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液晶屏的原理和构成.doc

液晶屏的原理和构成

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2010-01-02 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《液晶屏的原理和构成doc》,可适用于IT/计算机领域

液晶屏的原理和构成http:techtomcom 年月日:来源:赛迪网佳木在笔记本电脑行业Sony笔记本电脑的液晶屏一直是其一大亮点是什么让它与众不同呢?它的“ClearBright液晶”里又有什么样的秘密呢?这次我们采访了中川雅朗等Sony“ClearBright液晶”的开发者让他们给我们讲讲Sony笔记本电脑液晶屏的故事。  认识液晶板  液晶板看起来是很薄的一张东西它其实是由几层薄膜叠成的如上图。按顺序剥开最顶层是实际显示用的“Serge”部分把整体分成部分它背后叫做“BackLight”是光线发出的地方。如果把BackLight全部取下来就是“荧光灯”。BackLight看起来好像是一下子全面亮起来但其实发光的是这个细小的荧光管(直径约毫米)线状的发光体在射到表面之前是以面状射出去的。这跟屋顶上使用的荧光灯除了大小不同之外原理是一样的那是荧光灯的Mini版。  实现“明亮度”  笔记本电脑的液晶屏跟电视的液晶很不一样。根据型号的不同笔记本电脑变亮的方法也不同。不过笔记本电脑的亮度还不到电视液晶的一半。如果在这种亮度不足的液晶屏上追求电视一样的画质就会出现各种各样的弊端。如果把表面做的很光滑那么画面则不够亮荧光灯等的反射光就会很耀眼如果做成广角则必须横向发出光线这样光线就更暗。为了制造出跟电视的画质相近的PC就必须克服明亮度这个问题。设计师最初曾经试验过“做两个灯”的想法也有很多困难并不是加入两根亮度就变成了两倍放进两根的话发热和耗电量就变成很大的问题了。  而天花板上的荧光灯跟这个荧光灯原理基本是一样的但是不能把它的做法简单应用到笔记本电脑的显示屏上。天花板上的荧光灯是通过电力给管两端加热令其放电结构小制作简单。但笔记本电脑上使用的冷阴极管是应用变压器生成的高压电进行点灯的。冷阴极管实际上也有℃~℃温度一高笔记本电脑本身也会变热热量有把荧光管自身的明亮度降低的副作用。这样就不会变亮。所以后来设计师开始尝试使用两根荧光管。  据我们了解到目前为止在台式机的液晶显示器的大面板上已经有人加进了两根甚至更多的光管。但是如果做成笔记本电脑大小尺寸的时候就会出现各种各样的问题。比如内转换器因为笔记本电脑空间很小散热始终就是一个问题。所以设计师另外开发了适用于笔记本电脑显示屏的内转换器如图。  笔记本电脑一般在屏幕的下部装有内转换器厚度也和笔记本电脑的厚度相关不能使用很厚的部件但在长方向的要求上并不怎么严格如果不做出很薄的东西显示层离发光层就会很远光线就会不足。经过不断实验后发热的问题又出现了。转换器自身也会变热。如果在大的面积上设计的话热量可以从宽广的面积上散发但是热量还会不断地聚集在小面积上最后灯也变热因此就要有各种各样的散热措施。  将该转换器上下一半一半地做成同样的灯分别一个一个点亮。在点亮的时候要使用高压电直径是mm的两根荧光管它们之间仅隔几毫米并排放进笔记本电脑这样它们之间就出现了高电压所以对距离的把握很重要。  荧光管虽然是可以放在台式机的两侧但是对于笔记本电脑来说是非常困难的事情。首先导光板是锲子形的如果把它们放到两侧笔记本电脑LCD就会变得过厚。转换器会放出高压电所以不可以把跟液晶板相连的绝缘电线做长。如果把转换器放到下面把跟上方的灯之间的距离拉大到目前的位置这在安全上又是不允许的。这样就只能把转换器放置在液晶板的左右或者是背面两根荧光管放置在下方。  如果电量消耗大就违背了笔记本电脑移动的特性了所以LCD的内部结构、特别是薄膜的构成是很引人注目的。从荧光管射出的光通过多种薄膜射到表面最终只有的光能透出表面。~的光在这过程中不断流失各处都削减了强度。对于VAIO系列原来的光的强度是不能改变的我设计师们开始考虑能不能改变薄膜的构成以提高效率。    采用“ClearBright液晶”技术的显示屏液晶结构板  上图是“ClearBright液晶”技术的显示屏的液晶板的结构中间的薄膜的构成跟传统的由块构成的不一样是由两块构成的。首先使用了「棱镜导光板」导光板中只放进了一块棱镜另外一块放在他处。并且只放进一块扩散薄膜那样减弱光线的障碍就减少了。这样的结构并不是世界首创VAIOTR使用了新开发的高透过率的薄膜。通过这样的内部结构的调节提高了最终的明亮度。两个荧光管提高了两倍。为了最大限度引出双荧光管的明亮度包括导光板在内的部件都进行了最合适的设计。VAIOTR系列中的灯还是一个但设计师还是成功的将亮度提高了倍。  实现“高清晰度”  早先的液晶屏表面仔细看起来都是很粗糙的。