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液晶顯示器生產技術

摘要

英文名為Liquid Crystal,縮寫為LCD。其主要原理是用電流激勵液晶分子產生點、線、面,配合背光燈形成畫面。

液晶顯示器的特點:

壹、機身薄,節省空間:相比笨重的CRT顯示器,LCD顯示器只需要前者三分之壹的空間。

二、省電,無高溫:是低功耗產品,可以完全不發熱,而CRT顯示器由於成像技術的原因,不可避免的會產生高溫。

三、無輻射,有益健康:液晶顯示器完全無輻射,對於整天在電腦前工作的人來說是福音。

四、畫面柔和不傷眼:與CRT技術不同,LCD的畫面不會閃爍,可以減少顯示器對眼睛的傷害,眼睛不容易疲勞。

液晶顯示綠色環保,能耗相比傳統CRT簡直太小;逐漸引起人們關註的噪音汙染與之無關,因為它本身的工作特性決定了它不會產生噪音(這裏不考慮用戶在使用電腦時喜歡有節奏地敲打顯示器發出的噪音);液晶顯示器的另壹個優點是發熱量比較低,長時間使用也不會有燙手的感覺,這是以前顯示器無法比擬的。以前的顯示器很珍貴,尤其是夏天,家裏的空調和電風扇都得為它服務,給它降溫。液晶顯示器的使用無形中降低了大氣的溫度,也有助於防止大氣溫度上升。同時,減少輻射和環境汙染。當然環保也不會失去輻射這個指標。雖然不能說LCD完全沒有輻射,但是和CRT相比,LCD的那點輻射可以忽略不計。

現在的時代其實是模擬時代,未來的時代從現在的發展趨勢來看是數字時代。智能顯示操作、數字控制和數字顯示是未來顯示器的必要條件。隨著數字時代的到來,數字技術將完全取代模擬技術,液晶顯示器也將很快完全取代目前的模擬CRT顯示器。

但另壹方面,現在LCD的數字接口並不普及,離應用領域還很遠。從理論上講,LCD是純數字設備,與電腦主機的連接也應該采用數字接口。采用數字接口的優勢不言而喻。首先,可以減少模數轉換過程中的信號損失和幹擾;減少相應的轉換電路和元件;其次,不需要調整時鐘頻率和向量。

但目前市場上大部分液晶顯示器的接口都是模擬接口,存在傳輸信號易受幹擾、顯示器中需要增加模數轉換電路、無法升級為數字接口等問題。此外,為了避免像素閃爍,時鐘頻率和矢量必須與模擬信號完全壹致。

另外,LCD的數字接口還沒有形成統壹的標準,市場上帶數字輸出的顯卡也不多見。這樣就很難充分發揮LCD的關鍵優勢。

這個問題可能不太好理解。我們舉個例子說明壹下。用過液晶顯示器的人都知道,液晶顯示器容易出現圖像拖尾。

響應時間是液晶顯示器的壹項特殊指標。液晶顯示器的響應時間是指顯示器的每個像素對輸入信號做出反應的速度。如果響應時間短,則在顯示運動畫面時不會出現圖像拖尾現象。這在玩遊戲和看快速移動的圖像時非常重要。足夠快的響應時間可以保證畫面的連續性。目前市面上普通液晶顯示器的響應時間相比以前有了很大的突破,壹般在40 ms左右,但是隨著技術的發展,LCD和CRT的差距已經逐漸被彌補。美格科技的壹款新高亮液晶,響應時間縮短到了20ms,但是美格的貨不錯,價格也不錯,價格比普通液晶高幾百元。但是,即使是20ms的Meg也是目前幾乎任何CRT都比不上的。

因此,如果妳喜歡玩3D遊戲和觀看激烈的電影,液晶顯示器可能會因為反應時間慢而阻礙妳。

從外觀上看,液晶顯示器輕薄超薄。與傳統球形顯示器相比,其厚度和體積僅為CRT顯示器的壹半(例如宏碁的FP581,厚度甚至小於普通CRT顯示器的1/5),大大減少了占用空間。

香港和東京擁有世界上最高的液晶顯示器普及率。去年,香港液晶顯示器的出貨量占顯示器總出貨量的70%。不難發現,這些地方大多繁華、擁擠,生活水平高,寫字樓、金融大廈多。在這些地方,是寸土寸金。顯示器節省的空間的土地價格遠高於LCD和CRT的價格差。目前,中國大陸壹些大城市的繁華地區也在向這個方向發展。

