液晶及其顯示原理
液晶是液晶顯示的功能材料,它是一種分子排列具有一定規(guī)則性的“液態(tài)晶體”,簡稱為“液晶”。液晶是一種有機(jī)化合物,在熔化過程中首先呈不透明的混濁液體,繼續(xù)加熱成為透明的液體。液晶具有與晶體相似的性質(zhì),如具有光學(xué)各向異性、介電和介磁各向異性及電學(xué)特性等,同時又具有液體的流動性。如果要改變固態(tài)晶體,必須旋轉(zhuǎn)整個晶體;而液態(tài)晶體不同,液晶分子的極化方向可由電場或磁場來控制。
根據(jù)液晶形成的條件和組成,液晶可以分為熱致液晶和溶致液晶兩大類,前者液晶相曲溫度變化所致,后者則由符合一定結(jié)構(gòu)要求的化合物與溶劑所組成。熱致液晶又分為近晶相(Smectic)、向列相( Nematic)和膽甾相(CholeSTeric ),如圖1所示。
近晶型也稱為脂狀型夕向列型也稱為棒(絲)狀,膽甾型也稱為類醇狀。在扭曲向列顯示(TN-LCD)、超扭曲向列顯示(STN-LCD )和有源矩陣顯示( AM-LCD )中,均采用向列相(即棒狀或絲狀)液晶。除了薄膜晶體管(TFT)陣列之外,TN-LCD、STN-LCD 和TFT-LCD都采用相似的制作工藝。圖2所為TN-LCD盒的結(jié)構(gòu)。
圖1熱致液晶分子排列示意圖
圖2TN-LCD盒結(jié)構(gòu)
TN-LCD的顯示原理如3所示。
TN-LCD的上、下兩個玻璃片的摩擦方向相差90°(正交),當(dāng)自然光通過上偏振片后變成線性偏振光,并且偏振光的振勸方向與偏振片的偏振方向一致,同時也與上玻璃基片附近的液晶分子排列方向一致。當(dāng)通過上偏振片的光進(jìn)入液晶層后,由于液晶的折射率n0≠ne,線性偏振光分解成O光和E光夕其傳播速度不同,但相位相同,因而在任一瞬間O光和E光合成的結(jié)果是使偏振光的振動方向發(fā)生了變化,通過液晶層的光也被逐漸扭曲了。曲于TN-LCD邊界條件的限制,當(dāng)光線到達(dá)下偏振片時,其光軸振動方向被扭曲了90°,與下偏振片的偏振方向一致,困而光線可以通過下偏振片而成為亮場。當(dāng)施加電壓后,液壓分子在電場作用下取向,扭曲結(jié)構(gòu)消失,通過上偏振片的線偏振光進(jìn)入液晶層后不再旋轉(zhuǎn),因而不能通過下偏振片,形成暗場。這種顯示方式的電光響應(yīng)特性曲線如圖4所示。
在圖4中,V90稱為門限電壓。V10/ V90之比值稱為門限電壓值銳度,該比值越小,掃、描線數(shù)越多。但當(dāng)購V10/V90值太小使掃描線數(shù)增加太多時,LCD的視角和對比度明顯變差。
圖3 TN-LCD 顯示原理
圖4 正顯示TN-LCD電光響應(yīng)特性曲線
STN-LCD與TN-LCD的顯示原理相同,只是它將液晶與入射光線扭曲角從 90°增大到180°~270°。TN-LCD通常只有明暗兩種變化,而STN-LCD顯示器則以淡綠色和橙色為主。只要在STN-LCD fi示器上加上一彩色濾光片,并將單色顯示矩陣中的每一像素分成三個子像素,分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三基色,就可以顯示出色彩了。
TFT-LCD采用“背透”與“反射”相結(jié)合和“有源矩陣”驅(qū)動方式,其發(fā)光原理如圖5所示。
圖5 TFT-LCD發(fā)光原理
在TFT-LCD有源矩陣中,TFT透明電極矩陣制作在下玻璃板上,上玻璃板是濾光板,液晶材料夾在兩塊玻璃板之間,向列相液晶分子長軸在上、下玻璃板之間扭曲90°,玻璃板夾在兩個偏振片之間,整個結(jié)構(gòu)的功能如同一個電壓控制的光瀾。
LCD 的主要特點是功耗低、重量輕、超薄、超精細(xì)、圖像逼真、層次豐富、畫質(zhì)細(xì)膩、立體感強(qiáng)、無閃爍、無輻射和可減輕人們的視覺疲勞,因此成為一種非常重要的平板顯示器,在手表、計算器、游蛾機(jī)、測量儀器、汽車儀表、文字處理機(jī)、PC(個入電腦)、移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、計算機(jī)顯示器和液晶電視等產(chǎn)品中得到了非常廣泛的應(yīng)用。
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