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液晶屏的原理和构成　 2004年04月21日 10:08来源:赛迪网佳木在笔记本电脑行业，Sony 笔记本电脑的液晶屏一直是其一大亮点，是什么让它与众不同呢？它的“Clear Bright液晶”里又有什么样的秘密呢？这次，我们采访了中川雅朗等Sony “Clear Bright液晶”的开发者，让他们给我们讲讲Sony笔记本电脑液晶屏的故事。　　认识液晶板　　液晶板看起来是很薄的一张东西，它其实是由几层薄膜叠成的，如上图。按顺序剥开，最顶层是实际显示用的“Serge”部分，把整体分成2部分，它背后叫做“Back Light”，是光线发出的地方。如果把Back Light全部取下来就是“荧光灯”。Back Light看起来好像是一下子全面亮起来，但其实发光的是这个细小的荧光管(直径约2毫米)，线状的发光体在射到表面之前是以面状射出去的。这跟屋顶上使用的荧光灯除了大小不同之外原理是一样的，那是荧光灯的Mini版。　　实现“明亮度” 　　笔记本电脑的液晶屏跟电视的液晶很不一样。根据型号的不同，笔记本电脑变亮的方法也不同。不过笔记本电脑的亮度还不到电视液晶的一半。如果在这种亮度不足的液晶屏上追求电视一样的画质就会出现各种各样的弊端。如果把表面做的很光滑，那么画面则不够亮，荧光灯等的反射光就会很耀眼；如果做成广角，则必须横向发出光线，这样光线就更暗。为了制造出跟电视的画质相近的PC，就必须克服明亮度这个问题。设计师最初曾经试验过 “做两个灯”的想法也有很多困难，并不是加入两根亮度就变成了两倍放进两根的话发热和耗电量就变成很大的问题了。　　而天花板上的荧光灯跟这个荧光灯原理基本是一样的，但是不能把它的做法简单应用到笔记本电脑的显示屏上。天花板上的荧光灯是通过电力给管两端加热令其放电，结构小制作简单。但笔记本电脑上使用的冷阴极管是应用变压器生成的高压电进行点灯的。冷阴极管实际上也有60℃~70℃，温度一高，笔记本电脑本身也会变热，热量有把荧光管自身的明亮度降低的副作用。这样就不会变亮。所以，后来设计师开始尝试使用两根荧光管。　　据我们了解，到目前为止，在台式机的液晶显示器的大面板上已经有人加进了两根甚至更多的光管。但是如果做成笔记本电脑大小尺寸的时候就会出现各种各样的问题。比如内转换器因为笔记本电脑空间很小，散热始终就是一个问题。所以设计师另外开发了适用于笔记本电脑显示屏的内转换器，如图。　　笔记本电脑一般在屏幕的下部装有内转换器，厚度也和笔记本电脑的厚度相关，不能使用很厚的部件，但在长方向的要求上并不怎么严格，如果不做出很薄的东西，显示层离发光层就会很远，光线就会不足。经过不断实验后，发热的问题又出现了。转换器自身也会变热。如果在大的面积上设计的话，热量可以从宽广的面积上散发，但是热量还会不断地聚集在小面积上，最后灯也变热，因此就要有各种各样的散热措施。　　将该转换器上下一半一半地做成同样的灯，分别一个一个点亮。在点亮的时候要使用高压电，直径是2mm的两根荧光管，它们之间仅隔几毫米并排放进笔记本电脑，这样它们之间就出现了高电压，所以对距离的把握很重要。　　荧光管虽然是可以放在台式机的两侧，但是对于笔记本电脑来说是非常困难的事情。首先，导光板是锲子形的，如果把它们放到两侧，笔记本电脑LCD就会变得过厚。转换器会放出高压电，所以不可以把跟液晶板相连的绝缘电线做长。如果把转换器放到下面，把跟上方的灯之间的距离拉大到目前的位置，这在安全上又是不允许的。这样就只能把转换器放置在液晶板的左右或者是背面，两根荧光管放置在下方。　　如果电量消耗大就违背了笔记本电脑移动的特性了，所以LCD的内部结构、特别是薄膜的构成是很引人注目的。从荧光管射出的光通过多种薄膜射到表面，最终只有2%的光能透出表面。97～98%的光在这过程中不断流失，各处都削减了强度。对于VAIO系列，原来的光的强度是不能改变的，我设计师们开始考虑能不能改变薄膜的构成以提高效率。　　　　采用“Clear Bright液晶”技术的显示屏液晶结构板　　上图是“Clear Bright液晶”技术的显示屏的液晶板的结构，中间的薄膜的构成跟传统的由4块构成的不一样，是由两块构成的。首先，使用了「棱镜导光板」，导光板中只放进了一块棱镜，另外一块放在他处。