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液晶显示器原理,液晶显示器原理是什么?

日期:来源:液晶显示器原理收集编辑:数码产品

液晶显示器原理是什么?

液晶的物理特性

液晶是这样一种有机化合物, 在常温条件下,呈现出既有液体的流动性,又有晶体的光学各向异性,因而称为“液晶”.在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下,其分子容易发生再排列,使液晶的各种光学性质随之发生变化,液晶这种各向异性及其分子排列易受外加电场、磁场的控制.正是利用这一液晶的物理基础,即液晶的“电-光效应”,实现光被电信号调制,从而制成液晶显示器件.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.

液晶的物理特性是:当通电时导通,排列变的有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说,液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材,称为Substrates,中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时,液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状,因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物,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。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面,液晶分子会顺着槽排列,所以假如那些槽非常平行,则各分子也是完全平行的。

·单色液晶显示器的原理

LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。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,而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播,所以光线经过液晶时也被扭转90度。当液晶上加一个电压时,液晶分子便会转动,改变光透过率,从而实现多灰阶显示。

LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器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。极化滤光器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。只有两个滤光器的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配,光线才得以穿透。

LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成,所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是,由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶,所以在光线穿出第一个滤光器后,会被液晶分子扭转90度,最后从第二个滤光器中穿出。

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显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成,厚度规格有0.7mm,0.63mm,0.5mm(也可以通过物理或者化学减薄的方式做到更薄),其间由包含有液晶(LC)材料的3~5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光,所以需要给显示屏配置额外的光源,在液晶显示屏背面有一块导光板(或称匀光板)和反光膜,导光板的主要作用是将线光源或者点光源转化为垂直于显示平面的面光源。背光源发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。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于一个个小的光阀。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,然后经过第二层幕上显示出来。

·彩色LCD显示器的工作原理

对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言,还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常,在彩色LCD面板中,每一个像素都是由三个液晶单元格构成,其中每一个单元格前面都分别有红色,绿色,或蓝色的过滤器。这样,通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。

LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点,但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。CRT显示可选择一系列分辨率,而且能按屏幕要求加以调整,但LCD屏只含有固定数量的液晶单元,只能在全屏幕使用一种分辨率显示(每个单元就是一个像素)。

CRT通常有三个电子枪,射出的电子流必须精确聚集,否则就得不到清晰的图像显示。但LCD不存在聚焦问题,因为每个液晶单元都是单独开关的。这正是同样一幅图在LCD屏幕上为什么如此清晰的原因。LCD也不必关心刷新频率和闪烁,液晶单元要么开,要么关,所以在40~60Hz这样的低刷新频率下显示的图像不会比75Hz下显示的图像更闪烁。不过,LCD屏的液晶单元会很容易出现瑕疵。对1024×768的屏幕来说,每个像素都由三个单元构成,分别负责红、绿和蓝色的显示一所以总共约需240万个单元(1024×768×3=2359296)。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是,其中一部分已经短路(出现“亮点”),或者断路(出现“黑点”)。所以说,并不是如此高昂的显示产品并不会出现瑕疵。

LCD显示屏包含了在CRT技术中未曾用到的一些东西。为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有些时候,会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条。也可能出现一些不雅的条纹,一幅特殊的浅色或深色图像会对相邻的显示区域造成影响。此外,一些相当精密的图案(比如经抖动处理的图像)可能在液晶显示屏上出现难看的波纹或者干扰纹。

现在,几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管(TFT)激活液晶层中的单元格。TFT LCD技术能够显示更加清晰,明亮的图像。早期的LCD由于是非主动发光器件,速度低,效率差,对比度小,虽然能够显示清晰的文字,但是在快速显示图像时往往会产生阴影,影响视频的显示效果,因此,如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑,呼机或手机中。

随着技术的日新月异,LCD技术也在不断发展进步。目前各大LCD显示器生产商纷纷加大对LCD的研发费用,力求突破LCD的技术瓶颈,进一步加快LCD显示器的产业化进程、降过滤层的过滤在屏

液晶显示屏的运作原理

目前液晶显示技术大多以TN、STN、TFT三种技术为主轴,因此我们就这从这三种技术来探讨它们的运作原理。TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的,而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的,它的运作原理也较其它技术来的简单,请读者参照下方的图片。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图,包括了垂直方向与水平方向的偏光板,具有细纹沟槽的配向膜,液晶材料以及导电的玻璃基板。 其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间,液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列,如果电场未形成,光线会顺利的从偏光板射入,依液晶分子旋转其行进方向,然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后,两片玻璃间会造成电场,进而影响其间液晶分子的排列,使其分子棒进行扭转,光线便无法穿透,进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象,叫做扭转式向列场效应,简称TNFE(twisted nematic field effect)。在电子产品中所用的液晶显示器,几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。STN型的显示原理也似类似,不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。要在这边说明的是,单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形(或称黑白),并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系,以及光线的干涉现象,因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片(color filter),并将单色显示矩阵之任一像素(pixel)分成三个子像素(sub-pixel),分别透过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,再经由三原色比例之调和,也可以显示出全彩模式的色彩。另外,TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大,其屏幕对比度就会显得较差,不过藉由STN的改良技术,则可以弥补对比度不足的情况。

TFT型的液晶显示器较为复杂,主要的构成包括了,荧光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先液晶显示器必须先利用背光源,也就是荧光灯管投射出光源,这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶,这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩,并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。

液晶显示器是什么原理制造的

一.工艺流程简述:

前段工位:

