现在电脑,游戏装置和手表上.
目前的LCD显示器因为具有完全平面,主动距阵,超薄等特点而受到人们欢迎.LCD的历史已经有30年了,由於过去的研究和发展较慢,LCD 显示器因为不能提供良好的图像质量而不受好评.但到今天,LCD的需求日益增加并开始普及,它以美观的外观,纤细的造型,不占用空间和低能耗而受到人们欢迎,现在已经有很大部分资金充裕的用户正在使用它.
当前还有很多消费者持观望态度,他们在等待LCD显示器的价格下降并希望LCD能在亮度,锐利和对比方面提供更好的性能,他们只有在那时才能从传统的CRT过渡到LCD显示器.早期的LCD技术回应速度慢,效率低,提供的对比度不高.而且早期的距阵技术是被动距阵,可以提供锐利的文本显示,但显示运动物体后会留下残像.今天,大多数黑白显示笔记本,呼机和便携电话都采用了被动距阵.因为LCD能比CRT提供更锐利的文本和更清晰的图像.
LCD有两种: DSTN (双层超扭曲向列) 和TFT (薄膜电晶体),也就是大家知道的被动和主动显示. LCD有以下几层构成并按下面的顺序排列:极性筛检程式,薄玻璃板,电极,配列层,液晶,
配列层,电极,薄玻璃板,极性滤器.
早期的笔记本电脑采用8英寸的被动黑白显示幕.但LCD显示器主流往主动距阵和大显示尺寸方向发展.今天的LCD几乎都采用TFT面板,TFT可以在大尺寸下提高亮度并保持锐利的显示效果.
LCD工作原理
TFT LCD 的横截面很像是很多层三明治叠在一起.每面最外一层是透明的玻璃基体,玻璃基体中间就是薄膜电晶体. 颜色筛检程式和液晶层可以给显示出红,蓝和绿三种最基本的颜色.通常,LCD后面都有照明灯以显示画面.
一般只要电流不变动,液晶都在非结晶状态.这时液晶允许任何光线通过.液晶层受到电压变化的影响后,液晶只允许一定数量的光线通过.光线的反射角度按照液晶控制.
当液晶的供应电压变动时,液晶就会产生变形,因而光线的折射角度就会不同,从而产生色彩的变化.一个完整的TFT 显示幕由很多图元构成,每个图元象一个可以开关的电晶体.这样就可以控制TFT 显示幕的解析度.如果一台LCD的解析度可以达到1024 x 768 图元(SVGA),它就有那麼多图元可以显示.
LCD技术详细介绍2006-3-17
--------------------------------------------------------------------------------
关於液晶
物质有三种形态:固态,液态和气态.
1888年,澳大利亚植物学者莱尼茨尔(Reinitzer)研究胆甾醇在植物中的作用时,用胆甾基苯进行试验,无意间发现了液晶,但液晶的实际应用直到二十世纪五十年代才开始. 顾名思义,液晶是固液态之间的一种中间类状态. 液晶是一种有机化合物,在一定的温度范围内,它既具有液体的流动性,粘度,形变等机械性质,又具有晶体的热(热效应),光(光学各向异性),电(电光效应),磁(磁光效应)等物理性质. 光线穿透液晶的路径由构成它的分子排列所决定.人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射.
液晶按照分子结构排列的不同,分为三种:晶体颗粒粘土状的称为近晶相(Smectic)液晶,类似细火柴棒的称为向列相(Nematic)液晶,类似胆固醇状的称为胆甾相(Cholestic)液晶.这三种液晶的物理特性都不尽相同,用於液晶显示器的是第二类的向列相(Nematic)液晶.
