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    LCD基根源理

    发布于:2015-4-6 5:07:19       阅读:    分类:术语分析

    液晶显示器泛指一大堆哄骗液晶所缔造出来的显示器 .  目前日对液晶显示器这个名称 ,  人人是指使用于笔记型策动机 ,  或是桌上型策动机应用方面的显示器 .  也就是薄膜晶体管液晶显示器 .  其英文名称为 Thin-film transistor liquid crystal display,  简称之 TFT LCD.  从它的英文名称中我们可以解析 ,  这一种显示器它的构成主要有两个特征 ,  一个是薄膜晶体管 ,  另一个就是液晶本身 .  我们先谈谈液晶本身 .  液晶 (LC, liquid crystal) 的分类  

         我们一般都认为物质像水一样都有三态 ,分别是固态液态跟气态 . 其实物质的三态是针对水而言 ,  对于各异的物质 ,  可能有其它各异的状况糊口 .  以我们要谈到的液晶态而言 ,  它是介于固体跟液体之间的一种状况 ,  其实这种状况仅是材料的一种相革新的进程 ( 请睹图 1),  只要材料具有上述的进程 ,  即在固态及液态间有此一状况糊口 ,  物理学家便称之为液态晶体 .  



         这种液态晶体的首次发觉 ,  距今已经度过一百众个年初了 .  在公元 1888 年 ,  被奥地利的植物学家 Friedrich Reinitzer 所发觉 ,  其在观察从植物平分离精制出的止息香酸胆固醇 (cholesteryl benzoate)  的融解作为时发觉 ,  此化合物加热至 145.5 度℃时 ,  固解析融化 , 真切一种介于固相和液相间之半熔融举措白浊状液体 .  这种状况会无间拥护温度升高到 178.5 度℃ ,  才变成明了的等方性液态 (isotropic liquid).  隔年 ,  在 1889 年 ,  商量相打算及热力学平衡的德国物理学家 O.Lehmann,  对此化合物作更严紧的明晰 .  他在偏光显微镜下发觉 ,  此黏稠之半举措性白浊液体化合物 , 具有异方性结晶所特有的双折射率 (birefringence) 之光学特征 ,  即光学异相性 (optical anisotropic).  故将这种似晶体的液体命名为液晶 .  此后 ,  科学家将此一新发觉的特征 ,  称为物质的第四态 - 液晶 (liquid crystal).  它在某一特定温度的规模内 ,  会具有同时液体及固体的特征 .  一般以水而言 ,  固体中的晶格因为加热 ,  起始吸热而破坏晶格 ,  当温度超越熔点时便会融化变成液体 .  而热致型液晶则不一样 ( 请睹图 2),  当其固态受热后 ,  并不会直接变成液态 ,  会先融化变成液晶态 .  当您持续加热时 ,  才会再融化成液态 ( 等方性液态 ).  这就是所谓二次融化的事态 .  而液晶态顾名思义 ,  它会有固态的晶格 , 及液态的举措性 .  当液态晶体刚发觉时 ,  因为种类很众 ,  所以各异商量范畴的人对液晶会有各异的分类措施 .  在 1922 年由 G. Friedel 哄骗偏光显微镜所观察到的收成 ,  将液晶大致分为 Nematic Smectic 及Cholesteric 三类 .  但是假如是依分子排列的有序性来分 ( 请睹图 3),  则可以分成以下四类 :   

      

        1. 层状液晶 (Sematic) : 

