lcd基本原理

hljxy

更多lcd技术请来液晶之友http://www.lcdfriends.com/

LCD [原创]LCD原理

关键字：

LCD、液晶、液晶屏、原理、被动矩阵、主动矩阵、响应速度、可视角度、对比度、有源矩阵、亮度

要说LCD，肯定要先说液晶啦~液晶这东西是怎么来的呢？它是1888年由奥地利植物学家莱尼茨尔发现的，他发现一些有机物融化后会经历一个不透明的呈白色浑浊液体状态，而且富有光泽，继续加热，才会变成液体。随后一位的国的物理学家也对此进行了研究，他发现这液体具有某些晶体的特征，比如双折射性，于是他就称呼这种液体叫“液态晶体”，也就是“液晶”了~，液晶属于一种有机化合物，分子形状为长棒状，长度大约10NM，在不同的电流作用下，分子会做有规律的旋转，这样对光线产生了一定的控制，很多液晶分子构成一个像素，而很多像素又构成了大家眼前的ThinkPad上显示的完整图象~。

现在铺天盖地的LCD显示器广告~说明这种新时代的东东还是挺受欢迎的，那么它有哪些好处呢？首先，第一：没有电磁辐射。绿色和健康是现在时代发展的又一新生物，传统的CRT主要材料是荧光粉，电子束撞击它时的一瞬间会产生强大的电磁辐射，对人体造成一定威胁（我不是医生哦，别问我有什么后果，而且我也没觉得有什么），虽然人们对此已经做了防范措施，但是仍然无法确保百分百的消除这个问题。而LCD就没这个弊端。第二，身材不错。现在人们不仅仅看MM会看身材，就连日常的生活品也难逃此劫，普通的显示器屁股里一个粗长的电子枪，把整个身体搞的很笨重，和LCD相比，LCD是薄板式的结构，加之驱动电路，也不过厘米左右，极大的节省了空间，减轻了重量。第三：省电。CRT由去多电路组成，电路本身也消耗很多功率，加之阴极射线显像管工作时也不是省油的灯~ LCD体积小，再由于其基本原理，就剩灯管比较费电了~相比CRT还是小很多的了。第四：应用范围广。由于LCD体积小，消耗少，显示效果好，被广泛应用于各个领域，给我印象最深的就是小学时候用的电子表，小时候觉得这真的是件神奇的小东西，结果惨遭我揉虐的电子表不计其数~。 除了这些主要因素，另外还有，显示效果好，故障率低，可视面积大等等。

下面正式进入主题，先说液晶显示器的分类，从整体上区分，主要有被动矩阵式LCD及主动矩阵式2种LCD，其中前者以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)为主要代表，在显示的反映速度，可视角度，色彩数量上都有局限性，但由于其结构简单，消耗功率小，保密性好，被光泛应用于各个领域，以前的老式笔记本大多数都是采用这种LCD，但时代在发展，以TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD)为代表的主动矩阵式LCD取代了前者的主导地位，TFT-LCD继承了前辈的优点外，又在显示效果，色彩数量，可视面积上有了很大的提高，目前的笔记本已经是TFT-LCD的天下了。

    我们来分别解释一下这2者的工作原理：

    1.被动矩阵式LCD
    咱们就以比较早的TN-LCD为基础讲，在TN-LCD的结构，主体是2块玻璃基板，内夹着彩色滤光片、配向膜*等制成的夹板? 外面再包裹着两片偏光板*，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。每一个像素是由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为1280×1024，则它实际拥有3840×1024 个晶体管及子像素。每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管，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于偏光板的。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，由于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，结果在显示屏上出现黑色。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，结果在显示屏上出现白色。为了达到在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩，多个冷阴极灯管就要被使用来当作显示器的背光源。

    2.主动矩阵式LCD
    TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，不同的是将TN-LCD上夹层的电极改为FET晶体管，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液晶显示器的显像是采用“背透式”照射的方式。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。由于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。

    说完了原理，还要知道LCD的一些技术参数：

    1.可视面积，可视角度
    顾名思义，可以看见的面积么~不过这也许有点模糊了，做个比喻，15寸的CRT的可视面积仅仅等于一块14.1寸LCD的可视面积，好象是这样，我忘了，总之同尺寸的2种显示器，LCD可视面积比CRT大。可视角度么，一样，可以看见屏幕显示的最大的角度~一般老式的DSTN和液晶板老化严重的TFT都很小。今年2月份，我在武汉看到一款SONY的LCD显示器，角度好象快接近175度了~

    2.响应时间
    响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，这个数肯定是越小约好啦~否则越大，显示时拖尾现象越严重，此现象也是在老式的DSTN和液晶板老化严重的TFT上特别明显。一般的液晶显示器的响应时间在20～30ms之间，现在好象已经有16ms了吧~？

    3.亮度
     LCD显示的最大亮度，这个数值一般都在200～250 cd/m2间，当然不是越大越好，也要考虑到眼睛的承受能力哦~呵呵。这个是由背光源（灯管）决定的。大家一般都会觉得SONY的比咱们IBM的亮~我觉得这种比较没意思，除非在户外使用，毕竟眼睛的承受能力有限，搞那么亮当灯用哦，灯管寿命是主要的。我拿我的老TP390和新的联想比，亮度差很大，但是我自己用着合适，我就知足~~（题外话）

    4.对比度
    对比度是定义最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。一般CRT显示器的对比值为500:1 不过LCD无法达到这个值，因为无论怎么样，背光源总是亮的，即使液晶板完全阻挡了光线的透过，这也是个理想模式，实际中还有会有很多光线透过的。   
    其他的还有点距等等~
  
    另外，也许平时会见到一些液晶方面的术语~我也给大家说说~~
  
   中文名称： 有源矩阵
   英文简称： Active Matrix  
   英文名称： Active Matrix  
   中文解释： 使用叫作TFT存储器元件来创建各个有源像素的一种LCD技术。有源矩阵允许全运动视频和动画,不象无源矩阵。颜色也比无源矩阵有更多的振动。有源矩阵技术有两类:AmorphousTFT(无定型 TFT）和PolysiliconTFT（多硅TFT）。
  
    中文名称： 有源矩阵显示
    英文简称： AMD  
    英文名称： Active Matrix Display  
    英文解释： A type of display which uses Thin-Film Transistors (TFT) to control each pixel individually. Active Matrix Displays offer higher contrast ratios, wider viewing angles, and faster response times than Passive Matrix Displays.  
中文解释： 有源矩阵显示是一种用薄膜晶体管独立控制每个像素的显示方式，比无源矩阵显示具有更高对比度，更宽视角和更快的反应时间。