这种粗糙面不会发生因为图像亮度不够而造成观看困难的事情。但是显示的图像都很模糊黑色不黑颜色也不鲜艳。  大约是一年半以前世界上首次出现了高清晰度但是很刺眼的液晶屏但是根据设计师以前的设计经验如果把表面做清晰图像反射就很刺眼。虽然说重视图像很重要但作为设计师是不允许用户的眼睛疲劳的用户购买后能舒适地使用比在专卖店稍微引人注意的外观重要。但是怎样可以降低呢?这就是反射技术。经过四五个月的试验设计师们将反射率做到了当时出售的光滑面液晶屏的一半低反射取得了很大的进步。不过仅仅这样还不够根据调查显示:顾客一般会选用光滑的。而低反射仅仅是数字上低设计师还要想办法让人一看就惊呼漂亮啊。那就需要做的更光滑。这样“ClearBright”的构想就油然而生了。  实现“低反射”  其实现在很多高清晰的液晶屏也在某种程度上可以实现低反射。但是Sony设计师采用了多层AR解码就是在液晶屏的表面做了几层的解码层。  这样光就沿着最表面一层一层的反射调整那些解码层就会改变光波的波段消除光波。薄膜的调整也是很困难的。基本上光线跟声音也是与周期刚好一半的波段交互抵消的。因此表面反射的光跟下一层薄膜反射的光必须是错开半个波段多一点所以薄膜的厚度必须刚好是波长的。但是在这种厚度上还能把薄膜平均地涂上去地材料是非常少地。  设计师们曾经徘徊在多种多样的低反射方案的选择上并把液晶屏从中间分开分别做多次不同的表面处理。同时设计师模拟了多种可以使用VAIO的环境看看反射情况如何。最初只有液晶屏样本天气好的时候拿到室外看看情况然后再在室内看看。最后满足了我们试验环境要求的方案被做到笔记本电脑上了。  实现液晶屏的“广视角”  液晶屏的“斜纹”在两块玻璃之间根据电场把不定向运动的分子(狭义的液晶)封进去。加入电场的话分子就站立起来变白色切断电场分子就躺下变黑色。如果分子完全这样的话就没有什么问题了视角也很宽广。但是实际上在玻璃的旁边的分子粘贴在玻璃上即使加入电场不动的现象也时有发生。这样的话站立的分子跟躺着的分子就会混在一起根据观看方向的不同“复屈折位相差”里出现差黑色的亮度也会改变即颜色改变了。因此为了实现广视角就会粘贴上修补这个现象的胶卷。  笔记本电脑的特性跟上下方向有关这样改变液晶板的角度就有某种程度上的自由度。因此首先把左右方放宽在±°的范围里对比度在:以上。这对经常放在桌子上使用的VAIO系列的大型机来说是没多大问题的但是对于移动使用的笔记本电脑因为不能放宽左右只能考虑纵向了。如果做成VAIOGRFR那样的大屏幕液晶屏几个人是从横向的边上观看的他们看到的图案不一样就很麻烦了。因此大屏幕液晶屏要采用视角更广的液晶屏。像我们常说的“明亮的话对比度就高”其实是因为对比度高所以看起来很亮“亮度高视角广”是因为明亮所以黑白的对比度很高所以从下面往上看也是很明亮的并且不管从何处看都是很舒服的。LCD常识   一:何谓LCD  LiquidCrystalDisplay﹝中文简称液晶显示器﹞主要原理为以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。结构上LCDPanel由四个元件购成:Ⅰ、背光组﹝灯管﹞背光组:一般俗称灯管组由阴极管以后端照光方式将光线送入导光板光源以全反射作用进入导光板之扩散点经由扩散片将光线往各个角度四处扩散此时大约有~的光线会由导光板之正面透出剩下无法扩散之光线再由底部之反光板再次导入导光板以目前之技术已可将~进入光源由正面导出。Ⅱ、偏光组将背光组之杂乱之光线排列为单方向之光线其功能很像CRT之偏向线圈。Ⅲ、玻璃基板与薄膜晶体﹝TFT液晶分子组﹞在早期<第代~第代>此部份为量产技术最难突破之处原因为基板本身材质很薄内部又有几百万个液晶分子之高精密科技再加上本身体积又不小切割时稍不小心即会产生不良故良率一直偏低直至近期~代生产线之技术成本才算相对降低其原理为将液晶分子通电经由背光产生因暗影产品一个点点构成线构成面形成一个画面。Ⅳ、彩色过滤镜组颜色之深浅可由变化液晶分子电流电场强弱改变至于颜色之决定则控制于三层彩色滤光片身上藉由不同之滤镜产生不同之色阶进一步透过三原色混色达到百万色素。二:液晶监视器在开关机时屏幕会出现干扰杂纹是否为正常现象Answer:在极少的情况下屏幕会出现干扰杂纹这种情况可能是VGA卡的讯号频率所造成属于正常现象可透过自动或手动调整相位及像数频率来改善影像质量。三:液晶监视器画面闪烁应如何处理Answer:请检查讯号线连接头针脚如果针脚弯曲或遗失请洽询经销商或检查显示卡确定设定无误或检查扫瞄频率将显示卡设定在可接受的范围内。四:当接上电源时液晶监视器没有画面应如何处理Answer:请检查操作系统的省电模式按任何键或移动鼠标离开省电模式。或检查讯号线连接头针脚如果针脚弯曲或遗失请洽询经销商或服务专线。五:显示器屏幕感觉一直在闪烁?