并且，只放进一块扩散薄膜，那样减弱光线的障碍就减少了。这样的结构并不是世界首创，VAIO TR使用了新开发的高透过率的薄膜。通过这样的内部结构的调节提高了最终的明亮度。两个荧光管提高了两倍。为了最大限度引出双荧光管的明亮度，包括导光板在内的部件都进行了最合适的设计。VAIO TR系列中的灯还是一个，但设计师还是成功的将亮度提高了1.5倍。　　实现“高清晰度” 　　早先的液晶屏表面仔细看起来都是很粗糙的。这种粗糙面不会发生因为图像亮度不够而造成观看困难的事情。但是显示的图像都很模糊，黑色不黑，颜色也不鲜艳。　　大约是一年半以前，世界上首次出现了高清晰度但是很刺眼的液晶屏，但是根据设计师以前的设计经验，如果把表面做清晰，图像反射就很刺眼。虽然说重视图像很重要，但作为设计师，是不允许用户的眼睛疲劳的，用户购买后能舒适地使用比在专卖店稍微引人注意的外观重要。但是怎样可以降低呢？这就是反射技术。经过四五个月的试验，设计师们将反射率做到了当时出售的光滑面液晶屏的一半，低反射取得了很大的进步。不过仅仅这样还不够，根据调查显示: 顾客一般会选用光滑的。而低反射仅仅是数字上低，设计师还要想办法让人一看就惊呼漂亮啊。那就需要做的更光滑。这样“Clear Bright”的构想就油然而生了。　　实现“低反射” 　　其实现在很多高清晰的液晶屏也在某种程度上可以实现低反射。但是Sony设计师采用了多层AR解码，就是在液晶屏的表面做了几层的解码层。　　这样，光就沿着最表面一层一层的反射，调整那些解码层，就会改变光波的波段，消除光波。薄膜的调整也是很困难的。基本上光线跟声音也是与周期刚好一半的波段交互抵消的。因此，表面反射的光跟下一层薄膜反射的光必须是错开半个波段多一点，所以薄膜的厚度必须刚好是波长的1/4。但是在这种厚度上还能把薄膜平均地涂上去地材料是非常少地。　　设计师们曾经徘徊在多种多样的低反射方案的选择上，并把液晶屏从中间分开，分别做多次不同的表面处理。同时，设计师模拟了多种可以使用VAIO的环境，看看反射情况如何。最初只有液晶屏样本，天气好的时候拿到室外看看情况，然后再在室内看看。最后，满足了我们试验环境要求的方案被做到笔记本电脑上了。　　实现液晶屏的“广视角” 　　液晶屏的“斜纹”在两块玻璃之间，根据电场把不定向运动的分子(狭义的液晶)封进去。加入电场的话分子就站立起来变白色，切断电场分子就躺下变黑色。如果分子完全这样的话就没有什么问题了，视角也很宽广。但是实际上在玻璃的旁边的分子粘贴在玻璃上，即使加入电场不动的现象也时有发生。这样的话站立的分子跟躺着的分子就会混在一起，根据观看方向的不同，“复屈折位相差”里出现差，黑色的亮度也会改变，即颜色改变了。因此为了实现广视角，就会粘贴上修补这个现象的胶卷。　　笔记本电脑的特性跟上下方向有关，这样改变液晶板的角度就有某种程度上的自由度。因此，首先把左右方放宽，在±80°的范围里对比度在10:1以上。这对经常放在桌子上使用的VAIO 系列的大型机来说是没多大问题的，但是对于移动使用的笔记本电脑，因为不能放宽左右，只能考虑纵向了。如果做成VAIO GR/FR那样的大屏幕液晶屏，几个人是从横向的边上观看的，他们看到的图案不一样就很麻烦了。因此大屏幕液晶屏要采用视角更广的液晶屏。像我们常说的“明亮的话对比度就高”，其实是因为对比度高所以看起来很亮；“亮度高视角广”是因为明亮所以黑白的对比度很高，所以从下面往上看也是很明亮的，并且不管从何处看都是很舒服的。 LCD常识一: 何谓LCD? 　　Liquid Crystal Display﹝中文简称液晶显示器﹞主要原理为以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。结构上LCD Panel 由四个元件购成： Ⅰ、背光组﹝灯管﹞ 背光组：一般俗称灯管组，由阴极管以后端照光方式将光线送入导光板，光源以全反射作用进入导光板之扩散点经由扩散片将光线往各个角度四处扩散，此时大约有40~50%的光线会由导光板之正面透出，剩下无法扩散之光线再由底部之反光板再次导入导光板以目前之技术已可将85% ~ 90%进入光源由正面导出。 Ⅱ、偏光组将背光组之杂乱之光线排列为单方向之光线其功能很像CRT之偏向线圈。 