LCD的原理
只有先认识了它的结构和原理,了解了它的技术和工艺特点,才能在选购时有的放矢,在应用和维护时更加科学合理.液晶是一种有机复合物,由长棒状的分子构成.在自然状态下,这些棒状分子的长轴大致平行.LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作.这两个平面上的槽互相垂直(90度相交),也就是说,若一个平面上的分子南北向排列,则另一平面上的分子东西向排列,而位於两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态.由於光线顺著分子的排列方向传播,所以光线经过液晶时也被扭转90度.但当液晶上加一个电压时,分子便会重新垂直排列,使光线能直射出去,而不发生任何扭转.LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身,自然光线是朝四面八方随机发散的,极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线.这些线形成一张网,阻断不与这些线平行的所有光线,极化滤光片的线正好与第一个垂直,所以能完全阻断那些已经极化的光线. 只有两个滤光片的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配,光线才得以穿透.LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成,所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线.但是,由於两个滤光片之间充满了扭曲液晶,所以在光线穿出第一个滤光片后,会被液晶分子扭转90度,最后从第二个滤光片中穿出.另一方面,若为液晶加一个电压,分子又会重新排列并完全平行,使光
线不再扭转,所以正好被第二个滤光片挡住.总之,加电将光线阻断,不加电则使光线射出.当然,也可以改变LCD中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断.但由於液晶萤幕几乎总是亮著的,所以只有"加电将光线阻断"的方案才能达到最省电的目的.
LCD的分类
可以将LCD分为被动技术和主动技术两种,代表性的产品分别是DSTN(double-layer supertwist nematic双层超扭曲向列相液晶)和TFT(thin film transistor薄膜电晶体). DSTN一直是被动式笔记本显示器的标准,HPA和CSTN则是被动技术的最新改进.HPA也被称为高性能定址或快速DSTN.HPA和CSTN皆比DSTN提供了更好的对比度和亮度.CSTN的反应时间现在已下降到100ms,并提供140度视角.
DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的,由於DSTN采用双扫描技术,因而显示效果较STN有大幅度的提高.笔记本电脑刚出现时主要是使用STN.STN的反应时间较慢,一般为300ms左右,用户能感觉到拖尾(余辉).由於DSTN 分上下两屏同时扫描,所以在使用中有可能在显示幕中央出现一条亮线.
主动矩阵显示幕通过薄膜电晶体直接定址,这也是该技术名称的由来,即TFT(薄膜电晶体).TFT属於有源矩阵液晶显示器中的一种,反应时间大大提高,已达到25ms.其具有更高的对比度和更丰富的色彩.相对DSTN而言,TFT的主要特点是每个图元都配置一个半导体开关器件,其加工工艺类似於大型积体电路.由於每个图元都可通过点脉冲直接控制,因而每个节点相对独立,并可连续控制,这样不仅提高了反应时间,同时在灰度控制上可以非常精确,这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因.目前绝大部分笔记本电脑厂商的主流产品都是采用TFT 显示幕.
LCD和CRT(传统显示器)的比较以及购买时的注意事项
LCD的工作原理我们介绍过了,那麼再介绍一下CRT,然后我们好比较.CRT的工作原理是由灯丝,阴极,控制栅组成电子枪,通电后灯丝发热,阴极被激发,发射出电子流,电子流受到带有高电压的内部金属层的加速,经过透镜聚焦形成极细的电子束,打在萤光屏上,使萤光粉发光.电子束在偏转线圈产生的磁场作用下,可以控制其射向萤光屏的指定位置,电子束打在萤光屏上后会形成一个发光点,若干个发光点就可以组成图像.RGB三色萤光点被不同强度的电子束击中,就会产生各种色彩,通过控制电子束的强弱和通断,则可以形成各种绚丽多彩的画面.一般荫罩式显像管的内部有一层类似筛子的网罩,电子束通过网眼打在呈三角形排列的萤光点上,三把电子枪分别对应RGB三色,所以叫做"三枪三束"显像管.荫栅式显像管(例如特丽珑与钻石珑)的原理也是一样,只不过此类显像管的网罩是将许多光栅纵向固定在框裏形成的.
接下来就是详细介绍它们的不同之处了:
解析度
解析度是一个非常重要的性能指标.它指的是萤幕上水平和垂直方向所能够显示的点数(萤幕上显示的线和面都是由点构成的)的多少,解析度越高,同一萤幕内能够容纳的资讯就越多.对於一台能够支援1280x1024解析度的CRT来说,无论是320x240还是1280x1024解析度,都能够比较完美地表现出来(因为电子束可以做弹性调整).但它的最大解析度未必是最合适的解析度,因为如果17寸显示器上到1280x1024解析度的话,WINDOWS的字体会很小,时间一长眼睛就容易疲劳,所以17寸显示器的最佳解析度应为1024x768.