這個問題其實是關於妳使用顯示器的問題。眾所周知,由於液晶分子自身無法發光,液晶顯示器需要依靠外部光源輔助發光。壹般來說140流明每平米就夠了。壹些廠家的參數標準和實際標準還是有差距的。這裏要說明壹下,以前壹些小尺寸的液晶顯示器主要用在筆記本電腦上,兩個燈調節,亮度和對比度都不是很好。而主流的臺式液晶顯示器亮度壹般能達到250流明到400流明,已經逐漸接近CRT的水平。

對於大多數人來說,如果妳把CRT和LCD放在壹起,妳很容易分辨出LCD和普通CRT在亮度、對比度、色彩飽和度上的區別,但是在壹般的使用中,這壹點點區別並不會影響妳的工作。

但是對於專業美工等要求色彩準確的工作來說,LCD並不能完全滿足他們的工作要求。

液晶按結構分類。

普通的液晶顯示器根據其物理結構分為四種類型:

(1)扭曲向列型;

(2)超扭曲向列型(STN-Super TN);

(3)DSTN-雙掃描扭轉無圖形;

(4)TFT-薄膜晶體管。

1.TN型采用了液晶顯示器中最基礎的顯示技術,其他類型的液晶顯示器也是在TN型的基礎上改進而來。而且它的工作原理也比其他技術簡單。請參考下圖。圖中顯示的是TN液晶顯示器的簡單結構圖,包括垂直和水平偏振片、帶有細線和凹槽的配向膜、液晶材料和導電玻璃基板。

2.2的顯示原理。STN類似於TN。不同的是TN扭曲向列場效應液晶分子旋轉入射光90度,而STN超扭曲向列場效應旋轉入射光180 ~ 270度。

3.DSTN通過雙掃描掃描扭曲向列液晶顯示屏,從而達到顯示的目的。DSTN是從超扭曲向列相顯示器(STN)發展而來的。由於DSTN采用雙掃描技術,顯示效果相比STN有很大提升。

4.TFT LCD比較復雜,主要由熒光燈管、導光板、偏振片、濾光片、玻璃基板、取向膜、液晶材料、薄型晶體管等組成。首先,液晶顯示器首先要使用背光,也就是熒光燈管投射光源,光源會通過壹個偏振片,再通過液晶顯示器。這時液晶分子的排列會改變光線通過液晶的角度,然後這些光線就必須通過前面的彩色濾光膜和另壹個偏振片。因此,我們只需要改變施加在液晶上的電壓,就可以控制最終的光強和顏色,從而在液晶面板上改變不同色調的顏色組合。是目前主流液晶顯示器的面板。

顯示原理

(壹)液晶的物理特性

液晶的物理特性是:通電時導電,排列變得有序,便於光線通過;沒有電的時候,排列混亂,阻礙光線通過。讓液晶阻擋或者讓光像閘門壹樣通過。從技術上來說,液晶面板包含兩塊相當精致的無鈉玻璃材料,稱為基板,中間夾著壹層液晶。當光束通過這層液晶時,液晶本身會成排站立或不規則扭曲,從而阻擋或使光束順利通過。大部分液晶屬於有機化合物,由長棒狀分子組成。在自然狀態下,這些棒狀分子的長軸大致平行。把液晶倒進壹個加工好的凹槽平面,液晶分子會沿著凹槽排列,所以如果那些凹槽非常平行,那麽分子也是完全平行的。

(2)單色液晶的原理。

LCD技術是把液晶倒在兩個有細槽的平面之間。這兩個平面上的凹槽相互垂直(相交90度)。也就是說,如果壹個平面上的分子按南北方向排列,另壹個平面上的分子按東西方向排列,位於兩個平面之間的分子就被迫處於90度扭曲狀態。因為光是沿著分子的排列方向傳播的,所以在通過液晶時也是扭曲90度的。然而,當液晶上施加電壓時,分子會垂直重排,這樣光就可以直接發出,沒有任何扭轉。

LCD依靠偏振濾光器(片)和光本身。自然光隨機向四面八方散射。偏振濾光片實際上是壹系列越來越細的平行線。這些線形成了壹張網,擋住了所有不平行於這些線的光線。偏振濾光片的線正好垂直於第壹個,所以可以完全阻擋偏振光。只有當兩個濾光片的線完全平行,或者光本身已經扭曲到與第二個偏振濾光片相匹配,光才能穿透。

LCD就是由這兩個相互垂直的偏振濾光片組成的,所以在正常情況下,它應該會阻擋所有試圖穿透的光線。但由於扭曲液晶填充在兩個濾光片之間,光線通過第壹個濾光片後,會被液晶分子扭曲90度,最終通過第二個濾光片。另壹方面,如果給液晶施加電壓,分子會重新排列,完全平行,這樣光就不再扭曲,所以只是被第二個濾光片擋住了。總之,權力會擋住光,沒有權力會讓光射出去。

