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有施加電壓時, 液晶的排列會依照上下兩塊玻璃的配向膜而定. 對于TN型的液晶來說, 上下的配向膜的角度差恰為90度.(請見圖9) 所以液晶分子的排列由上而下會自動旋轉(zhuǎn)90度, 當(dāng)入射的光線經(jīng)過上面的偏光板時, 會只剩下單方向極化的光波. 通過液晶分子時, 由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度, 所以當(dāng)光波到達下層偏光板時, 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.(請見圖9) 所以光線便可以順利的通過, 但是如果我們對上下兩塊玻璃之間施加電壓時, 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)液晶分子受電場影響時, 其排列方向會傾向平行于電場方向.), 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. 此時通過上層偏光板的單方向的極化光波, 經(jīng)過液晶分子時便不會改變極化方向, 因此就無法通過下層偏光板.
Normally white及normally black
所謂的NW(Normally white),是指當(dāng)我們對液晶面板不施加電壓時, 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. 而反過來, 當(dāng)我們對液晶面板不施加電壓時, 如果面板無法透光, 看起來是黑色的話, 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位置不同而已. 對NB來說, 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, 光線會因為液晶將之旋轉(zhuǎn)90度的極性而無法透光. 為什么會有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)用于桌上型計算機或是筆記型計算機, 大多為NW的配置. 那是因為, 如果你注意到一般計算機軟件的使用環(huán)境, 你會發(fā)現(xiàn)整個屏幕大多是亮點, 也就是說計算機軟件多為白底黑字的應(yīng)用. 既然亮著的點占大多數(shù), 使用NW當(dāng)然比較方便. 也因為NW的亮點不需要加電壓, 平均起來也會比較省電. 反過來說 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)的角度會大于180度, 一般為270度.(請見圖12) 正因為其旋轉(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的電壓對穿透率曲線可以知道, 當(dāng)電壓比較低時, 光線的穿透率很高. 電壓很高時, 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, 相對應(yīng)的電壓差就比STN型的LCD來的較大. 我們前面曾提到, 在液晶顯示器中, 是利用電壓來控制灰階的變化. 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來的多. 所以一般TN型的LCD多為6~8 bits的變化, 也就是64~256個灰階的變化. 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還有一個不一樣的地方就是反應(yīng)時間(response time) 一般STN型的LCD其反應(yīng)時間多在100ms以上 而TN型的LCD其反應(yīng)時間多為30~50ms 當(dāng)所顯示的影像變動快速時 對STN型的LCD而言 就容易會有殘影的現(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, 我們從一開始就提到 液晶顯示器需要電壓控制來產(chǎn)生灰階. 而利用薄膜晶體管來產(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)圖來看, 在上下兩層玻璃間, 夾著液晶, 便會形成平行板電容器, 我們稱之為CLC(capacitor of liquid crystal). 它的大小約為0.1pF, 但是實際應(yīng)用上, 這個電容并無法將電壓保持到下一次再更新畫面數(shù)據(jù)的時候. 也就是說當(dāng)TFT對這個電容充好電時, 它并無法將電壓保持住, 直到下一次TFT再對此點充電的時候.(以一般60Hz的畫面更新頻率, 需要保持約16ms的時間.) 這樣一來, 電壓有了變化, 所顯示的灰階就會不正確. 因此一般在面板的設(shè)計上, 會再加一個儲存電容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候. 不過正確的來說, 長在玻璃上的TFT本身,只是一個使用晶體管制作的開關(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點來. 至于這個點要充到多高的電壓, 以便顯示出怎樣的灰階. 都是由外面的LCD source driver來決定的.
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