ITO 玻璃的投入(grading)—— 玻璃清洗与干燥(CLEANING)——涂光刻胶(PR COAT)——前烘烤(PREBREAK)——曝光(DEVELOP) 显影(MAIN CURE)——蚀刻(ETCHING)—— 去膜(STRIP CLEAN)—— 图检(INSP)——清洗干燥(CLEAN)——TOP 涂布(TOP COAT)——

UV 烘烤(UV CURE)—— 固化(MAIN CURE)——清洗(CLEAN)—— 涂取向剂(PI PRINT)——固化(MAIN CURE)—— 清洗(CLEAN)——丝网印刷(SEAL/SHORT PRINTING)—— 烘烤(CUPING FURNACE)—— 喷衬垫料(SPACER SPRAY)—— 对位压合(ASSEMBLY)—— 固化(SEAL MAIN CURING)

1. ITO 图形的蚀刻:(ITO 玻璃的投入到图检完成)

A. ITO 玻璃的投入:根据产品的要求,选择合适的ITO 玻璃装入传递篮具中,要求ITO 玻璃的规格型号符合产品要求,切记ITO 层面一定要向上插入篮具中。

B. 玻璃的清洗与干燥: 将用清洗剂以及去离子水(DI 水)等洗净ITO 玻璃,并用物理或者化学的方法将ITO 表面的杂质和油污洗净,然后把水除去并干燥,保证下道工艺的加工质量。

C. 涂光刻胶: 在ITO 玻璃的导电层面上均匀涂上一层光刻胶,涂过光刻胶的玻璃要在一定的温度下作预处理:(如下图)

D. 前烘:在一定的温度下将涂有光刻胶的玻璃烘烤一段时间,以使光刻胶中的溶剂挥发,增加与玻璃表面的粘附性。

E. 曝光:用紫外光(UV)通过预先制作好的电极图形掩模版照射光刻胶表面,使被照光刻胶层发生反应,在涂有光刻胶的玻璃上覆盖光刻掩模版在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光:(如图所示)

F. 显影:用显影液处理玻璃表面,将经过光照分解的光刻胶层除去,保留未曝光部分的光刻胶层,用化学方法使受UV 光照射部分的光刻胶溶于显影液中,显影后的玻璃要经过一定的温度的坚膜处理。(如图:)

G. 坚膜:将玻璃再经过一次高温处理,使光刻胶更加坚固。

H. 刻蚀:用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO 膜蚀掉,这样就得到了所需要的ITO 电极图形,如图所示:

注:ITO 玻璃为(In2O3 与SnO2)的导电玻璃,此易与酸发生反应,而用于蚀刻掉多余的ITO,从而得到相应的拉线电极。

I. 去膜:用高浓度的碱液(NaOH 溶液)作脱膜液,将玻璃上余下的光刻胶剥离掉,从而使ITO 玻璃上形成与光刻掩模版完全一致的ITO 图形。(即按客户要求进行显示的部分拉线蚀刻完成,如图)

J. 清洗干燥:用高纯水冲洗余下的碱液和残留的光刻胶以及其它的杂质。

2. 特殊制程:(TOP 膜的涂布到固化后清洗)

一般的TN 与STN 产品不要求此步骤,TOP 膜的涂布工艺是在光刻工艺之后再做一次SiO2 的涂布,以此把刻蚀区与非刻蚀区之间的沟槽填平并把电极覆盖住,这既可以起到绝缘层的作用,又能有效地消除非显示状态下的电极底影,还有助于改善视角特性等等,因此大部分的高档次产品要求有TOP 涂布。

3. 取向涂布(涂取向剂到清洗完成)

此步工艺为在蚀刻完成的ITO 玻璃表面涂覆取向层,并用特定的方法对限向层进行处理,以使液晶分子能够在取向层表面沿特定的方向取向(排列),此步骤是液晶显示器生产的特有技术。

A. 涂取向剂:将有机高分子取向材料涂布在玻璃的表面,即采用选择涂覆的方法,在ITO 玻璃上的适当位置涂一层均匀的取向层,同时对取向层做固化处理。(一般在显示区)

B. 固化: 通过高温处理使取向层固化。

C. 取向摩擦:用绒布类材料以特定的方向摩擦取向层表面,以使液晶分子将来能够沿着取向层的摩擦方向排列。如TN 型号摩擦取向:45 度

D. 清洗: 取向摩擦后的玻璃上会留下绒布线等污染物,需要采取特殊的清洗步骤来消除污染物。

4. 空盒制作:(丝网印刷到固化)

此步工艺是把两片导电玻璃对叠,利用封接材料贴合起来并固化,制成间隙为特定厚度的玻璃盒。制盒技术是制造液晶显示器的最为关键的技术之一。(必须严格控制液晶盒的间距)

A. 丝印边框及银点:将封接材料(封框胶)用丝网印刷的方法分别对上板印上边框胶和和下板玻璃印是导电胶。

B. 喷衬垫料: 在下玻璃上均匀分布支撑材料。将一定尺寸的衬垫料(一般为几个微米)均匀分散在玻璃表面,制盒时就靠这些材料保证玻璃之间的间距即盒厚。

C. 对位压合: 按对位标记上与下玻璃对位粘合,将对应的两片玻璃面对面用封接材料粘合起来。

D. 固化: 在高温下使封接材料固化。固化时一般在上下玻璃上加上一定的压力,以使液晶盒间距(厚度保持均匀)。

后段工位:

切割(SCRIBING)—— Y 轴裂片(BREAK OFF)—— 灌注液晶(LC INJECTION)—— 封口(END SEALING)——X 轴裂片(BREAK OFF)—— 磨边—— 一次清洗(CLEAN) ——再定向(HEATING) ——光台目检(VISUAL INSP)—— 电测图形检验(ELECTRICAL)——二次清洗(CLEAN)—— 特殊制程(POLYGON)——背印(BACK PRINTING)—— 干墨(CURE)—— 贴片(POLARIZER ASSEMBLY)—— 热压(CLEAVER)—— 成检外观检判(FQC) ——上引线(BIT PIN)—— 终检(FINAL INSP)——包装(PACKING)—— 入库(IN STOCK

液晶显示器的原理及电路图

  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显示屏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(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光,所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由荧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水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。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于一个个小的光阀。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屏幕上显示出来。

电脑显示器的工作原理是什么

当你接触到一个新设备时,你想弄懂它是如何工作的吗?每一个崇尚技术的硬派高手大概都会对新东西充满好奇心。在我还是小孩子的时候,每当有了新玩具,我总是要拆开它们看看里面的构造。直到今天,我仍然保持着这种“总想看个明白”的爱好。 对每个计算机用户来讲,和他们最亲近的可能要算显示器了。那么你想知道这个成天和你面对面的朋友是怎样工作的吗? 术语 INVAR荫罩,孔径,电子枪。当人们谈论起显示器(或电视)时,总能说出一大堆术语出来,如垂直同步、刷新率、分辨率等。但人们可能只是听说这些模糊不清的名词概念而已,对这些东西具体指什么就不太清楚了。现在,让我们从原理上来深入理解这些术语,从而明白显示器是如何工作的。 阴极射线管 CRT:它是一根真空管,里面有一个或多个电子枪,电子枪射出电子束,电子束射到真空管前表面的内侧时,前表面内侧上的发光涂料受到电子束的击打而发光。 电子枪 显示器的中心处就是电子枪,位于CRT的最底端。从本质上讲,电子枪不过是体积更大、功率更大的二极管。电子在电子枪那儿获得动能,电子到达CRT前表面内侧时撞击萤光粉(磷质)而失去动能,萤光粉受到撞击而发光、发热,这是一个动能向光能、热能的转换过程。 偏转线圈 从电子枪射出的电子束是直线发射的,显示器要成像,电子束必须连续不断地从左到右、从上到下地向DRT前面板发射电子束,那么电子束怎样才能改变发射方向呢?这就需要用到偏转线圈。它能产生强大的、不断变化的磁场,电子束通过该磁场时发生偏转;磁场方向不断变化,电子束就能连续不断地对荧光屏进行扫描。 当电子束射到平面时,图像的左右边缘看起来就有些弯曲。这是因为电子束只能在有限范围内发生偏转,到达荧光屏时会丢失一些目标(萤光粉),于是电子束就会激活离目标最近的萤光粉,这样电子束的目标就从一个增加到数个,因而造成图像边缘看起来就有些“弯曲”(实质上并没弯曲)。 彩色图像的产生 单色CRT显示器只有单独一支电子枪,只能产生黑色或白色图像。我们通常所说的彩色显示器、彩色电视机都有三支电子枪,分别发射红色、蓝色和绿色电子束。我们知道,红、蓝、绿三种色彩混合,改变它们各自比例就能产生不同色彩。彩色显示器、彩色电视机也是同样的道理,改变电子束的发射强度,也就改变了红、蓝、绿三种颜色各自所占的比例,就能产生不同的色彩。 电子枪的数量增加了,随之而来的后果是分辨率的降低。在过去,由于技术和成本的原因,三支电子枪只能共用一个偏转线圈,所以彩色显示器的分辨率反而比单色显示器要低。现在不同了,现在的彩色显示器都是三支电子枪各拥有一个自己的偏转线圈,不仅分辨率比过去更高,而且能生成1600万种色彩。 回程转换器 电子束的扫描是顺序是从左到右、从上到下的,当电子束扫完从一端到另一端的扫描路线后,需要回到起始方向再进行下一次扫描,这项返回工作由回程转换器完成。回程转换器的工作特点与引擎点火线圈很相似。在电子束扫描过程中,回程转换器输入低电压,把电能转换成磁场能并贮存在其中;当电子束走完一次路线后,回程转换器切断输入电压,并在瞬间把磁场能转换成电能进行放电,放电时的电压是非常高的,它为偏转线圈在返回电子束到起始方向时提供高电压。 垂直和水平同步 有了电子枪、偏转线圈、回程转换器等器件后,显示器是如何让它们协同工作的呢?这些器件都必须同步工作。在CRT中,需要应用两种同步信号:一种是水平同步信号,它决定了CRT在屏幕上从左到右扫描一条信号线所需的时间;另一种是垂直同步信号,它决定了CRT在屏幕上从上到下再返回到开始位置扫描所需的时间。 描绘一幅图像涉及到2个重要参数:描完一条线所需的时间和绘完整个帧(也就是整幅屏幕大小的图像)所需的时间,前者由水平同步信号决定,后者由垂直同步信号决定,也就是通常所说的刷新率。现在的显卡都能为显示器提供合适的水平和垂直同步信号。显示器接收到显卡传来的信号后,内部电路就开始工作,如发射电子束、磁场偏转、击打发光涂料。 在显示器内部,有一些振荡电路。人们通常所说的刷新频率,指的就是振荡电路的频率。刷新频率的计算公式是:水平同步扫描线X帧频=刷新频率。普通显示器的刷新频率在15.75kHz-95kHz间。15.75kHz是人体对显示器最低要求的刷新频率,是由525(线)X30(fps)=15.75kHz计算所得。由此,我们可以逆推出显示器扫描一条水平线所花的时间:众所周知,时间和频率是倒数关系,即1/频率=时间。在这里,1/15.75kHz=63.5us(微秒),也就是说在每帧525线、每秒30帧的模式下,显示器扫描一条水平线所花的时间是63.5微秒。 如果我们再追根究底,就会问这个525线又是怎么来的呢?很简单,前面已经介绍了垂直同步信号从上到下扫描完一条竖线后,必须再回到起始位置进行下一次扫描。在这过程中,电子枪关闭,回程转换器放电。525就是指垂直同步信号从终点回到起点、又从起点到终点重复的次数。比如,在63.5微秒这段时间内,显示器需完成1帧画面的描绘工作,那么电子枪从上到下、从左到右要扫描525次。 隔行扫描 显示器显示的画面,无论是动态还是静态的,都是重复显示的。别以为静态画面显示器只显示“一次”,实际上在这段时间内已经显示了n次,只不过重复显示的画面是相同的,我们感觉不到显示器是在重复显示。如果重复显示的画面有差异,则画面就开始动起来了。动画片也是由这个原理制作出来的。 在播放动态图像的时候,由于上一帧和下一帧的画面不相同,连续显示时我们就会觉察到画面是“抖动”的,或者说不平滑,看上去很不舒服。那么怎样来消除抖动呢?有人说,把刷新率提高不就行了吗?事实上,这并不通用,而且有更简单的方法去实现。 CRT显示器在描绘整个帧的画面时,分2个步骤进行。首先扫描完所有奇数行(从上到下所有水平线定义为奇数行或偶数行),再扫描所有偶数行。采用隔行扫描方式,不仅有效减小了画面的抖动感,而且避免了电子枪高频工作带来的老化问题。 耐久性 CRT采用的发光涂料是固态磷质晶体。尽管CRT名义上称是真空管,但世上怎能做到绝对的真空?因此,磷晶体在电子束长期的击打下,会发生老化。老化的后果就是亮度降低,所以我们经常就会看到自己用上了年头的显示器的色彩没有别人新买的亮丽。 荫罩板 为了增加显示亮度,我们不得不增加电子枪的电流强度。但随之而来的问题是,加快了磷晶体的发热,磷晶体在温度高的条件下显示是模糊的,而且也加快了它的老化。怎样解决这个矛盾呢?这就用到了荫罩板。 荫罩板上有许多微小细孔,孔的大小和数量决定了显示的清晰程度。如今,荫罩板已经从点状面板演变到了沟状面板。面板的形状也从球形、柱形演变到了“纯平面”。如今纯平面被市场炒得火热,但它再怎么变也是荫罩板。为尽量吸收显示时所产生的热量,多数荫罩板采用了镍/铁合金。 液晶显示器 LCD显示器的历史也算相当悠久的了,由于天生的缺陷,LCD显示器的图像画质没有标准CRT显示器那么清晰,但体积比CRT显示器轻巧得多,耗电量也要小些,所以LCD显示器多用于便携机上。另外,LCD显示器不仅价格要比CRT显示器贵2-4倍,而且通常屏幕都比较小,这也是制约LCD显示器在台式系统中流行起来的原因。 总结 毫无疑问,显示器的工作原理是复杂的,但只有明白这些基本原理后,你才会明白为什么高档显示器比低档显示器买得贵,并不仅仅是因为屏幕尺寸的大小,更多是由于采用了不同的技术。 从发明至今,CRT显示器已经走过了漫漫50年的时间。其实,不管什么纯平面、黄金眼、短管等的闪亮登场,CRT显示器始终逃离不了CRT的基本工作原理。如果你知道了工作原理,这些看上去很新潮的技术,其实并不神秘! 当然,无可否认的是,应用了这些很新潮的技术,现在的显示器肯定比10年前的显示器更漂亮、更绚丽,也更利于环保和更廉价。在这应用第一、利润至上的商业化时代,在某些领域,只要求人们掌握技术、懂得怎么用就OK,而并不一定要求懂什么原理。这是一个富有的社会,却也是一个短视的社会。朋友,多多了解有关原理的东西吧!