Ⅲ、玻璃基板与薄膜晶体﹝TFT液晶分子组﹞ 在早期<第1代~第3代>此部份为量产技术最难突破之处，原因为基板本身材质很薄，内部又有几百万个液晶分子之高精密科技，再加上本身体积又不小，切割时稍不小心即会产生不良，故良率一直偏低，直至近期 3.5 ~4代生产线之技术，成本才算相对降低，其原理为将液晶分子通电经由背光产生因暗影，产品一个点，点构成线构成面形成一个画面。 Ⅳ、彩色过滤镜组颜色之深浅可由变化液晶分子电流电场强弱改变，至于颜色之决定则控制于三层彩色滤光片身上，藉由不同之滤镜产生不同之色阶，进一步透过三原色混色达到1.6百万色素。二 : 液晶监视器在开关机时，屏幕会出现干扰杂纹，是否为正常现象? Answer : 在极少的情况下，屏幕会出现干扰杂纹，这种情况可能是VGA卡的讯号频率所造成，属于正常现象；可透过自动或手动调整相位及像数频率来改善影像质量。三: 液晶监视器画面闪烁，应如何处理? Answer : 请检查讯号线连接头针脚，如果针脚弯曲或遗失请洽询经销商，或检查显示卡，确定设定无误，或检查扫瞄频率，将显示卡设定在可接受的范围内。四 : 当接上电源时，液晶监视器没有画面应如何处理? Answer : 请检查操作系统的省电模式，按任何键或移动鼠标，离开省电模式。或检查讯号线连接头针脚，如果针脚弯曲或遗失请洽询经销商或服务专线。五: 显示器屏幕感觉一直在闪烁？请问如何改善？ Answer : 你要改善屏幕的闪烁情况，可以在「开始」下的「设定」下的「控制台」里，点选「显示器」图示，在显示器视窗内选择「设定」下的「进阶」一项，在进阶视窗内选择「配接卡」一项，在配接卡视窗内选择「重新整理速率」一项，自行调整你的屏幕更新频率。一般而言，人的眼睛在频率72Hz时，就不会感到闪烁。六: 分辨率如何调整？显示卡与分辨率之间关系为何？ Answer : 如果你要调整屏幕的分辨率，可以在「閞始」下的「设定」下的「控制台」里，点选「显示器」图示，在显示器视窗内选择「设定」一项，其中有一个栏位叫作「桌面区域」是用来调整你的屏幕分辨率。即「640 x 480」、「800 x 600」、「1024 x 768」、「1152 x 864」、「1280 x 1024」、「1600 x 1200」等数个分辨率，依你的显示卡能力而定，单位是屏幕显示的横向和直向的点数﹝pixel﹞。调整分辨率的同时会影响到屏幕能显示颜色的多寡。因为显示卡上的存储器有限，调整的分辨率越高，能显示的颜色就会减少。现在一般较好的显示卡均配备8MB记忆用在1024 x 768以上的分辨率下，仍然可以显示全彩16.7亿﹝True color﹞个颜色。另外，调整分辨率还会影响屏幕的更新频率﹝Refresh rate﹞，像现在新款的显示卡和显示器就可以透过DDC界面相互沟通得到最佳化设定，轻松且使用上不会有问题。如果是旧型的配备，就只好用硬件厂商所附程序自行调整了。七: 为何LCD接单一主机讯号时效果很好，接至分配器时则亮度、颜色变暗,甚至无画面。屏幕上Show " NO SYSNC "或 "OUT OF RANGE " Answer : 本显示器因面板阻抗很高，设计时之讯号传输以一对一规划，若连接分配器可能造成讯号衰减甚至亮度颜色质量差，请尽量使用单机讯号。八: 为什么LCD分辨率只有一种？使用其它分辨率或DOS下效果均较差？ Answer : 因LCD显示时是以单点对应显示，以15" LCD为例，点距为0.297mm。该尺寸刚好为水平1024 x垂直768之分辨率，若使用此模块正好所有点均显示所以画面会最漂亮，反之使用其它分辨率或DOS模块显示器画面不是变小就是采用模拟运算方式，将所有点平均计算分布，造成画面不均与粒粒皆粒子过大之较差质量画面九: 为何调整Contrast及Brighness其画面均无明显的变化? Answer : 主要原因是为了配合LCD Panel的特性，且为了保护LCD Panel延长其使用寿命，故R&D在设计时未将OSD中相关可调整选项的范围加大，所以在调整Contrast及Brightness时其画面并不会有非常明显的变化。