请问如何改善?Answer:你要改善屏幕的闪烁情况可以在「开始」下的「设定」下的「控制台」里点选「显示器」图示在显示器视窗内选择「设定」下的「进阶」一项在进阶视窗内选择「配接卡」一项在配接卡视窗内选择「重新整理速率」一项自行调整你的屏幕更新频率。一般而言人的眼睛在频率Hz时就不会感到闪烁。六:分辨率如何调整?显示卡与分辨率之间关系为何?Answer:如果你要调整屏幕的分辨率可以在「閞始」下的「设定」下的「控制台」里点选「显示器」图示在显示器视窗内选择「设定」一项其中有一个栏位叫作「桌面区域」是用来调整你的屏幕分辨率。即「x」、「x」、「x」、「x」、「x」、「x」等数个分辨率依你的显示卡能力而定单位是屏幕显示的横向和直向的点数﹝pixel﹞。调整分辨率的同时会影响到屏幕能显示颜色的多寡。因为显示卡上的存储器有限调整的分辨率越高能显示的颜色就会减少。现在一般较好的显示卡均配备MB记忆用在x以上的分辨率下仍然可以显示全彩亿﹝Truecolor﹞个颜色。另外调整分辨率还会影响屏幕的更新频率﹝Refreshrate﹞像现在新款的显示卡和显示器就可以透过DDC界面相互沟通得到最佳化设定轻松且使用上不会有问题。如果是旧型的配备就只好用硬件厂商所附程序自行调整了。七:为何LCD接单一主机讯号时效果很好接至分配器时则亮度、颜色变暗,甚至无画面。屏幕上Show"NOSYSNC"或"OUTOFRANGE"Answer:本显示器因面板阻抗很高设计时之讯号传输以一对一规划若连接分配器可能造成讯号衰减甚至亮度颜色质量差请尽量使用单机讯号。八:为什么LCD分辨率只有一种?使用其它分辨率或DOS下效果均较差?Answer:因LCD显示时是以单点对应显示以"LCD为例点距为mm。该尺寸刚好为水平x垂直之分辨率若使用此模块正好所有点均显示所以画面会最漂亮反之使用其它分辨率或DOS模块显示器画面不是变小就是采用模拟运算方式将所有点平均计算分布造成画面不均与粒粒皆粒子过大之较差质量画面九:为何调整Contrast及Brighness其画面均无明显的变化Answer:主要原因是为了配合LCDPanel的特性且为了保护LCDPanel延长其使用寿命故RD在设计时未将OSD中相关可调整选项的范围加大所以在调整Contrast及Brightness时其画面并不会有非常明显的变化。细析液晶显示器(LCD) 技术篇作者:佚名    转贴自:本站搜集    点击数:目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展在计算机外设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。以前液晶显示器只用于笔记本电脑现在我们这些DIY一族终于可以在视觉上享受一番了当然了首要前题还是口袋里的大洋多多的!一、LCD与CRT显示器的区别  LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶显示器以这技术所制造的显示器厚度比一般的CRT显示器薄很多因此在早期主要是用于笔记薄型电脑上现在市面流行的为TFTLCD显示器。TFT为薄膜电晶体其工作原理是在下面我再为大家解释。  CRT阴极管显示器的工作原理与电视机的显像管差不多在真空的显像管中把在尾端产生的电子照射到前方的磷质显示器。传统的CRT显示器由于需要内藏真空显像管因此身形比LCD显示器大很多此为LCD液晶显示器的其中一个优胜之处由于体积较小所以放置时的弹性也较大。而次要考虑的就是用家身体健康问题由于传统的CRT显示器内含的电子光束在运作时会产生很多静电与幅射因此长期使用会对眼睛有损害造成近视等问题产生。而LCD液晶显示器由于运作时无须使用电子光束因此没有静电与幅射这两种影响视力的问题存在。  传统的CRT显示器一般所标示的尺寸不是荧光幕的可视范围如以一般的寸显示器为例虽然标明的尺寸为寸但其真正的可视范围可能只有寸左右。如寸的显示器可能只余下至寸的可视范围。但是LCD液晶显示屏所标示的尺寸却是实际的可视范围如一般的寸的LCD液晶显示器的可视范围是完完全全的寸可方便用家选择。  由于现今的LCD液晶显示器能够以数字形式运作但是由于要另购有数字插头的显示卡所以现时的插头还是以传统的DSub为主。到底使用数字介面有何好处?好处就是如果显示器与显示卡双方也使用数字介面的话在传输的过程中便不会有信号的流失。同时由于数字插头生产时所须使用的元件较少所以可有助减轻成本。虽然现今大多数的液晶显示器能兼容现时流行的DSub插头但其余的类比与数字的显示器插头之多却令人眼花撩乱。是传统的类比式的显示器插头虽然不论用在传统的CRT显示器或是今次的主题LCD显示器使用数字化接头的画质绝对比传统类比式的接头佳。但是如要使用新式的数字插头便需要购买设有该插头的显示卡大大增加了整体的成本因此厂商依然在设计时保留DSub插头但当使用时可能会受干扰而使影像失真。  注:DigitalFlatPanelGroup是数间电脑公司所组成其中包括Compaq及Ati这两间较大的公司。