求采纳

显示器工作原理的是什么

液晶显示器(LCD)是现在非常普遍的显示器。它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。液晶显示器(LCD)的原理与阴极射线管显示器(CRT)大不相同。LCD是基于液晶电光效应的显示器件。包括段显示方式的字符段显示器件;矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件;矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等。液晶显示器的工作原理是利用液晶的物理特性,在通电时导通,使液晶排列变得有秩序,使光线容易通过;不通电时,排列则变得混乱,阻止光线通过。下面介绍三种液晶显示器的工作原理。

1.“扭曲向列型液晶显示器”(Twisted Nematic Liquid crystal display),简称“TN型液晶显示器”。这种显示器的液晶组件构造如图11所示。向列型液晶夹在两片玻璃中间。这种玻璃的表面上先镀有一层透明而导电的薄膜以作电极之用。这种薄膜通常是一种铟(Indium)和锡(Tin)的氧化物(Oxide),简称ITOH缓笤僭谟?font face="Times New Roman, Times, serif">ITO的玻璃上镀表面配向剂,以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面之方向排列中左边玻璃使液晶排成上下的方向,右边玻璃则使液晶排成垂直于图面之方向。此组件中之液晶的自然状态具有从左到右共的扭曲, 这也是为什么被称为扭曲型液晶显示器的原因。利用电场可使液晶旋转的原理,在两电极上加上电压则会使得液晶偏振化方向转向与电场方向平行。 因为液态晶的折射率随液晶的方向而改变,其结果是光经过TN型液晶盒以后其偏振性会发生变化。我们可以选择适当的厚度使光的偏振化方向刚好改变。那么,我们就可利用两个平行偏振片使得光完全不能通过.若外加足够大的电压V使得液晶方向转成与电场方向平行,光的偏振性就不会改变。因此光可顺利通过第二个偏光器。于是,我们可利用电的开关达到控制光的明暗。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。只不过是把左边夹层的电极改为了FET晶体管,而右边夹层的电极改为了共通电极。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液晶那样的从左至右,而是从右向左,这样的作法是在液晶的背部设置了类似日光灯的光管。 光源照射时先通过右偏振片向左透出,借助液晶分子来传导光线。由于左右夹层的电极改成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,液晶分子一旦没有被施压,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。

