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古早味LCD~ 讲古啰, TN LCD

2020-06-23
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古早味LCD~ 讲古啰, TN LCDYo, 昨天谈到显示器的前世今生, 今天就来聊聊小弟比较熟悉的LCD 好了~

就从古早的TN聊起吧~多写一些说不定可以出教科书~哈~

何谓LCD?

LCD全名为Liquid Crystal Display(液晶显示器), 简单说就是一种以液晶做为材料的显示器. 液晶是一种介于固态与液态间之有机化合物, 也是一种具有规格性分子排列的化合物, 简言之, 就如同字面上的意思, 是一种具有液态特形的结晶.

而LCD的基本原理是将液晶封在两片玻璃中, 后施以电压使上下玻璃产生电场的变化, 电场会改变两片玻璃间液晶晶体的排列方向, 如此就可藉由控制电场来控制光线通过液晶的波动方向, 进而控制最后我们在显示器前面所可以看到的光量.

再说详细一点, 液晶显示器主要是靠液晶的电光效应和偏光特性, 藉由外部的电压控制, 再透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, 进而达到显像的目的. 偏光的涵义是指让光波只会在一个平面上震动, 主要是靠偏光滤光器(滤光器是由两块互相成为90度的单一滤光镜片或薄膜所构成). 而LCD是在两片玻璃片中填满液晶材料所构成, 由于液晶拥有黏性(viscosity)、弹性(elasticity)和极化性(polarizalility) 的性质, 因此当电极通过就会改变偏光的特性.

古早味LCD~ 讲古啰, TN LCD

不知不觉好像说得太複杂了阿, 其实光线原本就是一个没有固定波动方向光波, 在通过第一片偏光板的时候, 它的波动方向被过滤, 变成单一波动方向的光波, 这光波顺着液晶晶体排列的方向前进, 接着再穿过第二片(相位与第一片偏光板成90度)的偏光板, 然后射出成为我们所看到显示面板所发出的光. 而我们只需要改变液晶晶体排列的方向, 就可以决定光线通过第二片偏光板的光量. 而改变晶体排列方向的方式就在于施加电场的大小.

哈~ 突然想到这就好像恶灵古堡电影里面最着名的一幕, 两排互相垂直的雷射光幕, 若这两道雷射光幕保持一定的距离, 而有一个可以任意变形的物体想穿过这两道雷射光幕, 那它需要先变成垂直的扁平物体, 然后再旋转90度成为水平的扁平物体才能通过. 所以光线和液晶显示器的原理跟这个有点类似, 只是光线没办法变形, 只能在通过第一个偏光滤光器的时候, 把不同方向的波动过滤掉, 然后转个方向透过另外一个偏光滤光器, 再被显示器前面的我们所看到.而要让光线波动可以转个方向就是藉由液晶晶体排列来达成啦~ 这样解释好像变複杂了, 哈~ 不过恶灵古堡好看!!
古早味LCD~ 讲古啰, TN LCD

LCD 之种类

初期之LCD可分成三大种类, 分别是扭转向列型(Twisted Nematic;简称TN)、超扭转向列型(Super Twisted Nematic简称STN) 和彩色薄膜型(Thin Film Transistors;简称TFT). TN、STN及TFT LCD因其利用液晶分子扭转原理不同, 在视角、彩色、对比及动画显示品质上有高低层次之差别, 使其在产品的应用範围分类也有明显区隔. 目前TFT已经成为市场上LCD主流技术, 架构于此技术上, 不同的TFT LCD 製造商又各自发展出不同种类的TFT LCD, 主要可分为TN TFT-LCD、VA TFT-LCD及IPS TFT-LCD. 由于成本优势, 其中TN TFT-LCD更是当前市场上的主流.

TN LCD

TN是继DSM型的液晶材料后所发展的新液晶材料,TN LCD的最大特点就如同其名称「扭转向列」一般, 其液晶分子从最上层到最下层的排列方向恰好是呈90度的3D螺旋状. TN LCD的出现奠定了现今LCD发展的主要方式, 但由于TN LCD具有两个重大缺点, 一是无法呈现黑、白两色以外色调; 一是对比不佳, 故早期主要应用于小尺寸萤幕, 如:电子錶、呼叫器等. 当LCD 越做越大时其对比会越来越差, 因此使得各种新的技术陆续出现.
古早味LCD~ 讲古啰, TN LCD

STN LCD

STN LCD的出现是为了改善TN LCD对比不佳的问题, 最大差别点在于液晶分子扭转角度不同以及在玻璃基板的配合层有预倾角度, 其液晶分子从最上层到最下层的排列方向恰好是180度至260度的3D螺旋状. 但是,STN LCD虽然改善了TN LCD的对比问题, 其颜色的表现依然无法获得较好的解决, 其颜色除了黑、白两个色调外, 就只有橘色和黄绿色等少数颜色, 对于色彩的表达仍然无法达到全彩的要求.
古早味LCD~ 讲古啰, TN LCD

TSTN LCD & FSTN LCD

为了改善对于色彩的要求, 又发明了TSTN(Triple Super Twisted Nematic)和FSTN(Film Super Twisted Nematic)两种新技术. TSTN和FSTN的基本构造原理与STN相同, 差别在于TSTN在两片玻璃上加上两片色补偿用薄膜, 而FSTN则是加上一片色补偿用薄膜. TSTN和FSTN具有高解析度和全彩的优点, 完全改善TN的比对问题和STN的色彩问题. 但可惜的是,TSTN和FSTN却有液晶分子的反应较慢的问题, 在放映数量较大的资料时, 会造成无法负荷的缺点, 因此也不是完善的解决方式.

TFT LCD

TFT-LCD 是Thin Film Transistor Liquid Crystal Display的缩写(薄膜电晶体液晶显示器). 那TFT-LCD如何点亮呢? 简单说,TFT-LCD面板可视为两片玻璃基板中间夹着一层液晶, 上层的玻璃基板为彩色滤光片 (Color Filter), 而下层的玻璃则有电晶体镶嵌于上. 当电流通过电晶体产生电场变化, 造成液晶分子偏转, 藉以改变光线的偏极性, 再利用偏光片决定画素(Pixel)的明暗状态. 此外, 上层玻璃因与彩色滤光片贴合, 形成每个画素各包含红蓝绿三颜色, 这些发出红蓝绿色彩的画素便构成了面板上的影像画面.

TN TFT-LCD

低廉的生产成本使TN TFT-LCD成为了应用最广泛的入门级液晶面板, 在目前市面上主流的中低阶液晶显示器中被广泛使用. 目前我们看到的TN TFT-LCD面板多是改良型的TN+film. film即补偿膜, 用于弥补TN面板可视角度的不足, 目前改良型TN面板的可视角度都达到160° 当然这是厂商在对比度为10:1的情况下测得的极限值, 实际上在对比度下降到100:1时, 图像已经出现失真甚至偏色的状况. 随着新技术的发展应用与使用习惯的改变, 大视角应用需求将日益剧增, 如此一来, TN大视角色偏缺点就更为突显, 尤其下视角更有灰阶反转现象发生, 这就是广视角技术近来日益渐增的主要原因. 再者,TN面板提高对比度的难度较大, 直接暴露出来的问题就是色彩单薄, 还原能力差, 过渡不自然. 但TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少, 液晶分子偏转速度快, 反应时间容易提高. 目前市场上反应速度在5ms以上之液晶产品, 基本上都採用的是TN面板. Yo~ 不知不觉又写了这幺多… 改天再来聊聊广视角技术好啦~

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