是为数字介面插头中最早出现的一种但是由于其解像度限制于最大只能做到x因此未来所推出的高解像度LCD显示器便不能使用所以其前景不太明朗。  DVIDigitalVisualInterface为以Intel为主的DigitalDisplayWorkingGroup(DDWG)研究所发明。由于此介面支援PanelLink技术因此它的速度是DFP的两倍同时也能输出高于x的解像度及能与DFP接头兼容是现在最流行的数字介面。二、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。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(viscosity)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。就好象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(induceddipolar)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通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(或着称为可视光学的对比)进而达到显像的目的。三、液晶显示器的种类  液晶显示器英文通称为LCD(LiquidCrystalDisplay)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(SimpleMatrix)以及主动矩阵驱动(ActiveMatrix)三种。其中被动矩阵型又可分为扭转式向列型(TwistedNematicTN)、超扭转式向列型(SuperTwistedNematicSTN)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(ThinFilmTransistorTFT)及二端子二极管型(MetalInsulatorMetalMIM)二种方式。(详细的分类请参考附表)TN、STN及TFT型液晶显示器之比较表类别TNSTNTFT原理液晶分子扭转度液晶分子扭转~度液晶分子扭转度以上特性黑白、单色低对比(:)黑白、彩色(万色)低对比较TN佳(:)彩色(万色)高对比较STN佳(:)全色彩化否否可媲美CRT之全彩色动画显示否否可与CRT媲美视角狭窄(度以下)狭窄(度以下)较宽(度以下)面板尺寸~寸~寸~寸应用范围电子表、计算器、简单的掌上游戏机电子字典、移动电话、商务通、低档笔记本脑彩色笔记本电脑、投影机、壁挂式彩电  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。四、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。不加电场的情况下入射光经过偏光板后通过液晶层偏光被分子扭转排列的液晶层旋转度离开液晶层时其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致因此光线能顺利通过整个电极面呈光亮。当加入电场的情况时每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致液晶层因此失去了旋光的能力结果来自入射偏光片的偏光其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系并无法通过电极面因此呈现黑暗的状态。  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(twistednematicfieldeffect)。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型的显示原理与TN相类似不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转度而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转~度。  要在这里说明的是单纯的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(colorfilter)并将单色显示矩阵之任一像素(pixel)分成三个子像素(subpixel)分别通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。液晶屏幕的驱动方式单纯矩阵驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成选择要驱动的部份由水平方向电压来控制垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。  