细析液晶显示器（LCD）技术篇作者：佚名转贴自：本站搜集点击数：281 目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机外设中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前题之下，传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。以前液晶显示器只用于笔记本电脑，现在我们这些DIY一族终于可以在视觉上享受一番了，当然了首要前题还是口袋里的大洋多多的！一、LCD与CRT显示器的区别　　LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器，以这技术所制造的显示器厚度比一般的CRT显示器薄很多，因此在早期主要是用于笔记薄型电脑上，现在市面流行的为TFT-LCD显示器。TFT为薄膜电晶体，其工作原理是在下面我再为大家解释。　　CRT阴极管显示器的工作原理与电视机的显像管差不多，在真空的显像管中，把在尾端产生的电子照射到前方的磷质显示器。传统的CRT显示器由于需要内藏真空显像管，因此身形比LCD显示器大很多，此为LCD液晶显示器的其中一个优胜之处，由于体积较小，所以放置时的弹性也较大。而次要考虑的就是用家身体健康问题，由于传统的CRT显示器内含的电子光束在运作时会产生很多静电与幅射，因此长期使用，会对眼睛有损害，造成近视等问题产生。而LCD液晶显示器，由于运作时无须使用电子光束，因此没有静电与幅射这两种影响视力的问题存在。　　传统的CRT显示器一般所标示的尺寸不是荧光幕的可视范围，如以一般的15寸显示器为例，虽然标明的尺寸为15寸，但其真正的可视范围可能只有14.1寸左右。如17寸的显示器可能只余下15至16寸的可视范围。但是LCD液晶显示屏所标示的尺寸却是实际的可视范围，如一般的15.1寸的LCD液晶显示器的可视范围是完完全全的15.1寸，可方便用家选择。　　由于现今的LCD液晶显示器能够以数字形式运作，但是由于要另购有数字插头的显示卡，所以现时的插头还是以传统的D-Sub为主。到底使用数字介面有何好处？好处就是如果显示器与显示卡双方也使用数字介面的话，在传输的过程中，便不会有信号的流失。同时，由于数字插头生产时所须使用的元件较少，所以可有助减轻成本。虽然现今大多数的液晶显示器能兼容现时流行的D-Sub插头，但其余的类比与数字的显示器插头之多却令人眼花撩乱。是传统的类比式的显示器插头，虽然不论用在传统的CRT显示器或是今次的主题LCD显示器，使用数字化接头的画质绝对比传统类比式的接头佳。但是如要使用新式的数字插头便需要购买设有该插头的显示卡，大大增加了整体的成本，因此厂商依然在设计时保留D-Sub插头，但当使用时可能会受干扰而使影像失真。　　注：Digital Flat Panel Group是数间电脑公司所组成，其中包括Compaq及Ati这两间较大的公司。是为数字介面插头中，最早出现的一种，但是由于其解像度限制于最大只能做到1280x1024，因此未来所推出的高解像度LCD显示器便不能使用，所以其前景不太明朗。　　DVI-Digital Visual Interface为以Intel为主的Digital Display Working Group(DDWG)研究所发明。由于此介面支援Panel Link技术，因此它的速度是DFP的两倍，同时也能输出高于1280x1024的解像度，及能与DFP接头兼容，是现在最流行的数字介面。二、什么是液晶　　液晶显示器是以液晶材料为基本组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必须来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量不同的方向，应该有不同的效果。就好象是将一把短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，这表示着次黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。　　