         其机关是由液晶棒状分子蚁合一同 ,  变成一层一层的机关 .  其每一层的分子的长轴目标相互平行 .  且此长轴的目标对于每一层平面是垂直或有一倾斜角 .  因为其机关分外近似于晶体 ,  所以又称做近晶相 .  其秩序参数 S(order parameter) 趋近于 1.  在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂  , 所以层与层间较易滑动 .  但是每一层内的分子键结较强 ,  所以不易被打断 .  因此就单层来看 ,  其排列不仅有序且黏性较大 .  假如我们哄骗巨观的事态来描述液晶的物理特征的话 ,  我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定为指向矢 (director),  这就是这一群区域性的液晶分子平均目标 .  而以层状液晶来说 ,  因为其液晶分子会变成层状的机关 ,  因此又可就其指向矢的各异再分类出各异的层状液晶 .  当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话 ,  就称之为 "Sematic A phase".  假如液晶分子的长轴站立目标有某种的倾斜 (tilt) 角度 , 就称之为 "Sematic C phase".  以 A,C 等字母来命名 ,  这是依照发觉的先后次第来称呼 ,  依此类推 ,  应该会糊口有一个 "Sematic B phase" 才是 .  不事后来发觉 B phase 其实是 C phase 的一种变形而已 ,  原因是 C phase 假如带 chiral 的机关就是 B phase.  也就是说 Chiral sematic C phase 就是 Sematic B phase( 请睹图 4).  而其机关中的一层一层液晶分子 ,  除了每一层的液晶分子都具有倾斜角度之外 ,  一层一层之间的倾斜角度还会变成像螺旋的机关 .   


        2. 线状液晶 (Nematic) : 

         Nematic 这个字是希腊字 ,  代表的意思与英文的 thread 是一样的 .  主若是因为用肉眼观察这种液晶时 ,  看起来会有像丝线一般的图样 .  这种液晶分子在空间上具有一维的顺序性排列 ,  总共棒状液晶分子长轴会挑选某一特定目标 ( 也就是指向矢 ) 作为主轴并相互平行排列 .  而且不像层状液晶一样具有分层机关 .  与层列型液晶比较其排列比较无秩序 ,  也就是其秩序参数 S 较层状型液晶较小 .  另外其黏度较小 ,  所以较易举措 ( 它的举措性主要来自对于分子长轴目标较易自由运动 ) 。线状液晶就是现在的 TFT 液晶显示器常用的 TN(Twisted nematic) 型液晶 . 

        3. 胆固醇液晶 (cholesteric) : 

         这个名字的来源 , 是因为它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的 .  但有些没有胆固醇机关的液晶也会具有此液晶相 .  这种液晶如图 5 所示 ,  假如把它的一层一层分开来看 ,  会很像线状液晶 .  但是在 Z 轴目标来看 ,  会发觉它的指向矢会随着一层一层的各异而像螺旋状一样分布 ,  而当其指向矢旋绕 360 度所需的分子层厚度就称为 pitch.  正因为它每一层跟线状液晶很像 , 所以也叫做 Chiral nematic phase.  以胆固醇液晶而言 ,  与指向矢的垂直目标分布的液晶分子 ,  因为其指向矢的各异 ,  就会有各异的光学或是电学的差异 ,  也因此培养了各异的特征 .  

      4. 碟状液晶 (disk) : 

         也称为柱状液晶 ,  以一个个的液晶来说 ,  它是长的像碟状 (disk),  但是其排列就像是柱状 (discoid).  

         假如我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶 (polymer liquid crystal,  集中许众液晶分子而成 ) 与低分子液晶两种 .  就此种分类来说  TFT 液晶显示器是属于低分子液晶的应用 .  倘若就液晶态的变成原因 ,  则可以分成因为温度变成液晶态的热致型液晶 (thermotropic), 与因为浓度而变成液晶态的溶致型液晶 (lyotropic).  以之前所提过的分类来说 ,  层状液晶与线状液晶一般众为热致型的液晶 ,  是随着温度革新而变成液晶态 .  而对于溶致型的液晶 ,  需求切磋分子溶于溶剂中的状况 .  当浓度很低时 ,  分子便杂沓的分布于溶剂中而变成等方性的溶液 ,  不过当浓度升高大于某一临界浓度时 ,  因为分子已没有饱满的空间来变成杂沓的分布 ,  部份分子起始蚁合变成较顺序的排列 ,  以削弱空间的暂息 .  因此变成异方性 (anisotropic) 之溶液 .  所以溶致型液晶的产生就是液晶分子在恰当溶剂中   达到某一临界浓度时 , 便会变成液晶态 .  溶致型的液晶有一个最好的例子 , 就是肥皂 .  当肥皂泡在水中并不会立刻便成液态 ,  而其在水中泡久了之后 ,  所变成的乳白状物质 ,  就是它的液晶态 . 