3. “高分子散布型液晶显示器”(Polymer dispersed liquid crystal liquid crystal display),简称“PDLC型液晶显示器”。这种显示器的液晶组件构造如图13所示。高分子的单体(monomer)与液晶混合后夹在两片玻璃中间,做成一液晶盒。这种玻璃与上面所用的相同,是表面上先镀有一层透明而导电的薄膜作电极。但是不需要在玻璃上镀表面配向剂。此时将液晶盒放在紫外灯下照射使个单体连结成高分子聚合物。在高分子形成的同时,液晶与高分子分开而形成许多液晶小颗粒。这些小颗粒被高分子聚合物固定住。 当光照射在此液晶盒上,因折射率不同,而在颗粒表面处产生折射及反射。经过多次反射与折射,就产生了散射(scattering)。此液晶盒就像牛奶一样呈现出不透明的乳白色。

足够大电压加在液晶盒两侧的玻璃上,液晶顺着电场方向排列,而使每颗液晶的排列均相同。对正面入射光而言,这些液晶有着相同的折射率n。如果我们可以选用的高分子材料的折射率与n相同,对光而言这些液晶颗粒与高分子材料是相同的;因而在液晶盒内部没有任何折射或反射的现象产生。此时的液晶盒就像透明的清水一样。

显示器成像原理

读出的顺序对应于图像为从左到右一整行后,再到下一行,直至右下角最后一个象点。再回到左上角象点读出,电压的输出分红、绿、蓝三个通道,对应每一色,光亮度越高,输出的电压越高,通常输出电压范围(国际标准为0-0.7V或0-0.1V)此三通道电压由信号线的1、2、3号脚输入到显示器。

在显示器一侧:图象放大电路把0-0.7V电压转换为约0-40V,用于调节电子枪电子束的强弱,电子束对荧光屏的荧光粉进行扫描。在时间、位置上与显卡的读出一一对应,称为同步。同步又分水平同步和垂直同步,分别标定每一行的起始点,和每一幅图象的行。

电子束对荧幕的扫描过电场(静电偏转)或磁场(磁偏转)的控制。静电偏转特点反应快、角度小,极均匀,通常用于测量仪器(示波器为典型例子)。磁偏转反应慢(每秒十三个来回)均匀度稍差(需加复杂枕形较正),偏转角度大,可偏转角度90度-110度,显示器通常用90度磁偏转系统,110度用于大屏幕电视机。

三原色可以组成所有色彩,显示器通过单个像素点上的三组颜色组合来实现显示色彩的。荧光粉受到电子流轰击得到能量,显示色彩。

CRT(阴极射线管)显示器通过将高能电子激活屏幕上的荧光粉显示色彩,传统用三枪三束显示管(激活红绿蓝荧光区的三束电子流分别用三根发射枪管控制),也有sony独创的单枪三束显示管(特丽珑管),定位更准,所以画质精度更高,所以当时sony显示器是无对手可言的。

如今的LCD也是如此,每个像素点排列三个液晶槽每个槽负责一种原色,通过改变液晶两端的电压来扭转液晶的开闭达到显色效果。

液晶显示器是什么原理制造的?

一.工艺流程简述:

前段工位:

ITO 玻璃的投入(grading)—— 玻璃清洗与干燥(CLEANING)——涂光刻胶(PR COAT)——前烘烤(PREBREAK)——曝光(DEVELOP) 显影(MAIN CURE)——蚀刻(ETCHING)—— 去膜(STRIP CLEAN)—— 图检(INSP)——清洗干燥(CLEAN)——TOP 涂布(TOP COAT)——

UV 烘烤(UV CURE)—— 固化(MAIN CURE)——清洗(CLEAN)—— 涂取向剂(PI PRINT)——固化(MAIN CURE)—— 清洗(CLEAN)——丝网印刷(SEAL/SHORT PRINTING)—— 烘烤(CUPING FURNACE)—— 喷衬垫料(SPACER SPRAY)—— 对位压合(ASSEMBLY)—— 固化(SEAL MAIN CURING)