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。讲的简单一点就好象是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D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D游戏。主动式矩阵的驱动方式是让每个画素都对应一个组电极它个构造有点像DRAM的回路方式电压以扫描的(或称作一定时间充电)方式来表示每个画素的状态。  为了改善此一情形后来液晶显示技术采用了主动式矩阵(activematrixaddressing)的方式来驱动这是目前达到高资料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。、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萤光管、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萤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。MrOH!主述ANAN策劃超薄平面顯示器時代來臨       電視機所採用的CRT(陰極射線管)有著體積大、重量重、尺寸受限等缺點。隨著電子科技的發展對移動顯示的要求越來越多CRT的先天限制讓其小型化、行動化的理想受到阻礙。這使得開發新一代的顯示器技術變得更有其必要!       新一代的顯示器講求幾個重點:平面直角畫面顯示不變形、輕薄短小耗能少攜帶方便且同時要與現有的影像信號技術相容。目前談論到超薄型顯示器技術最普及當是TFTLCD的應用了舉凡數位相機、NB筆記型電腦、PDA等需要顯示複雜資訊的電子產品通通少不了它。TFTLCD技術又包含了低溫多矽晶TFTLCD、反射式TFTLCD等多項不同的顯示技術下面我們就要來一探LCD的歷史與原理。液晶的發明與發現       液晶的誕生來自於一項非常特殊物質的發現早在年Virchow,Mettenheimer和Valentin這三個人就發現nervefibre的粹取物中含有這種不尋常的東西。到了年德國物理學家OttoLehmann運用偏極化的顯微鏡首次觀測到了液晶化的現象但他對此一現象的成因並不瞭解。直到西元年奧地利的植物學家Friedrich Reinitzer()發現了螺旋性甲苯酸鹽的化合物(cholesterylbenzoate)確認了這種化合物在加熱時具有兩個不同溫度的熔點在這兩個不同的溫度點中其狀態介於一般液態與固態物質之間類似膠狀但在某一溫度範圍內其又具有液體和結晶雙方性質由於其特殊的狀態。Reinitzer後來走訪Lehmann深入探討這種物質的表現其後兩人便命名這種物質為「LiquidCrystal」就是液態結晶物質的意思。Reinitzer和Lehmann這兩人被譽為液晶之父。       同CRT陰極射線管一樣液晶雖早在年就被發現(實際上但是實際應用在生活周遭時已是年後的事了。因為液晶在兩次大戰中對軍事用途的幫助不大以致於 其發展落後CRT甚多。比較重要的是年Oseen和Zöcher這兩位科學家為液晶確立狀態變化之方程式。一直到了年美國RCA公司工程師們利用液晶分子受到電壓的影響而改變其分子的排列狀態並且可以讓入射光線產生偏轉的現象之原理製造了世界第一臺使用液晶顯示的螢幕。由此開始加上了年代日本SONY與Sharp兩家公司對液晶顯示技術全面開發與應用讓液晶顯示器成功的融入現代的電子產品之中。 液晶的物理性質       描述液晶的物理性質必須先瞭解一般固態晶體具有方向性而液態晶體這種特殊物質不但具有一般固體晶體的方向性外同時又具有液體的流動性。改變固態晶體方向必須旋轉整個晶體改變液態晶體就不用那麼麻煩它的方向性可經由電場或磁場來控制。       改變液晶的方向視液晶的成分而有所不同有的液晶和電場平行時位能較低所以當外加電場時會朝著電場方向轉動相對的也有液晶是對應電場垂直時位能較低。由於液晶對於外加力量(電場或磁場敏感)從而呈現了方向性的效果也導致了當光線入射液晶中時必然會按照液晶分子的排列方式行進產生了自然的偏轉現像(見左圖Kodak提供)。       部分液晶分子的電子結構中有著很強的電子共軛運動能力所以當液晶分子受到外加電場的作用便很容易的被極化產生感應偶極性(induceddipolar)這也是液晶分子之間互相作用力量的來源。而一般電子產品中所用的液晶顯示器就是是利用液晶的光電效應藉由外部的電壓控制再透過液晶分子的折射特性以及對光線的旋轉能力來獲得亮暗情況進而達到顯像的目的。 電源關閉時液晶具有偏光效果可將入射光線轉彎穿過極柵呈現亮色電源開啟時液晶不具有偏光的功能(direction)因此光線不能通過極柵呈現暗色注意!