液晶显示原理.doc

液晶显示屏 /view/254398.htm略/data/html/2009-6-16/76906.htmlSTN液晶显示屏的结构与原理STN液晶显示屏采用无源矩阵结构，在两块玻璃基板的内侧配置有行电极（扫描线）和列电极（数据线）两种电极，中间封入液晶，扫描线和数据线的交点就是STN液晶屏的像素点。图1所示是STN液晶显示屏的结构和等效电路示意图。图1.STN液晶显示屏的结构和等效电路示意图STN液晶显示屏的工作原理与TN液晶显示屏相同，只是STN的扭转角为180270，而不是90。图1所示为TN和STN液晶分子扭转角度示意图。图2.TN和STN液晶分子扭转角度示意图正因为STN液晶显示屏中的液晶扭转角度不同，其特性也就不同，为便于说明问题，下面给出TN与STN液晶显示屏电压穿透率曲线，如图3所示。图3.TN型与STN型液晶显示屏的电压-穿透率曲线从图3可以看出，当电压比较低时，光线的穿透率很高；电压很高时，光线的穿透率很低；而电压在中间位置时，TN液晶显示屏的变化曲线比较平缓，而STN液晶显示屏的变化曲线则较为陡峭。因此，在TN液晶显示屏中，当穿透率由90变化到10时，相对应的电压差就比STN液晶显示屏大。前面曾提到，在液晶显示屏中，是利用电压来控制灰阶的变化，而上述TN与STN液晶显示屏的电压穿透率曲线特性，便造成TN比STN液晶显示屏的灰阶变化要多。所以，一般TN液晶显示屏多为68 bits的变化，也就是64256个灰阶的变化，而STN液晶显示屏最多为4bits，也就只有16阶的灰阶变化。除此之外，STN与TN液晶显示屏还有一个不同的地方，就是反应时间，一般STN液晶显示屏多在100ms以上，而TN液晶显示屏多在50ms以下。这里需要说明的是，单纯的TN液晶显示屏本身只有明、暗两种情形（或称黑、白），无法做到色彩的变化。而STN液晶显示屏由于液晶材料的不同，以及光线的干涉现象，显示的色调以淡绿色和橘色为主。如果在传统单色STN液晶显示屏加上彩色滤光片，并将单色显示矩阵的任一像素点分成三个像素单元（或称子像素），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三基色，再经由三基色的比例调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN液晶显示屏做得越大，其对比度就会越差，雨STN型由于采用了改良技术，可以弥补对比度不足的情况。LCD液晶结构和显像原理导读：带你走入平板电视的内心,带你窥探迷眼曲线的来去游脉。今天，LCD（Liquid Crystal Display）已经渗入各种需要进行图像和数据显示的电子终端，且平板电视的普及风暴已经被引爆，众多的平板显示技术中TFT-LCD占据了绝对主流。在此，我让大家认识一下TFT-LCD是如何将影像显示出来。1、液晶显示屏的基本构造图11、背光板：LCD的显像原理是靠液晶阻挡光线的分量达到控制明暗，所以必须要有光源才可能在屏幕上看到图像，所以背光板负责为液晶屏显像提供最基本的光源。2、下偏光板：背光板送出来的光线方向性不一致，呈放射状，如果这样的光线通过液晶分子的扭转，我们在屏幕上还是看不到正常的图像，看到的可能是白茫茫的一片，或者是花花绿绿的色块，而不会是我们想看到的图像。下面的偏光板承担了将光线的方向规范成一致后再送往液晶层的工作。3、薄膜基板：液晶分子的扭转角度是由TFT控制。4、液晶：这层液晶分子在TFT控制下发生扭转，达到将方向一致的光线通亮进行控制，从而在通往后面像素单元的光线明暗度发生了改变。5、彩色滤光片：如果你有幸关于20世纪80年代记忆的话，相信你会记得当时的黑白电视屏幕前经常会有一片彩色的塑料片片，安装上了这片塑料片后，黑白电视机似乎变成了彩色电视机，我们可以看到某些时候人的脸蛋变粉红了、嘴唇变红了、其他的景物都有了颜色，虽然有时候颜色并不符合实际。其实这片塑料片就是彩色滤色片（这个东西的发明者估计灵感来自液晶显示器）。 液晶本身没有颜色,所以用滤色片产生各种颜色,液晶屏中每个液晶子像素显示的颜色取决于色彩过滤器，而不是子像素, 背光源发出的是白色的光线，白色光线经过各种颜色的滤色片后，我们在滤色片后面可以看到与滤色片对应颜色的光线被传出，所以在液晶显示屏中，彩色滤色片的功能是上色，与CRT显示器的荧光粉功能对应。液晶子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰阶,只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制,大多数则采用数字信号控制技术。大部分数字控制的 LCD 都采用了 8 位控制器（也有的数字控制采用10位控制器），可以产生 256 级灰阶。每个子像素能够表现 256 级,那么你就能够得到 2563种色彩,每个像素能够表现 16,777,216 种成色，也就是我们常见的所谓1677.7216万色。因为人的眼睛对亮度的感觉并不是线性变化的,人眼对低亮度的变化更加敏感,所以这种 24 位的色度已经能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统一。6、上偏光板：原本方向一致光线经过了液晶层的扭转后又变得方向不一致，所以如果不把呈漫射状的光线再次规整，则在屏幕前看到的依然是白茫茫一片，被液晶扭转过了的光线并没有体现出来，所以必须在此将漫射光进行规整，使用一片与下偏光片偏光方向正交偏光片将经过液晶扭转的光心重新进行偏转，不同角度的光线经过上偏光板的亮度不同，所以我们可以在屏幕上可以看到明暗交替画面，因为被偏转的光线是经过了彩色滤色片的彩色光，所以我们在屏幕前可以看到我们需要的图像。