但对LCD来说则不然.LCD的最大解析度就是它的真实解析度,也就是最佳解析度.一旦所设定的解析度小於真实解析度(比如说15寸LCD,其真实解析度为1024x768,而WINDOWS中设定解析度为800x600)的话,将有两种显示方式.一是居中显示,只有LCD中间的800x600个点会显示图像,其他没有用到的点不会发光,保持黑暗背景,看起来画面是居中缩小的.另一种是扩展显示,这种方式会使用到萤幕上每一个图元,但由於图元很容易发生扭曲,所以会对显
示效果造成一定影响.所以说无论如何在选择LCD时要注意解析度不是越大越好而是适当好用.
刷新率
对於CRT来讲,萤幕上的图形图像是由一个个因电子束击打而发光的萤光点组成,由於显像管内萤光粉受到电子束击打后发光的时间很短,所以电子束必须不断击打萤光粉使其持续发光.电子枪从萤幕的左上角的第一行(行的多少根据显示器当时的解析度所决定,比如800X600解析度下,电子枪就要扫描600行)开始,从左至右逐行扫描,第一行扫描完后再从第二行的最左端开始至第二行的最右端,一直到扫描完整个萤幕后再从萤幕的左上角开始,这时就完成了一次对萤幕的刷新,周而复始.这样我们就能够理解,为什麼显示器的解析度越高,其所能达到的刷新率最大值就越低.一般来讲,萤幕的刷新率要达到75HZ以上,人眼才不易感觉出萤幕的闪烁,CRT显示器的刷新率是由其行频和当时的解析度决定的,行频越高,同一解析度下的刷新率就越高;而行频一定的情况下,解析度越高则它所能达到的刷新率越低.对於LCD来说则不存在刷新率的问题,它根本就不需要刷新.因为LCD中每个图元都在持续不断地发光,直到不发光的电压改变并被送到控制器中,所以LCD不会有"不断充放电"而引起的闪烁现象.
视角
目前大多数纯平显示器的视角都能达到180度,也就是说,从萤幕前的任意一个方向都能清楚地看到所显示的内容.而LCD则不同,它的可视角度根据工艺先进与否而有所不同,部分新型产品的可视角度已经能够达到160左右,跟CRT的180度已经非常接近.也有一些LCD虽然标称视角为160度,但实际上却达不到这个标准.用户在使用过程中一旦视角超出其实际可视范围,画面的颜色就会减退,变暗,甚至出现正像变成负像的情况.很可能大家为飞利浦的广告所迷惑其实LCD的视角并不是很大,反而比CRT的小许多,是一个明显比CRT弱的地方,所以不用担心被同事看见小笨熊的爱称.当然如果厂商将产品中加上增加视角的技术的话情况会好一点.下面介绍一下.
TN+Film(TN+视角扩大膜)技术
从结构上来讲,液晶显示器使用了"液晶"作为显示材料.液晶是一种介於固态和液态之间的物质,在一定的温度下会呈现出透明的液体状态,而冷却以后又会变成带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,类似胆固醇状的Cholestic液晶,.这三种液晶的物理特性都不尽相同,通常用於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也就称为LCD(Liquid Crystal Display). 普通液晶屏上层的液晶分子的排列是横向的,下层的液晶分子排列是纵向的,而位於上下层之间的液晶分子接近上层的就呈横向排列,接近下层的则呈纵向排列.整体看起来,液晶分子的排列方式就像是一个螺旋形的旋转排列,但是基於TN+视角扩大膜技术的液晶显示器的液晶分子是垂直于显示幕排列的,这样在上层的表面加一层特殊的薄膜即可增加可视的角度. 从技术上来讲,该技术是基於较成熟的标准TFT-Twisted Nematic(扭转向列式)液晶技术发展起来的.只要在基板的上表面加上一层特殊的薄膜(转向膜)就可以将水平视角从90度增加到140度.该技术的优点不言而喻,那就是相对的廉价和发展较为成熟的技术,成品率高.但是该技术的缺点也同样明显,就是对对比度较低和回应速度较慢的固有缺点仍没有质的改变.