1. ITO 图形的蚀刻:(ITO 玻璃的投入到图检完成)

A. ITO 玻璃的投入:根据产品的要求,选择合适的ITO 玻璃装入传递篮具中,要求ITO 玻璃的规格型号符合产品要求,切记ITO 层面一定要向上插入篮具中。

B. 玻璃的清洗与干燥: 将用清洗剂以及去离子水(DI 水)等洗净ITO 玻璃,并用物理或者化学的方法将ITO 表面的杂质和油污洗净,然后把水除去并干燥,保证下道工艺的加工质量。

C. 涂光刻胶: 在ITO 玻璃的导电层面上均匀涂上一层光刻胶,涂过光刻胶的玻璃要在一定的温度下作预处理:(如下图)

D. 前烘:在一定的温度下将涂有光刻胶的玻璃烘烤一段时间,以使光刻胶中的溶剂挥发,增加与玻璃表面的粘附性。

E. 曝光:用紫外光(UV)通过预先制作好的电极图形掩模版照射光刻胶表面,使被照光刻胶层发生反应,在涂有光刻胶的玻璃上覆盖光刻掩模版在紫外灯下对光刻胶进行选择性曝光:(如图所示)

F. 显影:用显影液处理玻璃表面,将经过光照分解的光刻胶层除去,保留未曝光部分的光刻胶层,用化学方法使受UV 光照射部分的光刻胶溶于显影液中,显影后的玻璃要经过一定的温度的坚膜处理。(如图:)

G. 坚膜:将玻璃再经过一次高温处理,使光刻胶更加坚固。

H. 刻蚀:用适当的酸刻液将无光刻胶覆盖的ITO 膜蚀掉,这样就得到了所需要的ITO 电极图形,如图所示:

注:ITO 玻璃为(In2O3 与SnO2)的导电玻璃,此易与酸发生反应,而用于蚀刻掉多余的ITO,从而得到相应的拉线电极。

I. 去膜:用高浓度的碱液(NaOH 溶液)作脱膜液,将玻璃上余下的光刻胶剥离掉,从而使ITO 玻璃上形成与光刻掩模版完全一致的ITO 图形。(即按客户要求进行显示的部分拉线蚀刻完成,如图)

J. 清洗干燥:用高纯水冲洗余下的碱液和残留的光刻胶以及其它的杂质。

2. 特殊制程:(TOP 膜的涂布到固化后清洗)

一般的TN 与STN 产品不要求此步骤,TOP 膜的涂布工艺是在光刻工艺之后再做一次SiO2 的涂布,以此把刻蚀区与非刻蚀区之间的沟槽填平并把电极覆盖住,这既可以起到绝缘层的作用,又能有效地消除非显示状态下的电极底影,还有助于改善视角特性等等,因此大部分的高档次产品要求有TOP 涂布。

3. 取向涂布(涂取向剂到清洗完成)

此步工艺为在蚀刻完成的ITO 玻璃表面涂覆取向层,并用特定的方法对限向层进行处理,以使液晶分子能够在取向层表面沿特定的方向取向(排列),此步骤是液晶显示器生产的特有技术。

A. 涂取向剂:将有机高分子取向材料涂布在玻璃的表面,即采用选择涂覆的方法,在ITO 玻璃上的适当位置涂一层均匀的取向层,同时对取向层做固化处理。(一般在显示区)

B. 固化: 通过高温处理使取向层固化。

C. 取向摩擦:用绒布类材料以特定的方向摩擦取向层表面,以使液晶分子将来能够沿着取向层的摩擦方向排列。如TN 型号摩擦取向:45 度

D. 清洗: 取向摩擦后的玻璃上会留下绒布线等污染物,需要采取特殊的清洗步骤来消除污染物。

4. 空盒制作:(丝网印刷到固化)

此步工艺是把两片导电玻璃对叠,利用封接材料贴合起来并固化,制成间隙为特定厚度的玻璃盒。制盒技术是制造液晶显示器的最为关键的技术之一。(必须严格控制液晶盒的间距)

A. 丝印边框及银点:将封接材料(封框胶)用丝网印刷的方法分别对上板印上边框胶和和下板玻璃印是导电胶。

B. 喷衬垫料: 在下玻璃上均匀分布支撑材料。将一定尺寸的衬垫料(一般为几个微米)均匀分散在玻璃表面,制盒时就靠这些材料保证玻璃之间的间距即盒厚。

C. 对位压合: 按对位标记上与下玻璃对位粘合,将对应的两片玻璃面对面用封接材料粘合起来。

D. 固化: 在高温下使封接材料固化。固化时一般在上下玻璃上加上一定的压力,以使液晶盒间距(厚度保持均匀)。

后段工位:

切割(SCRIBING)—— Y 轴裂片(BREAK OFF)—— 灌注液晶(LC INJECTION)—— 封口(END SEALING)——X 轴裂片(BREAK OFF)—— 磨边—— 一次清洗(CLEAN) ——再定向(HEATING) ——光台目检(VISUAL INSP)—— 电测图形检验(ELECTRICAL)——二次清洗(CLEAN)—— 特殊制程(POLYGON)——背印(BACK PRINTING)—— 干墨(CURE)—— 贴片(POLARIZER ASSEMBLY)—— 热压(CLEAVER)—— 成检外观检判(FQC) ——上引线(BIT PIN)—— 终检(FINAL INSP)——包装(PACKING)—— 入库(IN STOCK

彩色液晶显示器的原理?

(一)液晶的物理特性

液晶的物理特性是:当通电时导通,排列变的有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说,液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材,称为Substrates,中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时,液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状,因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物,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。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面,液晶分子会顺着槽排列,所以假如那些槽非常平行,则各分子也是完全平行的。

(二)单色液晶显示器的原理

LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。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,而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着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是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器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。极化滤光器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。只有两个滤光器的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配,光线才得以穿透。

LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成,所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是,由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶,所以在光线穿出第一个滤光器后,会被液晶分子扭转90度,最后从第二个滤光器中穿出。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器挡住。总之,加电将光线阻断,不加电则使光线射出。

然而,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。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的,所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。

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显示屏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(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光,所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由荧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水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。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于一个个小的光阀。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屏幕上显示出来。

(三)彩色LCD显示器的工作原理

对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言,还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常,在彩色LCD面板中,每一个像素都是由三个液晶单元格构成,其中每一个单元格前面都分别有红色,绿色,或蓝色的过滤器。这样,通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。

LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点,但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。CRT显示可选择一系列分辨率,而且能按屏幕要求加以调整,但LCD屏只含有固定数量的液晶单元,只能在全屏幕使用一种分辨率显示(每个单元就是一个像素)。