具体原理如图2所示。图2图3 无上偏光板图4 有上偏光板与无上偏光板效果对比图5 加上偏光板的完整画面2、LCD的彩色成像原理LCD的彩色成像原理与CRT一样，还是通过红、绿、蓝三基色组成各种颜色。不同的是CRT通过高速电子束击打三基色荧光粉产生彩色光，LCD通过规律涂有三基色的滤色片后产生彩色。通过控制滤色片每个基色下的液晶分子是透过液晶分子的光线亮度发生变化，从而达到有不同亮度的基色模拟自然界的各种色彩。由于滤色片在上偏光板的下面，所以造成了LCD屏看成像有视角要求，不过这个问题现在已经解决的相当的好了。三基色组合成各种彩色的示意如图3。图63、LCD的成像质量关联如图7，我们可以知道彩色滤色片的基色排列有不一样。根据彩色滤色片基色的位置不一样，其下面对应液晶分子单元控制顺序必须作相应的更改，否则显示出来的图像只能是花屏。图7种的三种彩色滤色片基色排列中条形排列是最为简单的，因为基色排列简单成纵横线，所以控制起来相对简单，但是这种排列顺序的排列得到的图象并不完美，它可能出现显示的线条粗细不均匀，而且图像斜线面的锯齿现象严重。所以发展了马赛克排列状的绿色片，这种排列可以比较好地解决图像锯齿问题，但是这种排列顺序依然无法解决线条的精细显示问题，这种排列得到的图象线条可能有时正常，但是有时候却会粗细不一，所以戴尔形排列得彩色滤光片产生了，这种排列可以很好地解决锯齿、线条粗细均匀的问题，但是这种排列的液晶分子控制是最复杂的。图74、LCD的限制LCD屏幕的出现使显像屏幕实现了平板化，使便携设备品种得以快速发展，特别是娱乐设备。1、背光源与电能消耗：由于LCD屏幕显像原理的限制，也由于LCD屏幕的结构限制，我们在屏幕面前看到的图像亮度与背光源的亮度相去甚远，屏幕显示白屏的亮度大约是背光源亮度的10%，这就造成了很大的光源浪费，而且为了得到高亮度和高对比度的图像而必须加大背光源的光功率，这将使得电能的消耗变得异常的大，而且非常不利于便携设备的续航，而且这个能量消耗比例与屏幕尺寸成正比。虽然现在LCD的发展在不断地提高其光通率来尽量降低图像质量对背光源亮度的要求，但是总体效果还是不尽人意。2、显像效果差强人意：由于LCD屏幕的背光源从上电开始一直处于开启状态，屏幕对黑色的表现通过偏转液晶分子尽量阻挡光线的通过。但是液晶分子并不能完全阻隔光线的通过，所以我们如果向液晶屏送一幅黑色图像，我们在屏幕上看到的图像并不是全黑的图像，而是一幅灰色的画面，在晚上的时候尤其明显。虽然现在的液晶电视一般都采用PWM式的背光控制电路来控制背光亮度，在画面整体亮度比较暗的时候适当降低背光的亮度，这样可以达到节省电能消耗和适当提高图像的对比度，但是这只是一种这种得办法，对画面质量和其基本恒定的电能消耗没有根本解决。3、观众眩晕：由于液晶分子在接收到控制信号的时候不能瞬间作出响应，所以在现实运动的画面时由于液晶分子的滞后响应导致了图像的拖尾，观众看到的图像是似乎重影的图像，给人眩晕的感觉，此类现象在现实高速运动画面的时候最为突出，所以在液晶电视的卖场我们看到的演示画面都是经过处理的慢镜画面，这是厂家的一种营销手段。4、视角问题：其实这个问题在现在已经得到了相当好的改善，虽然还没有达到跟CRT一样的效果。Alvin Liu2009年12月23日写于深圳/twinz/LCD.htmLCD(液晶)显示屏的结构、原理在介绍液晶示器制造过程之前，我们先来了解一下液晶显示器的结构以及它的显示原理。1、定义：通常我们在数字式电子表与手提电脑上所看到的显示数字之玻璃薄片即称之为液晶显示器（Liquid Crysplay，简称LCD）。2、优点：平面型显示，体积小，重量轻，功耗低，驱动电压低，可用大规模集成电路直接驱动，可以在明亮的境下显示，不含有害射线等。3、种类：按显示方式,可分为透射型、反射型的投影显示三大类。按显示机理，可分为如下五种：TN（Twist Nematic）扭曲向列型HTN（High Twist Nematic）高扭曲向列型STN（Super Twist Nematic）超扭曲向列型FSTN（Film Super Twist Nematic）薄膜超扭曲向弄列型TFT（Thin-film Transistor）薄膜晶体管4、TN型、HTN型、STN型的优缺点及其实用范围类别TN型HTN型STN型优点容易制造视角范围较TN型宽视角范围宽价格低廉原料易得显示模式多样化原料易得制造难度一般实用范围广可实现高路驱动实用温度宽范围黑白显示效果良好缺点视角范围狭小对比度差制造工艺复杂，难度较大显示模式单一显示效果一般对原材料要求高只实用于低路数驱动，高路驱动对比度差不适合制造高路驱动LCD良率低，成本高实用范围实用于计算器、电话机等一般较低档的家用电子方面一般仪器、仪表较高档的仪器、仪表，各类电器、电子手表等5、液晶显示器的结构：液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充满液晶，四周用密封材料密封（一般为环氧树脂），盒的两个外侧贴有偏光片。液晶盒中上下玻璃片之间的间距，即通常所说人盒厚，一般为几个微米。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化铟、氧化锡（简称ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是由一薄层高分子有机物经摩擦处理来制备。在TN型显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的。这样，在垂直于下玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90，这就是扭曲向列型显示器名称由来。