IPS (板内切换or Super-TFT)技术
IPS或"板内切换"技术最先是由Hitachi(日立)开发的,现在NEC及Nokia(诺基亚)也采用这项技术生产TFT.
原理:
IPS与TN+Film(扭转向列液晶+视角扩大膜组合)技术的最大不同点在於液晶分子的方向是平行於基板而不是垂直於基板.这一点是通过施加电压来实现的.
使用IPS或Super TFT技术可以使视角扩大到170度,基本上可以达到CRT监视器一样的视角.但是这项技术也有缺点,因为液晶分子的排列方向,使得电极必须做成梳子状,安放在下层玻璃基板上,而不能像TN模式一样(成型的TN液晶显示幕通常包括玻璃基板,ITO膜,配向膜,偏光板等制成的夹板,共有两层,称为上下夹层,每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽,上下夹层中的是液晶分子),安置在两层玻璃基板上.这样做会降低对比度,因此必须加大背光源来达到要求的的亮度.同TN+Film(TN+视角扩大膜)技术相同IPS模式下的对比度及回应时间与传统的TFT-TN 相比也并无多大改善.
3 MV A(Multi-Domain Vertical Alignment,多区域垂直排列)技术
MV A技术是由富士通公司开发的.从技术的上来看,MV A目前来看应该是液晶显示器广视角及短回应时间最好的解决方案.MV A技术使可视角度可达到160度,回应时间可达到20ms.在MV A技术中,M代表"multi-domain",是指单个色彩单元裏面用凸出的物体来形成多区域. V A 代表"Vertical Alignment"(垂直排列),由於凸出物的关系,液晶分子在静态时并不完全是的垂直排列的.当施加电压产生电场之后,液晶分子变成水平排列,这样背光源发出的光就能通过各个层.MV A技术能够提供比TN+视角扩大膜技术及IPS技术更短的回应时间,这对视频和游戏的表现来说很重要.对比度方面也有提高,但是会随视角的变化而变化.
TN+Film(TN+视角扩大膜)技术
成本低廉,成品率高,可视角度140度,对比度和回应时间无太大提高. IPS(内切换or Super-TFT)技术:可视角度170度,对比度和回应时间无太大提高.MV A(Multi-Domain Vertical Alignment,多区域垂直排列)技术可视角度160度,对比度和回应时间有较大的提高,适合对视频和游戏的重播.
可视面积
可视面积指的是在实际应用中,可以用来显示图像的那部分萤幕的面积.因为CRT显示器的尺寸实际上是其显像管的尺寸,可以用来显示图像的部分根本达不到这个尺寸,因为显像管的边框占了一部分空间.一般来讲,17寸CRT显示器的可视面积约在15.8-16英寸左右,而15寸显示器的可视面积则只有13.8英寸左右.但对於LCD来说,标称的尺寸大小基本上就是可视面积的大小,被边框占用的空间非常小,15寸LCD的可视面积大约有14.5英寸左右,这也是为什麼LCD看起来要比同样尺寸CRT更大一些的原因.所以选购LCD的时候15村就基本上够了.
亮度与对比度
液晶显示器的显示功能主要是有一个背光的光源,这个光源的亮度决定整台LCD的画面亮度及色彩的饱和度.理论上来说,液晶显示器的亮度是越高越好,亮度的测量单位为cd/m2(每公尺平方烛光),也叫NIT流明.目前TFT萤幕的亮度大部分都是从150Nits开始起步,通常情况下200Nits才能表现出比较好的画面.对比度也就是黑与白两种色彩不同层次的对比测量度.对比度120:1时就可以显示生动,丰富的色彩(因为人眼可分辨的对比度约在100:1左右),对比率高达300:1时便可以支援各阶度的颜色.目前大多数LCD显示器的对比度都在100:1～300:1左右.目前还没有一套公正的标准值来衡量亮度与对比的反差值,所以购买LCD全靠一双锐利的眼睛.所以在选购LCD时要注意这个指标,它也是LCD产品上性能差异最大的一环估计选购上有些难度.