CRT通常有三个电子枪,射出的电子流必须精确聚集,否则就得不到清晰的图像显示。但LCD不存在聚焦问题,因为每个液晶单元都是单独开关的。这正是同样一幅图在LCD屏幕上为什么如此清晰的原因。LCD也不必关心刷新频率和闪烁,液晶单元要么开,要么关,所以在40~60Hz这样的低刷新频率下显示的图像不会比75Hz下显示的图像更闪烁。不过,LCD屏的液晶单元会很容易出现暇疵。对1024×768的屏幕来说,每个像素都由三个单元构成,分别负责红、绿和蓝色的显示一所以总共约需240万个单元(1024×768×3=2359296)。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是,其中一部分己经短路(出现“亮点”),或者断路(出现“黑点”)。所以说,并不是如此高昂的显示产品并不会出现瑕疵。

LCD显示屏包含了在CRT技术中未曾用到的一些东西。为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有些时候,会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条。也可能出现一些不雅的条纹,一幅特殊的浅色或深色图像会对相邻的显示区域造成影响。此外,一些相当精密的图案(比如经抖动处理的图像)可能在液晶显示屏上出现难看的波纹或者干扰纹。

现在,几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管(TFT)激活液晶层中的单元格。TFT LCD技术能够显示更加清晰,明亮的图象。早期的LCD由于是非主动发光器件,速度低,效率差,对比度小,虽然能够显示清晰的文字,但是在快速显示图象时往往会产生阴影,影响视频的显示效果,因此,如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑,呼机或手机中。

随着技术的日新月异,LCD技术也在不断发展进步。目前各大LCD显示器生产商纷纷加大对LCD的研发费用,力求突破LCD的技术瓶颈,进一步加快LCD显示器的产业化进程、降低生产成本,实现用户可以接受的价格水平。

(四)应用与液晶显示器的新技术

(1)采用TFT型Active素子进行驱动

为了创造更优质画面构造,新技术采用了用独有TFT型Active素子进行驱动。大家都知道,异常复杂的液晶显示屏幕中最重要的组成部分除了液晶之外,就要算直接关系到液晶显示亮度的背光屏以及负责产生颜色的色滤光镜。在每一个液晶像素上加装上了Active素子来进行点对点控制,使得显示屏幕与全统的CRT显示屏相比有天壤之别,这种控制模式在显示的精度上,会比以往的控制方式高得多,所以就在CRT显示屏会上出现图像的品质不良,色渗以及抖动非常厉害的现象,但在加入了新技术的LCD显示屏上观看时其画面品质却是相当赏心悦目的。

(2)利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑澜的画面

在色滤光镜本体还没被制作成型以前,就先把构成其主体的材料加以染色,之后再加以灌膜制造。这种工艺要求有非常高的制造水准。但与同其他普通的LCD显示屏相比,用这种类型的制造出来的LCD,无论在解析度,色彩特性还是使用的寿命来说,都有着非常优异的表现。从而使LCD能在高分辨率环境下创造色彩斑澜的画面。

(3)低反射液晶显示技术

众所周知,外界光线对液晶显示屏幕具有非常大的干扰,一些LCD显示屏,在外界光线比较强的时候,因为它表面的玻璃板产生反射,而干扰到它的正常显示。因此在室外一些明亮的公共场所使用时其性能和可观性会大大降低。目前很多LCD显示器即使分辨率再高,其反射技术没处理好,由此对实际工作中的应用都是不实用的。单凭一些纯粹的数据,其实是一种有偏差的去引导用户的行为。而新款的LCD显示器就采用的“低反射液晶显示屏幕”技术就是在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术(AR coat),有了这一层涂料,液晶显示屏幕所发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏幕的分辨率、防止反射等这四个方面都但到了更好的改善。

(4)先进的“连续料界结晶矽”液晶显示方式

在一些LCD产品中,在观看动态影片的时候会出现画面的延迟现象,这是由于整个液晶显示屏幕的像素反应速度显得不足所造成的。为了提高像素反应速度,新技术的LCD采用目前最先进的Si TFT液晶显示方式,具有比旧式LCD屏快600倍的像素反应速度,效果真是不可同日而语。先进的“连续料界结晶矽”技术是利用特殊的制造方式,把原有的非结晶型透明矽电极,在以平常速率600倍的速度下进行移动,从而大大加快了液晶屏幕的像素反应速度,减少画面出现的延缓现象。

现在,低温多晶硅技术、反射式液晶材料的研究已经进入应用阶段,也会使LCD的发展进入一个崭新的时代。而在液晶显示器不断发展的同时,其它平面显示器也在进步中,等离子体显示器(PDP)、场致发光阵列显示器(FED)和发光聚合体显示器(LEP)的技术将在未来掀起平板显示器的新浪潮。其中,最值得关注和看好的就是场致显示器,它具有许多比液晶显示器更出色的性能……不过可以断定,LCD显示技术进入新纪元,作为另一支显示产品的生力军,它们将可能取代CRT显示器。

液晶显示屏是什么原理?里面有所谓的“液体”么?