实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平行于玻璃表面，而是与其成一定的角度，这个角度称为预倾角，一般为1-2。液晶盒中玻璃片的两个外侧分别贴有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行或相互正交，且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。我们通常所见的多是反射型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏光片后还贴有一片反片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒的同一侧。6、液晶显示顺的工作原理：要了解液晶显示器的工作原理，我们首先要了解光。光是一种电磁波，即电磁场以波动形式传播。通常光是沿直线传播的，光波的振动方向垂直于光的传播方向。对自然光（如太阳光）来说，在垂直光传播方向的平面内，光波的振动方向是随机均匀分布的。如果光波振动方向是沿一个方向，这样的光称为线偏振光，这个振动方向称为偏振方向。偏振方向与光波的传播方向形成的平面称为偏振面。当自然光通过液晶盒的入射偏光片后，只剩下振动方向跟入射偏光片偏光轴相同的光，即面为线偏振光，偏振光经过液晶盒后再由偏光片射出。这样，光是否能通过偏光片，通过量的多少取决于线偏振光经过液晶盒后的偏状态。液晶显示器就是通过控制光通过液晶盒后的偏振状态，从而控制最后透过偏听偏光片的光、状态来实现显示的。具体来说，TN型液晶盒内液晶分子能形成一种扭曲结构主要是因为扭曲的螺距P（液晶分子扭曲360，所需的液晶层厚度）与液晶的折射率各向异性（nc-no=n）的乘积远大于可见光的波长2，则入射光的偏振面将顺着液晶分子扭曲方向旋转。液晶分子长轴90的旋光。当对两块玻璃片上的电极施加一定大小的电压后，液晶分子就转变为垂直于上下玻璃片排列，扭曲结构消失，导致旋光作用消失，这种电光效应就称为扭曲电场效应。对于白底黑字的液晶显示器，上下偏光片相互垂直，入射的自然光经入射偏听偏信光片后变成平面偏振光。液晶盒未加电压时，偏振光顺着分子的扭曲结构扭转90，振动方向变成和偏光片的偏光轴一致，因此可顺利通过偏光片。这时显示器呈透明状态，处于非显示状态。而当驱动电路将驱动的信号电压加至需要显示的相关电极时，该部分液晶分子扭曲结构消失，丧失了旋光功能。从入射偏光片出射人偏光偏振方向未经改变就到达偏光片。由于其偏振方向与偏光片光轴方向垂直，偏振光将无法透过偏光片。这样，该显示电极部分就变得不透明，呈现黑色，处于显示状态。当电压信号撤除以后，液晶分子受到定向层表面锚定的作用而恢复扭曲排列，显示器又变得透明。对于黑底白字的液晶显示器，上下偏光片的偏光轴方向相互平行，这样，在未加电压信号时显示器处于不透光的“暗”状态，加电压后为透明的“亮”状态。/blog/szjhdlcm/article/b0-i7745895.html目前世面上有众多种液晶显示块，本文就相应的液晶显示原理作一些介绍。关键词：TN STN DSTN TFT 常见的液晶显示器按物理结构分为四种： （1）扭曲向列型（TNTwisted Nematic）； （2）超扭曲向列型（STNSuper TN）； （3）双层超扭曲向列型（DSTNDual Scan Tortuosity Nomograph）； （4）薄膜晶体管型（TFTThin Film Transistor）。 其中TNLCD、STNLCD和DSYNLCD的基本显示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STNLCD的液晶分子扭曲角度为180度甚至270度。而TFTLCD则采用与TN系列LCD截然不同的显示方式。 其具体工作原理见下：、扭曲向列型（TNTwisted Nematic）显示原理 TN型采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以TN型为基础来进行改良。而且，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。 -在不加电场的情况下，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90度。在离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，所以光线能顺利通过，使整个电极面呈光亮。 -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。液晶层也因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，这样电极面就呈现黑暗的状态。 TN型的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。如果电场未形成，光线就会顺利的从偏光板射入，液晶分子将其行进方向旋转，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样得到光暗对比的现象，就叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。电子领域中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理制成的。