反应速度
测量反应速度的时间单位元是毫秒(ms),指的是象素由亮转暗并由暗转两所需的时间.这个数值越小越好,数值越小,说明反应速度越快.目前主流LCD的反应速度都在25ms以上,在一般
商业用途中(例如字处理或文本处理)没有什麼太大关系,因为此类用途不必太在意LCD的反应时间.而如果是用来玩游戏,观看VCD/DVD等全屏高速动态影像时,反应时间就尤其重要了,如果反应时间较长的话,画面就会出现拖尾,残影等现象.举个简单的例子,现在市场上绝大多数LCD显示器在玩QUAKE3时都会有不同程度的拖尾现象,在画面高速更新时尤其明显.而CRT则完全没有这个问题,因为CRT的反应时间只有1ms,是绝对不会出现拖尾现象的. 色彩
说到色彩,LCD也比不上CRT,从理论上讲,CRT可显示的色彩跟电视机一样为无限.而LCD只能显示大约26万种颜色,绝大部分产品都宣称能够显示1677万色(16777216色,32位),但实际上都是通过抖动演算法(dithering)来实现的,与真正的32位色相比还是有很大差距,所以在色彩的表现力和过渡方面仍然不及传统CRT.同样的道理,LCD在表现灰度方面的能力也不如CRT.大家有条件的话可以自己比较一下:找一台17英寸特丽珑显像管的显示器,再摆一台15寸LCD,同时显示一幅1677万色的图像.CRT显示出来的画面十分鲜艳,而LCD则显得有些"假",虽然说不上来哪里不对,但看著就是没有那台珑管的CRT舒服.
显示效果
先说CRT,目前绝大部分家用级CRT都不同程度地存在著聚焦,汇聚,呼吸效应等方面的问题,这与厂家的技术工艺是分不开的.如果生产厂家设计的相关控制电路不够先进,就很容易出现前面所说的那些问题.这也是为什麼同样都是特丽珑显像管,SONY原厂生产的显示器和其他一些厂家所生产的显示器表现截然不同的原因.而LCD则完全没有聚焦等问题,因为它根本就不需要聚焦.不过在线形与非线形失真等问题,LCD也有可能会出现,只不过CRT更容易出现罢了.
辐射
因为CRT显示器的光线会通过阴极管发出,同时也发出了辐射,所以对人体是很不利,但是后来TCO9X的要求是CRT在这方面得到了极大的改善.但是LCD由於其工作原理的缘故,工作时更本不会发出一点辐射,比之CRT强了很多.所以在下认为一般家庭还是使用CRT比较合适,多媒体效果会更好而且价格相对来说较便宜,LCD液晶显示器更适合在商业上用途上,股票交易,媒体编辑更适合使用LCD.
液晶的几种模式的工作原理2006-5-12
--------------------------------------------------------------------------------
1,液晶材料是液晶显示器件的主体.无论哪一种液晶显示器都是以下述原理为基础进行工作的,即通过电场或热等外场的作用,使液晶分子从特定的初始排列状态转变为其他排列状态,随著液晶分子排列方式的改变,其表现出来的光学特性(双折射特性)发生相应改变,最终变换为明暗视觉变化.
2,现在普通的TFT有源矩阵液晶显示器采用的工作方式都是TN(Twisted Nematic)模式的常白方式(Normally White).TN模式的最重要特点是液晶盒的设置满足摩根条件(其具体表述为:液晶分子的扭曲螺距和其折射率各向异性的乘积远大於入射光波长的一半,即Δnd λ/2),这样光在通过该液晶层时,其偏振面发生的旋转就与波长无关,(或者说当满足摩根条件时,不同波长的入射光经过液晶层后各自偏振面产生的旋转角度是一样的);液晶盒中充满Np(正性向列相)液晶,液晶分子沿面排列,且分子长轴在上下玻璃基片之间连续扭曲90 ,上下偏振片正交设置.