此外，液晶除了有黏性的反应外，还具有弹性的反应，它们都是对于外加的力量，呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照液晶分子的排列方式行进，产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，再通过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况（或着称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。三、液晶显示器的种类　　液晶显示器，英文通称为LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二种方式。（详细的分类请参考附表） TN、STN及TFT型液晶显示器之比较表类别 TN STN TFT 原理液晶分子，扭转90度液晶分子，扭转240~270度液晶分子，扭转90度以上特性黑白、单色低对比（20：1）黑白、彩色（26万色）低对比，较TN佳（40：1）彩色（1667万色）高对比，较STN佳（300：1）全色彩化否否可媲美CRT之全彩色动画显示否否可与CRT媲美视角狭窄（30度以下）狭窄（40度以下）较宽（80度以下）面板尺寸 1~3寸 1~12寸 6~17寸应用范围电子表、计算器、简单的掌上游戏机电子字典、移动电话、商务通、低档笔记本脑彩色笔记本电脑、投影机、壁挂式彩电　　TN、STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理之不同，在视角、彩色、对比及动画显示品质上有高低程次之差别，使其在产品的应用范围分类亦有明显区隔。以目前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言，主动式矩阵驱动技术是以薄膜式晶体管型（TFT）为主流，多应用于笔记型计算机及动画、影像处理产品。而单纯矩阵驱动技术目前则以扭转向列（TN）、以及超扭转向列（STN）为主，目前的应用多以文书处理器以及消费性产品为主。在这之中，TFT液晶显示器所需的资金投入以及技术需求较高，而TN及STN所需的技术及资金需求则相对较低。四、液晶显示器的运作原理　　如以上所提，目前液晶显示技术大多以TN、STN、TFT三种技术为主轴，因此我就这从这三种技术来探讨它们的运作原理。 1、TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，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。 ---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，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，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，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。　　其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。 2、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180~270度。　　要在这里说明的是，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液晶显示器牵涉液晶材料的关系，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、绿、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型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。液晶屏幕的驱动方式 ---单纯矩阵驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成，选择要驱动的部份由水平方向电压来控制，垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。　　