    液晶的光电特征
     
         因为液晶分子的机关为异方性  (Anisotropic) ,所以所引起的光电效应就会因为目标各异而有所差异,简单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特征都具有异方性,因而我们可以哄骗这些特征来厘革入射光的强度 ,  以便变成灰阶 ,  来应用于显示器组件上 .  以下我们要议论的 ,  是液晶属于光学跟电学关连的特征 ,  大约有以下几项 : 

    1. 介电系数ε (dielectric permittivity) : 

         我们可以将介电系数分开成两个目标的分量 ,  分别是ε // ( 与指向矢平行的分量 ) 与ε⊥ ( 与指向矢垂直的分量 ).  当ε // > ε⊥   便称之为介电系数异方性为正型的液晶 ,  可以用在平行配位 .  而ε // < ε⊥   则称之为介电系数异方性为负型的液晶 ,  只可用在垂直配位手艺有所需求的光电效应 .  当有外加电场时,液晶分子会因介电系数异方性为正或是负值,来决议液晶分子的转向是平行或是垂直于电场 ,  来决议光的穿透与否。现在 TFT LCD 上常用的 TN 型液晶人人是属于介电系数正型的液晶 .  当介电系数异方性Δε (= ε //- ε⊥ ) 越大的时候 ,  则液晶的临界电压 (threshold voltage) 就会越小 .  如许一来液晶便可以在较低的电压操作 .  

    2. 折射系数 (refractive index) : 

          因为液晶分子人人由棒状或是碟状分子所变成,因此跟分子长轴平行或垂直目标上的物理特征会有一些差异,所以液晶分子也被称做是异方性晶体。与介电系数一样 ,  折射系数也依照跟指向矢垂直与平行的目标 ,  分成两个目标的向量 .  分别为 n //  与 n ⊥ .  

         此外对单光轴 (uniaxial) 的晶体来说 ,  原本就有两个各异折射系数的定义 .  一个为 no , 它是指对于 ordinary ray 的折射系数 ,  所以才简写成 no . 而 ordinary ray 是指其光波的电场分量是垂直于光轴的称之 .  另一个则是 ne , 它是指对于 extraordinary ray 的折射系数 ,  而 extraordinary ray 是指其光波的电场分量是平行于光轴的 .  同时也定义了双折射率 (birefrigence) Δ n = ne-no 为上述的两个折射率的差值 .  

         依照上面所述 ,  对层状液晶、线状液晶及胆固醇液晶而言,因为其液晶分子的长的像棒状 ,  所以其指向矢的目标与分子长轴平行 .  再参照单光轴晶体的折射系数定义 ,  它会有两个折射率,分别为垂直于液晶长轴目标 n ⊥ (=ne) 及平行液晶长轴目标 n //(= no) 两种,所以当光入射液晶时,便会受到两个折射率的用意,造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴目标上的光速会有所各异。   

          若光的行进目标与分子长轴平行时的速度 ,  小于垂直于分子长轴目标的速度时,这意味着平行分子长轴目标的折射率大于垂直目标的折射率 ( 因为折射率与光速成反比 ) ,也就是 ne-no > 0 . 所以双折射率Δ n > 0 , 我们把它称做是光学正型的液晶 ,  而层状液晶与线状液晶几乎都是属于光学正型的液晶 .  假如光的行进目标平行于长轴时的速度较速的话,代表平行长轴目标的折射率小于垂直目标的折射率 , 所以双折射率Δ n < 0. 我们称它做是光学负型的液晶 .  而胆固醇液晶众为光学负型的液晶 . 

    3. 其它特征  :  

         对于液晶的光电特征来说 ,  除了上述的两个主要特征之外 ,  还有许众各异的特征 .  比如说像弹性常数 (elastic constant : κ 11 ,  κ 22 ,  κ 33 ),  它包含了三个主要的常数 ,  分别是 ,  κ 11  指的是斜展 (splay) 的弹性常数 ,  κ 22  指的是扭曲 (twist) 的弹性常数 ,  κ 33  指的是弯曲 (bend) 的弹性常数 .  另外像黏性系数 (viscosity coefficients , η  ),  则会用意液晶分子的转嫁速度与反响时间 (response time),  其值越小越好 .  但是此特征受温度的用意最大 .  另外还有磁化率 (magnetic susceptibility),  也因为液晶的异方性联系 ,  分成 c //  与 c ⊥  . 而磁化率异方性则定义成Δ c = c // -c ⊥  .  此外还有电导系数 (conductivity) 等等光电特征 . 