然而,可以改變LCD中液晶的排列,使得通電時發光,斷電時被阻擋。但由於電腦屏幕幾乎壹直開著,只有“通電擋光”的方案才能達到最節能的目的。

從LCD的結構來看,無論是筆記本電腦還是臺式機系統,使用的液晶屏都是由不同部分組成的分層結構。液晶顯示器由兩塊厚度約為1mm的玻璃板組成,玻璃板之間均勻間隔5μm,內含液晶(LC)材料。因為液晶材料本身不發光,所以顯示屏兩側有燈作為光源,液晶顯示屏背面有背光板(甚至是導光板)和反光膜。背光板由熒光物質制成,可以發光,主要作用是提供均勻的背景光源。背光板發出的光通過第壹偏振濾光層後進入含有數千個晶體液滴的液晶層。液晶層中的晶體液滴全部包含在精細的單元結構中,壹個或多個單元構成屏幕上的壹個像素。在玻璃板和液晶材料之間是透明電極,它們被分成行和列。在行和列的交叉處,通過改變電壓來改變液晶的旋光狀態,液晶材料的作用就像壹個小的光閥。在液晶材料周圍是控制電路部分和驅動電路部分。當液晶顯示器中的電極產生電場時,液晶分子會發生扭曲,使得通過其中的光線發生有規律的折射,再經過第二層濾光層的濾光後顯示在屏幕上。

(3)彩色液晶顯示器的工作原理。

對於需要在筆記本電腦或臺式液晶顯示器中使用的更復雜的彩色顯示器,也需要有專門用於彩色顯示的彩色濾光層。通常,在彩色LCD面板中,每個像素由三個液晶單元組成,每個液晶單元前面都有紅色、綠色或藍色濾光片。這樣就可以通過不同細胞的光在屏幕上顯示不同的顏色。

LCD克服了CRT體積龐大、功耗大、閃爍等缺點,但也帶來了成本高、可視角度差、色彩顯示不理想等問題。CRT顯示器可以選擇壹系列分辨率,並可以根據屏幕要求進行調整,但LCD屏幕只包含固定數量的液晶單元,整個屏幕只能使用壹種分辨率(每個單元為壹個像素)。

CRT通常有三個電子槍,發射的電子流必須精確集中,否則無法獲得清晰的圖像顯示。然而,在LCD中不存在聚焦問題,因為每個液晶單元是單獨打開和關閉的。這就是為什麽同樣的畫面在液晶屏上如此清晰的原因。液晶顯示器不必關心刷新頻率和閃爍,液晶單元不是開就是關,所以在40 ~ 60hz這樣低的刷新頻率下顯示的圖像不會比在75Hz下顯示的圖像閃爍得更多。但是,液晶屏的液晶盒容易出現缺陷。對於1024×768的屏幕,每個像素由三個單元組成,分別負責紅、綠、藍的顯示。因此,總共需要約240萬個單元(1024× 768× 3 = 2359296)。很難保證所有這些單元都完好無損。最有可能的是,它們中的壹些已經短路(帶有“亮點”)或斷開(帶有“黑點”)。所以沒有貴到顯示產品不會有缺陷。

LCD屏幕包含了壹些CRT技術中沒有用到的東西。屏幕的光源是纏繞在屏幕後面的陰極熒光燈。有時候,妳會在屏幕的某壹部分發現壹條異常明亮的線。也可能有壹些不雅的條紋,壹個特殊的亮或暗的圖像會影響相鄰的顯示區域。此外,壹些相當精確的圖案(如抖動圖像)可能會在液晶屏上出現難看的波紋或幹擾線。

現在,幾乎所有用於筆記本或臺式機系統的LCD都使用薄膜晶體管(TFT)來激活液晶層中的單元。TFT LCD技術可以顯示更清晰、更明亮的圖像。早期的LCD是壹種無源發光器件,速度低,效率差,對比度小。雖然可以顯示清晰的字符,但在快速顯示圖像時經常會產生陰影,影響視頻的顯示效果。所以只用於需要黑白顯示的掌上電腦、尋呼機或手機。

隨著科技的飛速發展,液晶技術也在發展進步。目前,各大液晶顯示廠商都加大了對液晶的研發費用,力求突破液晶的技術瓶頸,進壹步加快液晶顯示的產業化進程,降低生產成本,達到用戶可以接受的價格水平。