在TN与STN型的液晶显示器中，所使用单纯驱动电极的方式，都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动，如下图所示，因此如果显示部份越做越大的话，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致，整体速度上就会变慢。讲的简单一点，就好象是CRT显示器的屏幕更新频率不够快，那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动；或着是当需要快速3D动画显示时，但显示器的显示速度却无法跟上，显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以，早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制，而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。 ---主动式矩阵的驱动方式是让每个画素都对应一个组电极，它个构造有点像DRAM的回路方式，电压以扫描的（或称作一定时间充电）方式，来表示每个画素的状态。　　为了改善此一情形，后来液晶显示技术采用了主动式矩阵（active-matrix addressing）的方式来驱动，这是目前达到高资料密度液晶显示效果的理想装置，且分辨率极高。方法是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极，利用扫描法来选择任意一个显示点（pixel）的开与关。这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。　　如上图，在TFT型液晶显器中，导电玻璃上画上网状的细小线路，电极则由是薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关，在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣，虽然驱动讯号快速地在各显示点扫瞄而过，但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压，使液晶分子轴转向而成「亮」的对比，不被选择的显示点自然就是「暗」的对比，也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。 3、TFT型液晶显示器的运作原理　　TFT型的液晶显示器较为复杂，主要的构成包括了，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。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进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来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，并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。 Mr. OH!主述 ANAN 策劃超薄平面顯示器時代來臨電視機所採用的 CRT(陰極射線管)有著體積大、重量重、尺寸受限等缺點。隨著電子科技的發展，對移動顯示的要求越來越多，CRT 的先天限制，讓其小型化、行動化的理想受到阻礙。這使得開發新一代的顯示器技術變得更有其必要！新一代的顯示器講求幾個重點：平面直角，畫面顯示不變形、輕薄短小耗能少，攜帶方便且同時要與現有的影像信號技術相容。目前談論到超薄型顯示器技術，最普及當是 TFT LCD 的應用了，舉凡數位相機、NB 筆記型電腦、PDA 等，需要顯示複雜資訊的電子產品通通少不了它。TFT LCD 技術又包含了，低溫多矽晶TFT LCD 、反射式TFT LCD 等，多項不同的顯示技術，下面我們就要來一探 LCD 的歷史與原理。液晶的發明與發現液晶的誕生來自於一項非常特殊物質的發現，早在 1850 年 Virchow, Mettenheimer 和 Valentin 這三個人就發現 nerve fibre 的粹取物中含有這種不尋常的東西。