         液晶特征中   最主要的就是液晶的介电系数与折射系数 .  介电系数是液晶受电场的用意决议液晶分子转向的特征 ,  而折射系数则是光线穿透液晶时用意光线行进路线的主要参数 .  而液晶显示器就是哄骗液晶本身的这些特征 ,  恰当的哄骗电压 ,  来驾御液晶分子的转嫁 ,  进而用意光线的行进目标 ,  来变成各异的灰阶 ,  作为显示影像的工具 .  当然啦 ,  单靠液晶本身是无法当作显示器的 ,  还需求其它的材料来扶助 ,  以下我们要来介绍有关液晶显示器的各项材料组成与其操作原理 .

    偏光板 (polarizer)  

         我记得在高中时的物理课 ,  当教到跟光有关的物理特征时 ,  做了好众的物理实行 ,  目标是为了要注解光也是一种波动 .  而光波的行进目标 ,  是与电场及磁场互相垂直的 .  同韶华波本身的电场与磁场分量 ,  彼此也是互相垂直的 .  也就是说行进目标与电场及磁场分量 ,  彼此是两两互相平行的 .( 请睹图 7)  而偏光板的感化就像是栅栏一般 ,  会阻隔掉与栅栏垂直的分量 ,  只准许与栅栏平行的分量通过 .  所以假如我们拿起一片偏光板对着光源看 ,  会感觉像是戴了太阳眼镜一般 ,  光线变得较暗 .  但是假如把两片偏光板迭在一同 ,  那就不一样了 .  当您旋绕两片的偏光板的相对角度 ,  会发觉随着相对角度的各异 ,  光线的亮度会越来越暗 .  当两片偏光板的栅栏角度互相垂直时 ,  光线就圆满无法通过了 .( 请睹图 8)  而液晶显示器就是哄骗这个特征来完成的 .  哄骗上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间 ,  充满液晶 ,  再哄骗电场驾御液晶转嫁 ,  来厘革光的行进目标 ,  云云一来 ,  各异的电场大小 ,  就会变成各异灰阶亮度了 .( 请睹图 9)


     

    上下两层玻璃与配向膜 (alignment film)  

         这上下两层玻璃主若是来夹住液晶用的 .  在下面的那层玻璃长有薄膜晶体管 (Thin film transistor, TFT),  而上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片 (Color filter).  假如您注意到的话 ( 请睹图 3),  这两片玻璃在接触液晶的那一面 ,  并不是光滑的 ,  而是有锯齿状的沟槽 .  这个沟槽的主要目标是希望长棒状的液晶分子 ,  会沿着沟槽排列 .  云云一来 ,  液晶分子的排列才会整齐 .  因为假如是光滑的平面 ,  液晶分子的排列便会不整齐 ,  造成光线的散射 ,  变成漏光的事态 .  其实这只是表面的阐明 ,  告诉我们需求把玻璃与液晶的接触面 ,  做好统治 ,  以便让液晶的排列有一定的次第 .  但在实践的修筑进程中 ,  并无法将玻璃作成有云云的槽状的分布 ,  一般会在玻璃的表面上涂布一层 PI(polyimide),  然后再用布去做磨擦 (rubbing) 的办法 ,  好让 PI 的表面分子不再是杂散分布 ,  会依照固定而均一的目标排列 .  而这一层 PI 就叫做配向膜 ,  它的效用就像图 3 中玻璃的凹槽一样 ,  提供液晶分子呈平均排列的接口前提 ,  让液晶依照预定的次第排列 .