同學容易混淆的地方在於光的方向須知兩個極柵各成度交叉排列在沒有液晶分子的情況下光線是不能通過此為先決條件切記!液晶顯示器的種類       利用液晶製成的顯示器稱為液晶顯示器英文稱LCD(LiquidCrystalDisplay)。其種類可分為依驅動方式之靜態驅動(Static)、單純矩陣驅動(SimpleMatrix)以及主動矩陣驅動(ActiveMatrix)三種。而其中單純矩陣型又是俗稱的被動式(Passive)可分為扭轉向列型(TwistedNematic簡稱TN)和超扭轉式向列型(SuperTwistedNematic簡稱STN)兩種而主動矩陣型則以薄膜式電晶體型(ThinFilm TransistorTFT)為目前主流。 TN型超薄型LCD平面電視  象徵了TFTLCD發展大尺寸顯示器的新里程碑BENQ提供       TN型液晶顯示技術可說是液晶顯示器中最基本的其他種類的液晶顯示器也可說是以TN型為藍本加以改良。同樣的它的運作原理也較其他技術來的簡單上圖即為TN型之範例。TN的構造包括了垂直方向與水平方向的偏光板(Polarizer)其上具有細紋溝槽中間夾雜液晶材料以及導電的玻璃基板(Glass)。 STNDSTN型       STN型的顯示原理也類似不同的是TN型的液晶分子是將入射光旋轉度而STN則可將入射光旋轉~度。 單純的TN顯示器本身只有明暗兩種顯示(或黑白)無法產生色彩的變化。TNLCD採用的是『直接驅動』無法顯示較多的畫素且畫面的對比小反應速度慢視角更僅在度以下(即觀賞角度約度)顯示品質也較差故TN型LCD主要用途在於簡單的數字與文字的顯示如:電子錶及電子計算機等。STN的出現改善了視角狹小的缺點並提高對比率STN以『多工驅動』增加掃瞄線數提高畫素顯示品質較TN來得高。再搭配彩色濾光片的使用將單色顯示矩陣之任一畫素(pixel)分成三個子像素(subpixel)分別透過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色再經由三原色比例之調和可以顯示出逼近全彩模式的色彩。由於STN顯示的畫面對比仍只達:(對比愈小畫面愈不清楚)反應速度為ms(毫秒)作為一般操作顯示介面尚可但若要播放電影速度仍嫌不足。       由於STN仍有不少缺點後續的DSTN則透過雙掃描方式來顯示由於DSTN採用雙掃描技術因此顯示效果相對STN來說有大幅度提高。DSTN反應速度至ms但因其皆為『被動式驅動』之故在電場反復改變電壓的過程中每一畫素的恢復過程都較慢在螢幕畫面快速變化時例如:顯示網球比賽的轉播就會產生所謂的『餘輝』現象。特別是當網球選手殺球的那一瞬間你就可以看到拖螢幕上出現『球跡尾』現象。不過DSTN價格便宜、耗能低一些低階的筆記型電腦、PDA等仍使用DSTN作為顯示裝置。TFT型TFT型液晶顯示器的運作原理 :背光源發光也就是螢光燈管投射出光源這些光源會先經過一個偏光板然後再經過液晶分子分子的排列方式改變穿透液晶的光線角度然後這些光線接下來還必須經過前方的彩色的濾光板與另一塊偏光濾色玻璃導出。位於底層的薄膜式電晶體可藉由改變液晶的電壓值控制最後出現的光線強度與色彩並進而能在液晶面板上組合出有不同深淺的顏色。        TN與STN型液晶顯示器都是使用場電壓驅動方式如果顯示尺寸加大中心部位對電極變化的反應時間就會拉長顯示器的速度就跟不上。 為了改善這個的問題主動式矩陣(activematrix)驅動被提出主動式TFT型的液晶顯示器的結構較為複雜包括了:背光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料和薄模式電晶體等等。在TFT型液晶顯器中導電玻璃上畫上網狀的細小線路電極則由是薄膜式電晶體所排列而成的矩陣開關在每個線路相交的地方配有控制閘各顯示點控制閘配合驅動訊號作動。電極上之電晶體矩陣依顯示訊號開啟或關閉液晶分子的電壓使液晶分子軸轉向而成『亮』或『暗』的對比避免了顯示器對電場效應的依靠轉以電晶體開啟和關閉的速率作為決定步驟。 也因此TFTLCD的顯示品質較TNSTN佳畫面顯示對比可達:以上、反應速度逼近ms甚至更快。同時又可以全彩甚至真彩效果顯示產品適用於筆記型電腦、液晶顯示器、汽車導航系統、數位相機及液晶投影機。TN、STN及TFT型液晶顯示器之比較表類別TNSTNTFT原理液晶分子扭轉度扭轉~度液晶分子扭轉度特性黑白、單色低對比(:)黑白、彩色(萬色)低對比較TN佳(:)彩色(萬色)高對比較STN佳(:)全色彩化否否可媲美CRT之全彩色動畫顯示否否可媲美CRT視角度以下度以下度以下面板尺寸~寸~寸~寸以上應用範圍電子錶、計算機電子字典、行動電話彩色筆記本電腦、投影機、超薄平面彩色電視液晶的發展與未來  TFTLCD之所以成功在於其每個畫素後面都配置一個電晶體開關作為控制整合之用以致於整個TFTLCD看起來就類似一個大型整合電路。