到了 1877 年德國物理學家 Otto Lehmann 運用偏極化的顯微鏡首次觀測到了液晶化的現象，但他對此一現象的成因並不瞭解。直到西元1888年，奧地利的植物學家 Friedrich Reinitzer（1857-1927）發現了螺旋性甲苯酸鹽的化合物（cholesteryl benzoate），確認了這種化合物在加熱時具有兩個不同溫度的熔點，在這兩個不同的溫度點中，其狀態介於一般液態與固態物質之間，類似膠狀，但在某一溫度範圍內其又具有液體和結晶雙方性質，由於其特殊的狀態。Reinitzer 後來走訪 Lehmann 深入探討這種物質的表現，其後兩人便命名這種物質為「Liquid Crystal」，就是液態結晶物質的意思。Reinitzer 和 Lehmann 這兩人被譽為液晶之父。同 CRT 陰極射線管一樣，液晶雖早在1888年就被發現（實際上，但是實際應用在生活周遭時，已是80年後的事了。因為液晶在兩次大戰中對軍事用途的幫助不大，以致於其發展落後 CRT 甚多。比較重要的是 1922 年 Oseen 和 Zöcher 這兩位科學家為液晶確立狀態變化之方程式。一直到了 1968年美國RCA公司工程師們利用液晶分子受到電壓的影響而改變其分子的排列狀態，並且可以讓入射光線產生偏轉的現象之原理，製造了世界第一臺使用液晶顯示的螢幕。由此開始，加上了1970年代日本 SONY 與 Sharp 兩家公司對液晶顯示技術全面開發與應用，讓液晶顯示器成功的融入現代的電子產品之中。液晶的物理性質描述液晶的物理性質，必須先瞭解一般固態晶體具有方向性，而液態晶體這種特殊物質，不但具有一般固體晶體的方向性外，同時又具有液體的流動性。改變固態晶體方向必須旋轉整個晶體，改變液態晶體就不用那麼麻煩，它的方向性可經由電場或磁場來控制。改變液晶的方向視液晶的成分而有所不同，有的液晶和電場平行時位能較低，所以當外加電場時會朝著電場方向轉動，相對的，也有液晶是對應電場垂直時位能較低。由於液晶對於外加力量（電場或磁場敏感），從而呈現了方向性的效果，也導致了當光線入射液晶中時，必然會按照液晶分子的排列方式行進，產生了自然的偏轉現像（見左圖 - Kodak 提供）。部分液晶分子的電子結構中，有著很強的電子共軛運動能力，所以當液晶分子受到外加電場的作用，便很容易的被極化產生感應偶極性（induced dipolar），這也是液晶分子之間互相作用力量的來源。而一般電子產品中所用的液晶顯示器，就是是利用液晶的光電效應，藉由外部的電壓控制，再透過液晶分子的折射特性，以及對光線的旋轉能力來獲得亮暗情況，進而達到顯像的目的。電源關閉時，液晶具有偏光效果可將入射光線轉彎，穿過極柵，呈現亮色電源開啟時液晶不具有偏光的功能（direction）因此光線不能通過極柵呈現暗色注意！同學容易混淆的地方在於光的方向，須知兩個極柵各成90度交叉排列在沒有液晶分子的情況下，光線是不能通過，此為先決條件，切記！液晶顯示器的種類利用液晶製成的顯示器稱為液晶顯示器，英文稱 LCD（Liquid Crystal Display）。其種類可分為依驅動方式之靜態驅動（Static）、單純矩陣驅動（Simple Matrix）以及主動矩陣驅動（Active Matrix）三種。而其中，單純矩陣型又是俗稱的被動式（Passive），可分為扭轉向列型（Twisted Nematic，簡稱 TN）和超扭轉式向列型（Super Twisted Nematic，簡稱STN）兩種；而主動矩陣型則以薄膜式電晶體型（Thin Film Transistor；TFT）為目前主流。 TN型超薄型 LCD 平面電視 - 象徵了 TFT LCD 發展大尺寸顯示器的新里程碑 - BENQ 提供 TN型液晶顯示技術可說是液晶顯示器中最基本的，其他種類的液晶顯示器也可說是以TN型為藍本加以改良。同樣的，它的運作原理也較其他技術來的簡單，上圖即為 TN 型之範例。TN 的構造包括了垂直方向與水平方向的偏光板（Polarizer），其上具有細紋溝槽，中間夾雜液晶材料以及導電的玻璃基板（Glass）。 STN / DSTN 型 STN型的顯示原理也類似，不同的是TN型的液晶分子是將入射光旋轉90度，而STN則可將入射光旋轉180~270度。單純的 TN 顯示器本身只有明暗兩種顯示（或黑白），無法產生色彩的變化。