    TN(Twisted Nematic) LCD  

         从图 10 中我们可以解析 ,  当上下两块玻璃之间没有施加电压时 ,  液晶的排列会依照上下两块玻璃的配向膜而定 .  对于 TN 型的液晶来说 ,  上下的配向膜的角度差恰为 90 度 .( 请睹图 9)  所以液晶分子的排列由上而下会自动旋绕 90 度 ,  当入射的光线经过上面的偏光板时 ,  会只剩下单目标极化的光波 .  通过液晶分子时 ,  因为液晶分子总共旋绕了 90 度 ,  所以当光波到达下层偏光板时 ,  光波的极化目标恰好转了 90 度 .  而下层的偏光板与上层偏光板 ,  角度也是恰好差异 90 度 .( 请睹图 9)  所以光线便可以顺利的通过 ,  但是假如我们对上下两块玻璃之间施加电压时 ,  因为 TN 型液晶众为介电系数异方性为正型的液晶 ( ε // > ε⊥  , 代表着平行目标的介电系数比垂直目标的介电系数大 ,  因此当液晶分子受电场用意时 ,  其排列目标会偏向平行于电场目标 .),  所以我们从图 10 中便可以看到 ,  液晶分子的排列都变成站立着的 .  此时通过上层偏光板的单目标的极化光波 ,  经过液晶分子时便不会厘革极化目标 ,  因此就无法通过下层偏光板 . 

    Normally white 及 normally black  

          所谓的 NW(Normally white), 是指当我们对液晶面板不施加电压时 ,  我们所看到的面板是透光的画面 ,  也就是亮的画面 ,  所以才叫做 normally white.  而反过来 ,  当我们对液晶面板不施加电压时 ,  假如面板无法透光 ,  看起来是黑色的话 ,  就称之为 NB(Normally black).  我们方才所提到的图 9 及图 10 都是属于 NW 的装备 ,  另外从图 11 我们可以解析 ,  对 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 与 NW 的差别就只在于偏光板的相对地位各异而已 .  对 NB 来说 ,  其上下偏光板的极性是互相平行的 .  所以当 NB 不施加电压时 ,  光线会因为液晶将之旋绕 90 度的极性而无法透光 .  为什么会有 NW 与 NB 这两种各异的偏光板装备呢 ?  主若是为了各异的应用境况 .  一般应用于桌上型策动机或是笔记型策动机 ,  人人为 NW 的装备 .  那是因为 ,  假如你注意到一般策动机软件的使用境况 ,  你会发觉整体屏幕人人是亮点 ,  也就是说策动机软件众为白底黑字的应用 .  既然亮着的点占人人数 ,  使用 NW 当然比较方便 .  也因为 NW 的亮点不需求加电压 ,  平均起来也会比较省电 .  反过来说  NB 的应用境况就人人是属于显示屏为黑底的应用了 .





    STN(Super Twisted Nematic) 型 LCD  

        STN LCD 与 TN 型 LCD 在机关上是很相似的 ,  其主要的差别在于  TN 型的 LCD, 其液晶分子的排列 ,  由上到下旋绕的角度总共为 90 度 .  而 STN 型 LCD 的液晶分子排列 ,  其旋绕的角度会大于 180 度 ,  一般为 270 度 .( 请睹图 12)  正因为其旋绕的角度不一样 ,  其特征也就跟着不一样 .  我们从图 13 中 TN 型与 STN 型 LCD 的电压对穿透率曲线可以解析 ,  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 .  所以它们是属于 Normal White 的偏光板装备 .  而电压在中间地位的时候 , TN 型 LCD 的革新曲线比较平缓 ,  而 STN 型 LCD 的革新曲线则较为陡峭 .  因此在 TN 型的 LCD 中 ,  当穿透率由 90% 革新到 10% 时 ,  相对应的电压差就比 STN 型的 LCD 来的较大 .  我们前面曾提到 ,  在液晶显示器中 ,  是哄骗电压来驾御灰阶的革新 .  而在此 TN 与 STN 的各异特征 ,  便造成 TN 型的 LCD, 天性上它的灰阶革新就比 STN 型的 LCD 来的众 .  所以一般 TN 型的 LCD 众为 6~8 bits 的革新 ,  也就是 64~256 个灰阶的革新 .  而 STN 型的 LCD 最众为 4 bits 的革新   也就只有 16 阶的灰阶革新 .  除此之外 STN 与 TN 型的 LCD 还有一个不一样的地方就是反响时间 (response time)  一般 STN 型的 LCD 其反响时间众在 100ms 以上   而 TN 型的 LCD 其反响时间众为 30~50ms  当所显示的影像变动速速时   对 STN 型的 LCD 而言   就容易会有残影的事态发生