TN盒子的工作原理如下图1.1所示:在断开态,由於满足摩根条件,而且起偏器的偏振化方向与下基板表面处液晶分子指向矢平行,所以经起偏器获得的入射线偏光射入液晶层后会随著液晶分子的逐步扭曲同步旋转(这就是所谓的:旋光效应),当到达上基板时其偏振面旋转达到90 ,此时其偏振方向变成与检偏器的偏振化方向平行,这样该线偏光就可以穿过检偏器而展现亮态显示(由於无电场时为白画面,所以称之为"常白方式").当我们给液晶盒施加一个大於
阈值Vth的电压时,Np型向列液晶分子的扭曲结构就会被破坏,变成沿电场方向倾斜排列;当外加电压达到2Vth时,除上下基板表面处分子外其他所有液晶分子都变成沿电场方向再排列,这时TN盒的90 光性能消失,正交偏振片之间的液晶盒失去透光作用,从而得到暗态显示. 3,当前还有STN模式,它利用的是液晶分子的双折射特性进行工作的(而上面的TN模式利用的是特殊设置的液晶分子层的旋光特性进行工作的).这种模式由於工艺复杂,彩色化显示不太理想(存在干涉色,亦即色彩还原能力不好),所以只用於低端显示,比如手机,PDA等.
STN模式的液晶盒跟TN模式的不同只在於以下几点:(1)起偏器偏振化方向和下基板处液晶分子长轴(即光轴方向)不是相互平行而是成30 角.这样经起偏器获得的线偏光在射入液晶层时就会发生双折射现象(2)上下基板处液晶分子长轴方向连续扭曲270 ,而TN盒中是90 . STN模式的工作原理如下:不加电时,液晶分子扭曲排列(上下基板处液晶分子长轴方向连续扭曲270 ),由於下基板处液晶分子和起偏器偏振化方向不是相互平行而是成30 角,这样经起偏器获得的线偏光在射入液晶层时就会发生双折射现象,折射光的两个电向量分量在上极板处重新合成,变成椭圆偏振光,最终有一部分光从检偏器射出.加电时,液晶分子的扭曲结构被解体,变成垂面排列状态,正交设置的偏振片能阻断光的投射,得到暗态显示.
4,上面两种模式下,外加电压越大时,液晶分子的倾斜角度越大(越接近垂面排列状态),对应的透射光的强度越大;外加电压越小,液晶分子倾角越小(越接近沿面排列状态),对应的透射光强度越小.也就是说,通过控制外加电压的大小,就可以实现想要的灰阶显示.
5,彩色显示机理:
当前液晶显示器件的彩色显示是利用彩色滤色膜来实现的.彩色滤色膜制作过程如下图 2.7所示:
组合成的液晶盒结构可参见下图(这是我的毕业设计中MV A模式液晶盒结构图,TN模式液晶盒只是没有上下小凸起而已,其他的基本一样),也就是说,彩色滤色膜的R,G,B三基色按一定图案排列,并与TFT基板上的TFT子象素一一对应(注意:一个象素由三个子象素组成).背光源发出的白光,经滤色膜后变成相应的R,G,B色光.通过TFT阵列可以调节加在各个子象素上的电压值,从而改变各色光的透射强度.不同强度的RGB色光混合在一起,就实现了彩色显示. 6,还有其他的模式,比如MV A模式,IPS模式等,都是为了改善视角特性和提高回应速度而新开发的液晶工作模式,是对TN模式的改进而已.
7,上下偏振片(亦即起偏器和检偏器)的设置情况决定著加电和不加电状态下液晶盒的亮暗状态:当上下偏振片正交设置(亦即起偏器和检偏器偏振化方向相互垂直)时,在不加电状态下TN,STN模式呈亮态(所以称之为常白方式);加电状态下为暗态显示.而当上下偏振片平行设置(亦即起偏器和检偏器偏振化方向相互平行)时,在不加电状态下TN,STN模式呈暗态(所以称之为常黑方式),加电时反而呈亮态.
TFT-LCD液晶显示器的工作原理2004-8-19
--------------------------------------------------------------------------------
本文作者:谢崇凯图片制作:FPDisplay
我一直记得, 当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时, 常常遇到的困扰, 就是不知道怎麼跟人家解释, 液晶显示器是什麼只好随著不同的应用环境, 来解释给人家听. 在最早的时候是告诉人家, 就是掌上型电动玩具上所用的显示幕, 随著笔记型电脑开始普及, 就可以告诉人家说, 就是使用在笔记型电脑上的显示器. 随著手机的流行, 又可以告诉人家说, 是使用在手机上的显示板. 时至今日, 液晶显示器, 对於一般普罗大众, 已经不再是生涩的名词. 而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品, 更由於其轻薄的特性, 因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT, cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广.