1. 液晶显示器(LCD) 目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展,在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前题之下,传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等,皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素,无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流,无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点,都能让使用者享受最佳的视觉环境。

2. 液晶的诞生 要追溯液晶显示器的来源,必须先从「液晶」的诞生开始讲起。在公元1888年,一位奥地利的植物学家,菲德烈.莱尼泽(Friedrich Reinitzer)发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物,在为这种化合物做加热实验时,意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间,有点类似肥皂水的胶状溶液,但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质,也由于其独特的状态,后来便把它命名为「Liquid Crystal」,就是液态结晶物质的意思。不过,虽然液晶早在1888年就被发现,但是真正实用在生活周遭的用品时,却是在80年后的事情了。 公元1968年,在美国RCA公司(收音机与电视的发明公司)的沙诺夫研发中心,工程师们发现液晶分子会受到电压的影响,改变其分子的排列状态,并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理,RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尔后,液晶显示技术被广泛的用在一般的电子产品中,举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器(因为有辐射计量的考虑)或是数字相机上面的屏幕等等。 令人玩味的是,液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早,但世人了解此一现象的并不多,直到1962年才有第一本,由RCA研究小组的化学家乔.卡司特雷诺(Joe Castellano)先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的,这两项技术虽然都是由美国的RCA公司所发明的,却分别被日本的新力(Sony)与夏普(Sharp)两家公司发扬光大。

3. 什么是液晶 液晶显示器是以液晶材料为基本组件,由于液晶是介于固态和液态之间,不但具有固态晶体光学特性,又具有液态流动特性,所以已经可以说是一个中间相。而要了解液晶的所产生的光电效应,我们必须来解释液晶的物理特性,包括它的黏性(visco-sity)与弹性(elasticity)和其极化性(polarizalility)。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看,可说是一个具有排列性质的液体,依照作用力量不同的方向,应该有不同的效果。就好像是将一把短木棍扔进流动的河水中,短木棍随着河水流着,起初显得凌乱,过了一会儿,所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致,这表示着次黏性最低的流动方式,也是流动自由能最低的一个物理模型。 此外,液晶除了有黏性的反应外,还具有弹性的反应,它们都是对于外加的力量,呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中,必然会按照液晶分子的排列方式行进,产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构,都具备着很强的电子共轭运动能力,所以当液晶分子受到外加电场的作用,便很容易的被极化产生感应偶极性(induced dipolar),这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器,就是是利用液晶的光电效应,藉由外部的电压控制,再透过液晶分子的折射特性,以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况(或著称为可视光学的对比),进而达到显像的目的。

4. 液晶显示器的种类 液晶显示器,英文通称为LCD(Liquid Crystal Display),是属于平面显示器的一种,依驱动方式来分类可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple Matrix)以及主动矩阵驱动(Active Matrix)三种。其中,被动矩阵型又可分为扭转式向列型(Twisted Nematic;TN)、超扭转式向列型(Super Twisted Nematic;STN)及其它被动矩阵驱动液晶显示器;而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型(Thin Film Transistor;TFT)及二端子二极管型(Metal/Insulator/Metal;MIM)二种方式。(详细的分类请参考附图)TN、STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理之不同,在视角、彩色、对比及动画显示品质上有高低程次之差别,使其在产品的应用范围分类亦有明显区隔。以目前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言,主动式矩阵驱动技术是以薄膜式晶体管型(TFT)为主流,多应用于笔记型计算机及动画、影像处理产品。而单纯矩阵驱动技术目前则以扭转向列(TN)、以及超扭转向列(STN)为主,目前的应用多以文书处理器以及消费性产品为主。在这之中,TFT液晶显示器所需的资金投入以及技术需求较高,而TN及STN所需的技术及资金需求则相对较低。

5. 液晶显示器的运作原理 如以上所提,目前液晶显示技术大多以TN、STN、TFT三种技术为主轴,因此我们就这从这三种技术来探讨它们的运作原理。 TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的,而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的,它的运作原理也较其它技术来的简单,请读者参照下方的图片。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图,包括了垂直方向与水平方向的偏光板,具有细纹沟槽的配向膜,液晶材料以及导电的玻璃基板。 其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间,液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列,如果电场未形成,光线会顺利的从偏光板射入,依液晶分子旋转其行进方向,然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后,两片玻璃间会造成电场,进而影响其间液晶分子的排列,使其分子棒进行扭转,光线便无法穿透,进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象,叫做扭转式向列场效应,简称TNFE(twisted nematic field effect)。在电子产品中所用的液晶显示器,几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。STN型的显示原理也似类似,如下图,不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度,而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度。 要在这边说明的是,单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形(或称黑白),并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系,以及光线的干涉现象,因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片(color filter),并将单色显示矩阵之任一像素(pixel)分成三个子像素(sub-pixel),分别透过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,再经由三原色比例之调和,也可以显示出全彩模式的色彩。另外,TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大,其屏幕对比度就会显得较差,不过藉由STN的改良技术,则可以弥补对比度不足的情况。

6. 液晶屏幕的驱动方式 在TN与STN型的液晶显示器中,所使用单纯驱动电极的方式,都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动,如下图所示,因此如果显示部份越做越大的话,那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致,整体速度上就会变慢。讲的简单一点,就好像是CRT显示器的屏幕更新频率不够快,那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动;或着是当需要快速3D动画显示时,但显示器的显示速度却无法跟上,显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以,早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制,而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。 为了改善此一情形,后来液晶显示技术采用了主动式矩阵(active-matrix addressing)的方式来驱动,这是目前达到高数据密度液晶显示效果的理想装置,且分辨率极高。方法是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极,利用扫描法来选择任意一个显示点(pixel)的开与关。这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。 如上图,在TFT型液晶显器中,导电玻璃上画上网状的细小线路,电极则由是薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关,在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣,虽然驱动讯号快速地在各显示点扫瞄而过,但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压,使液晶分子轴转向而成「亮」的对比,不被选择的显示点自然就是「暗」的对比,也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。

7. TFT型液晶显示器的运作原理 TFT型的液晶显示器较为复杂,主要的构成包括了,荧光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先液晶显示器必须先利用背光源,也就是荧光灯管投射出光源,这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶,这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩,并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。

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