     



    TFT LCD(Thin film transistor liquid crystal display)

        TFT LCD 的中文翻译名称就叫做薄膜晶体管液晶显示器 ,  我们从一同始就提到   液晶显示器需求电压驾御来产生灰阶 .  而哄骗薄膜晶体管来产生电压 , 以驾御液晶转向的显示器 ,  就叫做 TFT LCD.  从图 8 的切面机关图来看 ,  在上下两层玻璃间 ,  夹着液晶 ,  便会变成平行板电容器 ,  我们称之为 CLC(capacitor of liquid crystal).  它的大小约为 0.1pF,  但是实践应用上 ,  这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候 .  也就是说当 TFT 对这个电容充好电时 ,  它并无法将电压保持住 ,  直到下一次 TFT 再对此点充电的时候 .( 以一般 60Hz 的画面更新频率 ,  需求保持约 16ms 的时间 .)  如许一来 ,  电压有了革新 ,  所显示的灰阶就会不正确 .  因此一般在面板的安插上 ,  会再加一个储存电容 CS(storage capacitor  大约为 0.5pF),  以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候 .  不过正确的来说 ,  长在玻璃上的 TFT 本身 , 只是一个使用晶体管缔造的开关 .  它主要的职分是决议 LCD source driver 上的电压是不是要充到这个点来 .  至于这个点要充到众高的电压 ,  以便显示出如何的灰阶 .  都是由外面的 LCD source driver 来决议的 .

    彩色滤光片 (color filter, CF)

        假如你有机会 ,  拿着夸张镜 ,  迫近液晶显示器的话 .  你会发觉如图 9 中所显示的格式 .  我们解析红色 ,  蓝色以及绿色 ,  是所谓的三原色 .  也就是说哄骗这三种颜色 ,  便可以混合出各种各异的颜色 .  很众平面显示器就是哄骗这个原理来显示精粹彩 .  我们把 RGB 三种颜色 ,  分成零丁的三个点 ,  各自拥有各异的灰阶革新 ,  然后把邻近的三个 RGB 显示的点 ,  当作一个显示的基本单位 ,  也就是 pixel.  那这一个 pixel, 就可以拥有各异的色彩革新了 .  然后对于一个需求分辨率为 1024*768 的显示画面 ,  我们只要让这个平面显示器的组成有 1024*768 个 pixel,  便可以正确的显示这一个画面 .  在图 9 中 , 每一个 RGB 的点之间的黑色局部 ,  就叫做 Black matrix.  我们回过头来看图 8 就可以发觉 , black matrix 主若是用来遮住不打算透光的局部 .  比如像是一些 ITO 的走线 ,  或是 Cr/Al 的走线 ,  或者是 TFT 的局部 .  这也就是为什么我们在图 9 中 ,  每一个 RGB 的亮点看起来 ,  并不是矩形 ,  在其左上角也有一块被 black matrix 遮住的局部 ,  这一块黑色缺角的部份就是 TFT 的所在地位 . 

        图 10 是常睹的彩色滤光片的排列要领 .  条状排列 (stripe) 最常使用于 OA 的产品 ,  也就是我们常睹的笔记型策动机 , 或是桌上型策动机等等 .  为什么这种应用要用条状排列的要领呢 ?  原因是现在的软件 ,  众半都是窗口化的接口 .  也就是说 ,  我们所看到的屏幕内容 , 就是一大堆大小不等的方框所组成的 .  而条状排列 , 恰好可以使这些方框边缘 ,  看起来更笔直 ,  而不会有一条直线 ,  看起来会有毛边或是锯齿状的感觉 .  但是假如是应用在 AV 产品上 ,  就不一样了 .  因为电视信号众半是人物 ,  人物的线条不是笔直的 ,  其轮廓大局部是不顺序的曲线 .  因此一同始 ,  使用于 AV 产品都是使用马赛克排列 (mosaic, 或是称为对角形排列 ).  不过最近的 AV 产品 ,  众已厘革到使用三角形排列 (triangle, 或是称为 delta 排列 ).  除了上述的排列要领之外 ,  还有一种排列 ,  叫做正方形排列 .  它跟前面几个不一样的地方在于 ,  它并不是以三个点来当作一个 pixel, 而是以四个点来当作一个 pixel.  而四个点组合起来刚好变成一个正方形 .

