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面, 也就是亮的畫面, 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