如同我前面所提到的, 液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器. 而今日对液晶
显示器这个名称, 大多是指使用於笔记型电脑, 或是桌上型电脑应用方面的显示器. 也就是薄膜电晶体液晶显示器. 其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display, 简称之TFT LCD. 从它的英文名称中我们可以知道, 这一种显示器它的构成主要有两个特徵, 一个是薄膜电晶体, 另一个就是液晶本身. 我们先谈谈液晶本身.
液晶(LC, liquid crystal)的分类
我们一般都认为物质像水一样都有三态, 分别是固态液态跟气态. 其实物质的三态是针对水而言, 对於不同的物质, 可能有其他不同的状态存在. 以我们要谈到的液晶态而言, 它是介於固体跟液体之间的一种状态, 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1), 只要材料具有上述的过程, 即在固态及液态间有此一状态存在, 物理学家便称之为液态晶体. 这种液态晶体的首次发现, 距今已经度过一百多个年头了. 在西元1888年, 被奥地利的植物学家Friedrich Reinitzer所发现, 其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate) 的融解行为时发现, 此化合物加热至145.5度℃时, 固体会熔化,呈现一种介於固相和液相间之半熔融流动白浊状液体. 这种状况会一直维持温度升高到178.5度℃, 才形成清澈的等方性液态(isotropic liquid). 隔年, 在1889年, 研究相转移及热力学平衡的德国物理学家O.Lehmann, 对此化合物作更详细的分析. 他在偏光显微镜下发现, 此黏稠之半流动性白浊液体化合物,具有异方性结晶所特有的双折射率(birefringence)之光学性质, 即光学异相性(optical anisotropic). 故将这种似晶体的液体命名为液晶. 此后, 科学家将此一新发现的性质, 称为物质的第四态-液晶(liquid crystal). 它在某一特定温度的范围内, 会具有同时液体及固体的特性.
一般以水而言, 固体中的晶格因为加热, 开始吸热而破坏晶格, 当温度超过熔点时便会溶解变成液体. 而热致型液晶则不一样(请见图2), 当其固态受热后, 并不会直接变成液态, 会先溶解形成液晶态. 当您持续加热时, 才会再溶解成液态(等方性液态). 这就是所谓二次溶解的现象. 而液晶态顾名思义, 它会有固态的晶格, 及液态的流动性. 当液态晶体刚发现时, 因为种类很多, 所以不同研究领域的人对液晶会有不同的分类方法. 在1922年由G. Friedel 利用偏光显微镜所观察到的结果, 将液晶大致分为Nematic Smectic及Cholesteric三类. 但是如果是依分子排列的有序性来分(请见图3), 则可以分成以下四类:
1.层状液晶(Sematic) :
其结构是由液晶棒状分子聚集一起, 形成一层一层的结构. 其每一层的分子的长轴方向相互平行. 且此长轴的方向对於每一层平面是垂直或有一倾斜角. 由於其结构非常近似於晶体, 所以又称做近晶相. 其秩序参数S(order parameter)趋近於1. 在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂,所以层与层间较易滑动. 但是每一层内的分子键结较强, 所以不易被打断. 因此就单层来看, 其排列不仅有序且黏性较大. 如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话, 我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定为指向矢(director), 这就是这一群区域性的液晶分子平均方向. 而以层状液晶来说, 由於其液晶分子会形成层状的结构, 因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶. 当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话, 就称之为"Sematic A phase". 如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜(tilt)角度,就称之为"Sematic C phase". 以A,C等字母来命名, 这是依照发现的先后顺序来称呼, 依此类推, 应该会存在有一个"Sematic B phase"才是. 不过后来发觉B phase其实是C phase的一种变形而已, 原因是C phase如果带chiral的结构就是B phase. 也就是说Chiral sematic C phase 就是Sematic B phase(请见图4). 而其结构中的一层一层液晶分子, 除了每一层的液晶分子都具有倾斜角度之外, 一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构.