4)液晶顯示器的應用和新技術。

(1)由TFT有源像素驅動。

為了創建更好的畫面結構,新技術由獨特的TFT有源像素驅動。眾所周知,在極其復雜的液晶屏幕中,除了液晶之外,最重要的部件就是直接關系到液晶顯示器亮度的背光屏幕和負責產生色彩的彩色濾光片。在每個LCD像素上加入有源像素進行點對點控制,使得顯示屏與整個CRT顯示屏有很大的不同。這種控制方式在顯示精度上會比之前的控制方式高很多,所以在CRT顯示屏會議上畫質很差,色彩滲透和抖動很嚴重,但是在采用新技術的LCD顯示屏上觀看,畫質還是挺賞心悅目的。

(2)利用彩色濾光片的制造工藝,創造出豐富多彩的畫面。

在濾色器本體成型之前,先對構成濾色器本體的材料進行染色,然後通過充膜制成濾色器本體。這個過程需要很高的制造水平。但與其他普通液晶屏相比,該類型制作的LCD在分辨率、色彩特性、使用壽命等方面都有著優異的表現。從而使LCD能夠在高分辨率環境下產生彩色圖像。

(3)低反射液晶顯示技術

眾所周知,外界光線對液晶屏的幹擾很大。當外部光線很強時,壹些液晶屏會因為其表面的玻璃板反射而幹擾其正常顯示。所以在壹些明亮的室外公共場所使用時,其性能和可觀察性會大大降低。目前很多液晶顯示器即使分辨率再高,反射技術也沒有處理好,對於實際應用來說並不實用。單純依靠壹些純粹的數據,其實是壹種有偏差的行為來引導用戶。新液晶顯示器采用的“低反射液晶屏”技術是在液晶屏的最外層塗上抗反射塗層技術(AR coat)。通過這種塗層,液晶屏的光澤度、透光率、分辨率和抗反射性都得到了更好的改善。

(4)先進的“連續晶體矽”液晶顯示模式。

在壹些液晶產品中,觀看動態電影時,畫面會有延遲,這是由於整個液晶屏的像素反應速度不夠造成的。新技術LCD為了提高像素反應速度,采用了最先進的Si TFT液晶顯示模式,比老液晶屏快600倍,效果真的是無與倫比。先進的“連續晶體矽”技術采用特殊的制造方法,以通常600倍的速度移動原來的非晶透明矽電極,從而大大加快了液晶屏的像素反應速度,減少畫面延遲。

現在,低溫多晶矽技術和反射式液晶材料的研究已經進入應用階段,這也將使LCD的發展進入壹個全新的時代。隨著液晶顯示器的不斷發展,其他平板顯示器也在進步。等離子體顯示(PDP)、電致發光陣列顯示(FED)和發光聚合物顯示(LEP)技術將在未來掀起平板顯示的新浪潮。其中最值得關註和看好的是場顯示,它比液晶顯示有很多更好的性能...但是,可以斷定的是,LCD顯示技術已經進入了壹個新的時代,並且作為另壹種顯示產品的新生力量,它們將很可能取代CRT顯示器。

LCD(液晶顯示器(LCD)是由液晶制成的顯示器。液晶是介於固體和液體之間的有機化合物。加熱時會變成透明的液體,冷卻後會變成結晶渾濁的固體。在電機的作用下,忽冷忽熱,影響其透光率,達到明暗相間的效果。

常見的液晶顯示器分為TN-LCD、STN-LCD、DSTN-LCD和TFT-LCD。其中,TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD的顯示原理相同,只是液晶分子的扭曲角度不同。

TN-LCD:(扭曲向列型)液晶分子的扭曲角度為90度。

STN: (Super TN)其S表示超級,即液晶分子的扭曲角度增大,為180度或270度,從而達到更好的顯示效果(由於對比度增大)。

DSTN:(雙層STN)它的D是雙層的意思,所以比STN好。因為DSTN的顯示面板結構比TN和STN更復雜,所以顯示質量更細膩。

Tft:(薄膜晶體管)是壹種新的液晶制造工藝。

LCD液晶顯示器廣泛應用於工業控制,特別是壹些機器的人機,復雜控制設備的面板,醫療儀器的顯示等。我在工控和儀器儀表中經常用到的LCD液晶顯示器的分辨率有:320x240,640x480,800x640,1024x768及以上。常用的尺寸有3.9”、4.0”、5.0”、5.5”、5.6”、5.7”、6”。10.4”、12.3”、15”、17”20”、甚至50”YIS現在。顏色有黑白、假彩色、512彩色、16彩色、24位彩色等等。

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