    背光板 (back light, BL)

        在一般的 CRT 屏幕 ,  是哄骗高速的电子枪发射出电子 ,  挫折在银光幕上的荧光粉 ,  藉以产生亮光 ,  来显示出画面 .  然而液晶显示器本身 ,  仅能驾御光线通过的亮度 ,  本身并无发光的成效 .  因此 , 液晶显示器就必须加上一个背光板 ,  来提供一个高亮度 , 而且亮度分布平均的光源 .  我们在图 14 中可以看到 ,  组成背光板的主要零件有灯管 ( 冷阴极管 ),  反射板 ,  导光板 , prism sheet,  扩散板等等 .  灯管是主要的发光零件 ,  藉由导光板 ,  将光线分布到各处 .  而反射板则将光线限度住都只往 TFT LCD 的目标前进 .  最后藉由 prism sheet 及扩散板的扶助 ,  将光线平均的分布到各个区域去 ,  提供给 TFT LCD 一个明亮的光源 .  而 TFT LCD 则藉由电压驾御液晶的转嫁 ,  驾御通过光线的亮度 ,  藉以变成各异的灰阶 .

    框胶 (Sealant) 及 spacer

        在图 14 中另外还有框胶与 spacer 两种机关成分 .  其中框胶的用途 , 就是要让液晶面板中的上下两层玻璃 ,  能够慎密黏住 ,  并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔 , 所以框胶正如其名 , 是围绕于面板四周 ,  将液晶分子框限于面板之内 .  而 spacer 主若是提供上下两层玻璃的支持 ,  它必须平均的分布在玻璃基板上 ,  不然一但分布不均造成局部 spacer 蚁合在一同 ,  反而会暂息光线通过 ,  也无法拥护上下两片玻璃的恰当间隙 (gap),  会成电场分布不均的事态 ,  进而用意液晶的灰阶表现 .





    启齿率 (Aperture ratio)

        液晶显示器中有一个很主要的规格就是亮度 ,  而决议亮度最主要的因素就是启齿率 .  启齿率是什么呢 ?  简单的来说就是光线能透过的有用区域比例 .  我们来看看图 17,  图 17 的左边是一个液晶显示器从正上方或是正下方看过去的机关图 .  当光线经由背光板发射出来时 ,  并不是总共的光线都能穿过面板 ,  像是给 LCD source 驱动芯片及 gate 驱动芯片用的信号走线 ,  以及 TFT 本身 ,  还有储存电压用的储存电容等等 .  这些地方除了不圆满透光外 ,  也因为经过这些地方的光线   并不受到电压的驾御 , 而无法显示正确的灰阶 ,  所以都需哄骗 black matrix 加以遮蔽 ,  以免搅扰到其它透光区域的正确亮度 .  所以有用的透光区域 ,  就只剩下如同图 17 右边所显示的区域而已 .  这一块有用的透光区域 ,  与整体面积的比例就称之为启齿率 . 



        当光线从背光板发射出来 ,  会依序穿过偏光板 ,  玻璃 ,  液晶 ,  彩色滤光片等等 .  假设各个零件的穿透率如以下所示 :
        偏光板 : 50%( 因为其只准许单目标的极化光波通过 )
        玻璃 :95%( 需求策动上下两片 )
        液晶 :95%
        启齿率 :50%( 有用透光区域只有一半 )
        彩色滤光片 :27%( 假设材质本身的穿透率为 80%, 但因为滤光片本身涂有色彩 ,  只能容许该色彩的光波通过 .  以 RGB 三原色来说 ,  只能容许三种其中一种通过 .  所以仅剩下三分之一的亮度 .  所以总共只能通过 80%*33%=27%.)
        以上述的穿透率来策动 ,  从背光板启程的光线只会剩下 6%,  实在是少的可怜 .  这也是为什么在 TFT LCD 的安插中 ,  要尽量提高启齿率的原因 .  只要提高启齿率 ,  便可以扩充亮度 ,  而同时背光板的亮度也不用那么高 ,  可以节省耗电及花费

     

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