2.线状液晶(Nematic) :
Nematic这个字是希腊字, 代表的意思与英文的thread是一样的. 主要是因为用肉眼观察这
种液晶时, 看起来会有像丝线一般的图样. 这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排列, 所有棒状液晶分子长轴会选择某一特定方向(也就是指向矢)作为主轴并相互平行排列. 而且不像层状液晶一样具有分层结构. 与层列型液晶比较其排列比较无秩序, 也就是其秩序参数S较层状型液晶较小. 另外其黏度较小, 所以较易流动(它的流动性主要来自对於分子长轴方向较易自由运动).线状液晶就是现在的TFT液晶显示器常用的TN(Twisted nematic)型液晶.
3.胆固醇液晶(cholesteric) :
这个名字的来源,是因为它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的. 但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相. 这种液晶如图5所示, 如果把它的一层一层分开来看, 会很像线状液晶. 但是在Z轴方向来看, 会发现它的指向矢会随著一层一层的不同而像螺旋状一样分布, 而当其指向矢旋转360度所需的分子层厚度就称为pitch. 正因为它每一层跟线状液晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase. 以胆固醇液晶而言, 与指向矢的垂直方向分布的液晶分子, 由於其指向矢的不同, 就会有不同的光学或是电学的差异, 也因此造就了不同的特性.
4.碟状液晶(disk) :
也称为柱状液晶, 以一个个的液晶来说, 它是长的像碟状(disk), 但是其排列就像是柱状(discoid).
如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal, 聚合许多液晶分子而成)与低分子液晶两种. 就此种分类来说TFT液晶显示器是属於低分子液晶的应用. 倘若就液晶态的形成原因, 则可以分成因为温度形成液晶态的热致型液晶(thermotropic),与因为浓度而形成液晶态的溶致型液晶(lyotropic). 以之前所提过的分类来说, 层状液晶与线状液晶一般多为热致型的液晶, 是随著温度变化而形成液晶态. 而对於溶致型的液晶, 需要考虑分子溶于溶剂中的情形. 当浓度很低时, 分子便杂乱的分布於溶剂中而形成等方性的溶液, 不过当浓度升高大於某一临界浓度时, 由於分子已没有足够的空间来形成杂乱的分布, 部份分子开始聚集形成较规则的排列, 以减少空间的阻碍. 因此形成异方性(anisotropic)之溶液. 所以溶致型液晶的产生就是液晶分子在适当溶剂中达到某一临界浓度时,便会形成液晶态. 溶致型的液晶有一个最好的例子,就是肥皂. 当肥皂泡在水中并不会立刻便成液态, 而其在水中泡久了之后, 所形成的乳白状物质, 就是它的液晶态.
液晶的光电特性
由於液晶分子的结构为异方性(Anisotropic),所以所引起的光电效应就会因为方向不同而有所差异,简单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特性都具有异方性,因而我们可以利用这些性质来改变入射光的强度, 以便形成灰阶, 来应用於显示器元件上. 以下我们要讨论的, 是液晶属於光学跟电学相关的特性, 大约有以下几项:
1.介电系数ε(dielectric permittivity) :
我们可以将介电系数分开成两个方向的分量, 分别是ε// (与指向矢平行的分量)与ε⊥(与指向矢垂直的分量). 当ε// >ε⊥便称之为介电系数异方性为正型的液晶, 可以用在平行配位. 而ε// 0 .所以双折射率Δn > 0 ,我们把它称做是光学正型的液晶, 而层状液晶与线状液晶几乎都是属於光学正型的液晶. 倘使光的行进方向平行於长轴时的速度较快的话,代表平行长轴方向的折射率小於垂直方向的折射率,所以双折射率Δn ε⊥,代表著平行方向的介电系数比垂直方向的介电系数大, 因此当液晶分子受电场影响时, 其排列方向会倾向平行於电场方向.), 所以我们从图10中便可以看到, 液晶分子的排列都变成站立著的. 此时通过上层偏光板的单方向的极化光波, 经过液晶分子时便不会改变极化方向, 因此就无法通过下层偏光板. Normally white及normally black
所谓的NW(Normally white),是指当我们对液晶面板不施加电压时, 我们所看到的面板是透光的画面, 也就是亮的画面, 所以才叫做normally white. 而反过来, 当我们对液晶面板不施