TN LCD 採用的是『直接驅動』無法顯示較多的畫素，且畫面的對比小，反應速度慢，視角更僅在+30度以下(即觀賞角度約60度)，顯示品質也較差；故TN型LCD主要用途在於簡單的數字與文字的顯示如：電子錶及電子計算機等。 STN的出現改善了視角狹小的缺點並提高對比率，STN以『多工驅動』增加掃瞄線數提高畫素顯示，品質較TN來得高。再搭配彩色濾光片的使用，將單色顯示矩陣之任一畫素（pixel）分成三個子像素（sub-pixel），分別透過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色，再經由三原色比例之調和，可以顯示出逼近全彩模式的色彩。由於 STN 顯示的畫面對比仍只達30：1(對比愈小，畫面愈不清楚)；反應速度為150ms（毫秒），作為一般操作顯示介面尚可，但若要播放電影速度仍嫌不足。由於 STN 仍有不少缺點，後續的 DSTN則透過雙掃描方式來顯示，由於DSTN採用雙掃描技術，因此顯示效果相對STN來說，有大幅度提高。 DSTN 反應速度至 100ms，但因其皆為『被動式驅動』之故，在電場反復改變電壓的過程中，每一畫素的恢復過程都較慢，在螢幕畫面快速變化時，例如：顯示網球比賽的轉播，就會產生所謂的『餘輝』現象。特別是當網球選手殺球的那一瞬間，你就可以看到拖螢幕上出現『球跡尾』現象。不過，DSTN 價格便宜、耗能低，一些低階的筆記型電腦、 PDA 等，仍使用 DSTN 作為顯示裝置。 TFT 型 TFT型液晶顯示器的運作原理：背光源發光，也就是螢光燈管投射出光源，這些光源會先經過一個偏光板然後再經過液晶分子，分子的排列方式改變穿透液晶的光線角度，然後這些光線接下來還必須經過前方的彩色的濾光板與另一塊偏光濾色玻璃導出。位於底層的薄膜式電晶體，可藉由改變液晶的電壓值控制最後出現的光線強度與色彩，並進而能在液晶面板上組合出有不同深淺的顏色。　 TN與STN型液晶顯示器都是使用場電壓驅動方式，如果顯示尺寸加大，中心部位對電極變化的反應時間就會拉長，顯示器的速度就跟不上。為了改善這個的問題，主動式矩陣（active-matrix ）驅動被提出，主動式 TFT型的液晶顯示器的結構較為複雜包括了：背光管、導光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料和薄模式電晶體等等。在TFT型液晶顯器中，導電玻璃上畫上網狀的細小線路，電極則由是薄膜式電晶體所排列而成的矩陣開關，在每個線路相交的地方配有控制閘，各顯示點控制閘配合驅動訊號作動。電極上之電晶體矩陣依顯示訊號開啟或關閉液晶分子的電壓，使液晶分子軸轉向而成『亮』或『暗』的對比，避免了顯示器對電場效應的依靠，轉以電晶體開啟和關閉的速率作為決定步驟。也因此，TFT-LCD 的顯示品質較 TN/STN佳，畫面顯示對比可達150：1以上、反應速度逼近 40ms 甚至更快。同時又可以全彩甚至真彩效果顯示，產品適用於筆記型電腦、液晶顯示器、汽車導航系統、數位相機及液晶投影機。 TN、STN及TFT型液晶顯示器之比較表類別 TN STN TFT 原理液晶分子，扭轉90度扭轉180~270度液晶分子，扭轉90度特性黑白、單色低對比（20：1）黑白、彩色（26萬色）低對比，較TN佳（40：1）彩色（1667萬色）高對比，較STN佳（300：1）全色彩化否否可媲美CRT之全彩色動畫顯示否否可媲美CRT 視角 30度以下 40度以下 80度以下面板尺寸 1~3寸 1~12寸 6~17寸以上應用範圍電子錶、計算機電子字典、行動電話彩色筆記本電腦、投影機、超薄平面彩色電視液晶的發展與未來　　TFT LCD 之所以成功，在於其每個畫素後面都配置一個電晶體開關作為控制整合之用，以致於整個 TFT LCD 看起來就類似一個大型整合電路。由於 TFT LCD 必須將畫素作得非常小，讓人眼只能看到畫面，分辨不出畫素，所以 TFT LCD 的施工工程就相當精密。過往，因為技術尚未成熟，在一大片的 TFT LCD 當中難免有些節點，無法連接或連接錯誤，導致無法顯示正確畫素，這些統稱『壞點』，包含常見的『紅、藍、綠點』無法自行控制、『黑、白點』無

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