由於TFTLCD必須將畫素作得非常小讓人眼只能看到畫面分辨不出畫素所以TFTLCD的施工工程就相當精密。過往因為技術尚未成熟在一大片的TFTLCD當中難免有些節點無法連接或連接錯誤導致無法顯示正確畫素這些統稱『壞點』包含常見的『紅、藍、綠點』無法自行控制、『黑、白點』無法使用等。目前高精密的技術已經足以克服TFTLCD在生產過程中產生『壞點』的機率部分『壞點』也可藉由『暗點化』(人類的眼睛對於暗畫素不敏感)將其隱去繼續販售市面。       由於TFTLCD成功的解決CRT的缺點連帶的使其應用範圍加廣!同時也發生了一些意想不到的問題例如:在陽光下TFTLCD顯示不佳需要倚靠遮光罩或透光式設計減少反光的發生才能將其看得清楚。另外也有利用特殊鍍膜技術減少背景光洩漏、增加螢幕黑度、提高對比度的作用並可以同時減小在日常明亮工作環境下的眩光現象。        Kodak數位相機是目前在數位相機市場上對顯示 裝置改進最深的業者從室外鍍膜之應用到先進的OLED顯示器Kodak一直在此領域領先其他公司。下面我們將繼續介紹平面顯示器的新發展特別是OLED、電漿這類新興材料的應用。液晶显示器的常规测试项目  随着LCD热的不断升温人们越来越迫切地希望深入了解LCD的表现因此我们酝酿了这次英寸LCD横向测试。我们希望通过这次测试向大家介绍目前LCD产品的现状、引导大家去选购心仪的产品并消除目前对LCD的认识、采购和使用中的一些误区。  这次横向测试中我们总共测试了台LCD其中包括:明基FP、ADINI、CTXPV、EMCBM、LGLSLE、NECMV、飞利浦SP、三星SV、优派VE、爱国者LT、神舟LFA、源创YCV以及一台我们特意用来做对比的某厂商的X型LCD我们将其看做低档产品的分水岭。  我们设计了一些测试项目来考查LCD样品包含了LCD使用中必然涉及的几个方面其中包括:   亮度   “不够亮”是人们对LCD的传统看法而LCD的最大亮度也已经成为选购时的重要指标。但是亮度并非越高越好太高的亮度会对使用者的眼睛带来明显不适。一般来说当显示器亮度达到cdm时就已经可以进行正常阅读了而未来抵消环境光带来的影响更高的亮度显然更适合日常使用。但是当亮度太高时炫目将是一个大问题而黑色背景变得过亮将使屏幕看着发白这个问题对LCD而言更为明显这将牵扯到对比度降低的问题。   对比度   对比度也是显示器的重要指标基本上可以认为是越高越好这对LCD而言也是尤其敏感某种程度上与亮度比起来消费者更喜欢追求高对比度指标。对比度的定义非常简单:屏幕的纯白色亮度与纯黑色亮度的比值而这又常常被简化为最大亮度与最小亮度的比值(很显然这种方法得到的数值会大些)。从对比度的定义可以看到亮度和对比度之间有一定的关系但它们之间绝对不是线性关系。一般而言在理想亮度附近的对比度可以达到最大值而亮度太小时由于最大亮度过小对比度会降低而亮度过大时黑色背景也会有过大的亮度导致比值过低(这正是目前显示器的普遍问题)。  由于对比定义的简单化各厂商的测量和计算方法不尽相同这将导致对比度数据的尺度不一缺乏可信度。假设一种极端情况如果厂商使用显示器能够调节的最大亮度和能够调节的最小亮度来计算对比度这样的数据显然是没有任何实用价值的。   亮度均匀性   亮度均匀性对显示器而言是老生常谈的问题了在《中国电脑教育报》评测室今年进行的元以下纯平显示器的横向测试中亮度均匀性就被作为重要的指标。对LCD而言其发光方式与CRT各点激发荧光不同是由面板边缘的灯管产生白光这显然更容易带来亮度均匀性问题。我们在测试中尽量不去追究那些太局部的、具有LCD特色的亮度均匀性问题并通过扩大取样范围来体现亮度变化的趋势这会使最终数据看上去比较“自然”。   色彩范围   在CRT测试中色彩范围其实并不是特别需要强调的指标但是对LCD而言色彩范围就成为其一大弱点。显示器的色彩是由控制射线光线的强度决定的而由于LCD是采用滤光的形式产生色彩这使得其颜色往往不够鲜艳而且对亮度对比度设置更为敏感这将导致不同设置下的色彩表现能力大为不同这与较好的CRT显示器的颜色还原能力基本独立于亮度的特性大相径庭。我们一般以理想亮度对比度设置下的色彩值为准。   灰阶   其实灰阶是色彩表现能力的一部分强调的是对细微色彩过渡的表现能力。这种能力与色彩范围统一起来才能真正衡量一台设备处理色彩的能力这对显示器、扫描仪、打印机等都是一样的。在很多情况下色彩的变化往往可以体现为亮度的变化。而人类对亮度变化的敏感程度远高于色阶的变化所以具有明显亮度特征的灰阶就成为考察色彩表现能力的极佳手段。如果对细微的灰阶过渡都能表现那很细节的色彩变化肯定是没有问题。需要强调的是不要将灰色看做是黑白两色的浓度变化而应当把其理解为RGB三原色的组合。  LCD的灰阶表现能力与CRT相比有明显差距这在主观上非常容易看出。   其他   在CRT显示器的测试中我们还会涉及失真、聚焦、汇聚、高压特性、调节等问题这些在固定显示点的LCD上不再具有讨论价值所以我们都将其忽略。