TFT-LCD液晶顯示器的工作原理
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TN(Twisted Nematic) LCD
從圖10中我們可以知道, 當(dāng)上下兩塊玻璃之間沒(méi)有施加電壓時(shí), 液晶的排列會(huì)依照上下兩塊玻璃的配向膜而定. 對(duì)于TN型的液晶來(lái)說(shuō), 上下的配向膜的角度差恰為90度.(請(qǐng)見(jiàn)圖9) 所以液晶分子的排列由上而下會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)90度, 當(dāng)入射的光線經(jīng)過(guò)上面的偏光板時(shí), 會(huì)只剩下單方向極化的光波. 通過(guò)液晶分子時(shí), 由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度, 所以當(dāng)光波到達(dá)下層偏光板時(shí), 光波的極化方向恰好轉(zhuǎn)了90度. 而下層的偏光板與上層偏光板, 角度也是恰好差異90度.(請(qǐng)見(jiàn)圖9) 所以光線便可以順利的通過(guò), 但是如果我們對(duì)上下兩塊玻璃之間施加電壓時(shí), 由于TN型液晶多為介電系數(shù)異方性為正型的液晶(ε// >ε⊥ ,代表著平行方向的介電系數(shù)比垂直方向的介電系數(shù)大, 因此當(dāng)液晶分子受電場(chǎng)影響時(shí), 其排列方向會(huì)傾向平行于電場(chǎng)方向.), 所以我們從圖10中便可以看到, 液晶分子的排列都變成站立著的. 此時(shí)通過(guò)上層偏光板的單方向的極化光波, 經(jīng)過(guò)液晶分子時(shí)便不會(huì)改變極化方向, 因此就無(wú)法通過(guò)下層偏光板.
Normally white及normally black
所謂的NW(Normally white),是指當(dāng)我們對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí), 我們所看到的面板是透光的畫(huà)面, 也就是亮的畫(huà)面, 所以才叫做normally white. 而反過(guò)來(lái), 當(dāng)我們對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí), 如果面板無(wú)法透光, 看起來(lái)是黑色的話, 就稱之為NB(Normally black). 我們剛才所提到的圖9及圖10都是屬于NW的配置, 另外從圖11我們可以知道, 對(duì)TN型的LCD而言, 位于上下玻璃的配向膜都是互相垂直的, 而NB與NW的差別就只在于偏光板的相對(duì)位置不同而已. 對(duì)NB來(lái)說(shuō), 其上下偏光板的極性是互相平行的. 所以當(dāng)NB不施加電壓時(shí), 光線會(huì)因?yàn)橐壕⒅D(zhuǎn)90度的極性而無(wú)法透光. 為什么會(huì)有NW與NB這兩種不同的偏光板配置呢? 主要是為了不同的應(yīng)用環(huán)境. 一般應(yīng)用于桌上型計(jì)算機(jī)或是筆記型計(jì)算機(jī), 大多為NW的配置. 那是因?yàn)? 如果你注意到一般計(jì)算機(jī)軟件的使用環(huán)境, 你會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)屏幕大多是亮點(diǎn), 也就是說(shuō)計(jì)算機(jī)軟件多為白底黑字的應(yīng)用. 既然亮著的點(diǎn)占大多數(shù), 使用NW當(dāng)然比較方便. 也因?yàn)镹W的亮點(diǎn)不需要加電壓, 平均起來(lái)也會(huì)比較省電. 反過(guò)來(lái)說(shuō) NB的應(yīng)用環(huán)境就大多是屬于顯示屏為黑底的應(yīng)用了.
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STN LCD與TN型LCD在結(jié)構(gòu)上是很相似的, 其主要的差別在于 TN型的LCD,其液晶分子的排列, 由上到下旋轉(zhuǎn)的角度總共為90度. 而STN型LCD的液晶分子排列, 其旋轉(zhuǎn)的角度會(huì)大于180度, 一般為270度.(請(qǐng)見(jiàn)圖12) 正因?yàn)槠湫D(zhuǎn)的角度不一樣, 其特性也就跟著不一樣. 我們從圖13中TN型與STN型LCD的電壓對(duì)穿透率曲線可以知道, 當(dāng)電壓比較低時(shí), 光線的穿透率很高. 電壓很高時(shí), 光線的穿透率很低. 所以它們是屬于Normal White的偏光板配置. 而電壓在中間位置的時(shí)候, TN型LCD的變化曲線比較平緩, 而STN型LCD的變化曲線則較為陡峭. 因此在TN型的LCD中, 當(dāng)穿透率由90%變化到10%時(shí), 相對(duì)應(yīng)的電壓差就比STN型的LCD來(lái)的較大. 我們前面曾提到, 在液晶顯示器中, 是利用電壓來(lái)控制灰階的變化. 而在此TN與STN的不同特性, 便造成TN型的LCD,先天上它的灰階變化就比STN型的LCD來(lái)的多. 所以一般TN型的LCD多為6~8 bits的變化, 也就是64~256個(gè)灰階的變化. 而STN型的LCD最多為4 bits的變化 也就只有16階的灰階變化. 除此之外STN與TN型的LCD還有一個(gè)不一樣的地方就是反應(yīng)時(shí)間(response time) 一般STN型的LCD其反應(yīng)時(shí)間多在100ms以上 而TN型的LCD其反應(yīng)時(shí)間多為30~50ms 當(dāng)所顯示的影像變動(dòng)快速時(shí) 對(duì)STN型的LCD而言 就容易會(huì)有殘影的現(xiàn)象發(fā)生
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TFT LCD的中文翻譯名稱就叫做薄膜晶體管液晶顯示器, 我們從一開(kāi)始就提到 液晶顯示器需要電壓控制來(lái)產(chǎn)生灰階. 而利用薄膜晶體管來(lái)產(chǎn)生電壓,以控制液晶轉(zhuǎn)向的顯示器, 就叫做TFT LCD. 從圖8的切面結(jié)構(gòu)圖來(lái)看, 在上下兩層玻璃間, 夾著液晶, 便會(huì)形成平行板電容器, 我們稱之為CLC(capacitor of liquid crystal). 它的大小約為0.1pF, 但是實(shí)際應(yīng)用上, 這個(gè)電容并無(wú)法將電壓保持到下一次再更新畫(huà)面數(shù)據(jù)的時(shí)候. 也就是說(shuō)當(dāng)TFT對(duì)這個(gè)電容充好電時(shí), 它并無(wú)法將電壓保持住, 直到下一次TFT再對(duì)此點(diǎn)充電的時(shí)候.(以一般60Hz的畫(huà)面更新頻率, 需要保持約16ms的時(shí)間.) 這樣一來(lái), 電壓有了變化, 所顯示的灰階就會(huì)不正確. 因此一般在面板的設(shè)計(jì)上, 會(huì)再加一個(gè)儲(chǔ)存電容CS(storage capacitor 大約為0.5pF), 以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫(huà)面的時(shí)候. 不過(guò)正確的來(lái)說(shuō), 長(zhǎng)在玻璃上的TFT本身,只是一個(gè)使用晶體管制作的開(kāi)關(guān). 它主要的工作是決定LCD source driver上的電壓是不是要充到這個(gè)點(diǎn)來(lái). 至于這個(gè)點(diǎn)要充到多高的電壓, 以便顯示出怎樣的灰階. 都是由外面的LCD source driver來(lái)決定的.
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評(píng)論