、超扭曲向列型（STNSuper TN）显示原理 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90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。必须在这里指出的是，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液晶显示器由于液晶材料的关系，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（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、黄、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，亦可以在一定程度上弥补对比度不足的情况。、双层超扭曲向列型（DSTNDual Scan Tortuosity Nomograph）显示原理DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏，从而达到完成显示目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器（STN）发展而来的。由于DSTN采用双扫描技术，因此显示效果相对STN来说，有大幅度提高。笔记本电脑刚出现时主要是使用STN，其后是DSTN。STN和DSTN的反应时间都较慢，一般约为300ms左右。从液晶显示原理来看，STN的原理是通过电场改变原为180度以上扭曲的液晶分子的排列，达到改变旋光状态的目的。外加电场则通过逐行扫描的方式改变电场，因此在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程都较慢，这样就会产生余辉现象。用户能感觉到拖尾（余辉）现象，也就是一般俗称的“伪彩”。由于DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度都不能独立控制，造成其显示效果欠佳。由这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度都比较差、屏幕观察范围也较小、色彩不够丰富，特别是反应速度慢，不适于高速全动图像、视频播放等应用。一般只用于文字、表格和静态图像处理，但是它结构简单并且价格相对低廉，耗能也比TFT-LCD少，而视角小也可以通过防止窥视屏幕内容达到保密作用，结构简单也减小整机体积和重量。由于DSTN显示屏上的像素信息是由屏幕左右两侧的一整行晶体管控制下的像素来显示，而且每个像素点不能自身发光，是无源像点。所以反应速度不快，屏幕刷新后更可能留下幻影，其对比度和亮度也比较低，看到的图像要比CRT显示器里的暗得多。而HPA则被称为高性能定址或快速DSTN 。它是DSTN的改良型，能提供比DSTN更快的反应时间、更高的对比度和更大的视角。再加上它具有与DSTN相近的成本。、薄膜晶体管型（TFTThin Film Transistor）显示原理 TFT型的液晶显示器较为复杂，主要是由：萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等构成。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就会改变穿透液晶的光线角度，然后这些光线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，这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了。TFT-LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制的，它们是有源像素点。因此，不但反应时间可以极大地加快，起码可以到80ms左右；对比度和亮度也大大提高了；同时分辨率也得到了空前的提升。因为它具有更高的对比度和更丰富的色彩，荧屏更新频率也更快，所以我们称之为“真彩”。与DSTN相比，TFT的主要特点是在每个像素配置一个半导体开关器件，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接控制，使得每个节点相对独立，并可以连续控制。这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上也可以做到非常精确，这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一，TFT-LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度都较高、屏幕可视角度大、色彩丰富、分辨率高等等特点，克服了两者的原有的许多缺点，在有源矩阵LCD中，除了TFT-LCD外，还有一种黑矩阵LCD。它是当前的高品质显示技术产品。它的原理是将有源矩阵技术与特殊镀膜技术相结合，既可以充分利用LCD的有源显示特点，又可以利用特殊镀膜技术，在减少背景光泄漏、增加屏幕黑度、提高对比度的作用，并可以同时减小在日常明亮工作环境下的眩光现象。 LCD部分专业术语解释 LCD Liquid Crystal Display 液晶显示 LCM Liquid Crystal Module 液晶模块 TN Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏转90 STN Super Twisted Nematic 超级扭曲向列。约180270扭曲向列 FSTN Formulated Super Twisted Nematic 格式化超级扭曲向列。一层光程补偿片加于STN，用于单色显