视角和响应时间是LCD的重要指标也是公认的LCD弱点也是难以量化的测试项目。  坏点是LCD可能存在的瑕疵包括亮点和暗点。一般来说在屏幕非主要部分出现个以下的坏点是可以接受的。不过我们在最近一年的测试中没有遇到有坏点的LCD。对比度 设置对比度备注优派ve:浅色不丢:浅色不丢emcbm: 三星s: 三星v: :丢浅色ctxpv: :丢浅色飞利浦s: :丢浅色飞利浦p: :丢浅色adia:亮度变化小adii : :丢浅色爱国者lt: : xlcd: :浅色不丢:浅色不丢明基fp: :丢浅色: 明基fp: :浅色不丢源创ycv:亮度变化小神舟lfa: :丢浅色lgls: :浅色不丢lgle: necmauto :丢浅色necvauto :丢浅色   LCD的亮度、对比度设定   LCD的亮度和对比度设定是使我们相当头疼的问题。在CRT测试中我们可以通过低阶灰色能否正常显示来作为衡量亮度合适与否的标准而这个标准在LCD中显然行不通低阶灰色的表现能力差正是许多LCD存在的问题这种不可调节的显示效果就不能成为调节的基准。同样的在CRT中几乎不值一提的对比度问题到了LCD上也很敏感对比度调低了固然不好调高了颜色(尤其是浅色)的过渡就要丢失了。  根据我们的经验多数LCD的亮度不能调得太高这在前面解释亮度时已经提及了所以我们假定显示器设置的为理想亮度。对比度的设置也以为假定的理想值。在这个基础上我们尊重厂商的缺省设置如果厂商在显示器自动设置功能中会自动改变显示器的亮度对比度设置那么我们将以该结果为准。在测试中我们发现其实多数LCD不存在缺省的亮度对比度设置只有NEC的两款LCD会指定对比度设置。  在双的设置基础上我们还将对比度设为并进行新一组测试以检查这样的设置对显示效果的影响。不少LCD在的对比度设置下对色彩过渡的表现能力受到了影响。  最后我们将亮度的设置也增加到进行第三组测试。这时候多数显示器出现过亮的问题没有什么实用价值但此时我们可以取得显示器的最大亮度而且得到一组新的色彩范围。  从测试结果看多数显示器在双的设置下可以得到满意的效果而有部分显示器需要将亮度和对比度中的一项或两项调高才能得到满意的效果。测试数据以理想模式下的数值为准。显然如果在的设定下能得到满意的效果那意味着显示器的调节潜力很大可以适应更多的场合和更长的时间段使用。而调节余地较小的LCD既然能够提供正常的、令人满意的显示效果我们也认为是可以接受的。另外有部分LCD在极限设置下也能正常显示这可能代表其品质优良并至少说明其易于初级用户使用。显示器的技术指标    )什么是点距?它对显示器上的影像有何影响?点距就是两个同样颜色萤光质之间的距离。举例来说就是一个红色萤光质与相邻之红色萤光质之间的对角距离它通常是以毫米(mm)表示。点距就是两个同样颜色萤光质之间的距离。举例来说就是一个红色萤光质与相邻之红色萤光质之间的对角距离它通常是以毫米(mm)表示。荫蔽罩上的点距就原理面而言点距越小影像看起来也就越精细其边和线条也就越平顺、越精致。如果您考虑要购买高分辨率的显示器那麽点距就必须要很小这样所得到的影像才会比较清楚与细腻。直条状荫蔽罩显示器则是使用线条间距或是光栅间距来计算其中萤光质之间的水平距离。由于点距和间距的计算方式完全不同因此不能拿来比较如果真的要比较点距和光栅间距或是线条间距那麽光栅间距或水平点距会稍微大一些也就是说特定数值的光栅间距会比点距梢微大一点。举例来说。一个mm的光栅间距大约等于mm的点距。)为什么分辨率会那麽重要分辨率就是萤幕影像的密度您可以把它想像成是一个大型的棋盘而分辨率的表示方式就是每一条水平线上面的点或者画面元素(图素)的数目乘上水平线条的数目。以一个X的VGA萤幕中即每一条线上包含有个图像素点且共有条线。分辨率越高萤幕上所能呈现的资料也就越多。目前显示器能支援最高的分辨率为X比电视X的分辨率高出许多。)什么是垂直刷新率?它们与分辨率有何关连?刷新率就是萤幕重新绘制或者说重新显示的频率。水平扫描的速度通常以千赫(KHz)表示即是以每一秒钟可以画出的水平线条的数目。水平扫描速度越高就表示可以具有较高的分辨率。而垂直扫描速度通常以赫兹(Hz)表示它可以告诉我们每一秒钟萤幕由最上面到最底部的所有线条全部被重新显示的次数。垂直刷新率越高您所感受到的闪烁情况也就越不明显因此眼睛也就越不容易疲劳。水平和垂直扫描频率合在一起就可以决定分辨率的高低以及萤幕是否稳定不闪烁。若是显示器的分辨率提高那麽萤幕上所显示的资讯也会随之增加萤幕重新显示就需要更多的时间刷新率亦随之降低。在您使用显示器时各种不同的分辨率将改变您所需之刷新率一个稳定不闪烁的画面其标准的垂直扫描频率应该是Hz或是更高。)带宽  带宽是指每秒钟电子枪扫描过的图像点的个数以MHz(兆赫兹)为单位表明了显示器电路可以处理的频率范围。  让我们举例说明。比如在标

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