1、The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活液晶顯示器工作原理液晶顯示器工作原理TNTN全球質(zhì)量管理中心全球質(zhì)量管理中心 QEQE部部20102010年年8 8月月2 2日日2 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活TN液晶顯示器簡介TN液晶顯示器構(gòu)造TN液晶顯示器工作原理TN液晶顯示器特性目錄目錄3 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活twisted nematic liquid crystal display ：TN-LCD 扭曲向列型液晶顯示器扭曲向列型液晶顯示器 主要生產(chǎn)廠商：主要生產(chǎn)廠商：三星，LG

2、-Display，奇美，友達(dá)廣電，瀚宇彩晶。 TN-LCD采用的是液晶顯示器中最基本的顯示技術(shù)，而之后其它種類的液晶顯示器也是以TN型為基礎(chǔ)來進(jìn)行改良。而且，它的運(yùn)作原理也較其它技術(shù)簡單。請(qǐng)參照下頁的構(gòu)造圖片。圖中所表示的是TN型液晶顯示器的簡易構(gòu)造圖，包括了垂直方向與水平方向的偏光片，具有細(xì)紋溝槽的配向膜，液晶材料以及導(dǎo)電的玻璃基板等。 因其低廉的成本優(yōu)勢使TN-LCD成為了應(yīng)用最廣泛的入門級(jí)液晶面板，在目前市面上主流的中低端液晶顯示器中被廣泛使用。TN-LCD常用的幾種模式常用的幾種模式 常白型尋常模式顯示、常白型非尋常模式顯示、常黑型尋常模式顯示、常黑型非尋常模式顯示；TN-LCDTN-

3、LCD屏介紹屏介紹4 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活TN-LCDTN-LCD構(gòu)造構(gòu)造Twisted Nematic Liquid Crystal Displays5 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活 液晶分子沿面配向膜排列，分子長軸在上下基板之間連續(xù)扭曲液晶分子沿面配向膜排列，分子長軸在上下基板之間連續(xù)扭曲90，夾，夾入兩電極基板之間，制成液晶盒；入兩電極基板之間，制成液晶盒； 背光模組產(chǎn)生的光線經(jīng)下偏光片變成線偏振光，入射到液晶盒內(nèi)，被扭背光模組產(chǎn)生的光線經(jīng)下偏光片變成線偏振光，入射到液晶盒內(nèi)，被扭曲曲90，并通過上玻

4、璃基板外的上偏光片（垂直于下偏光片），透光；當(dāng)兩，并通過上玻璃基板外的上偏光片（垂直于下偏光片），透光；當(dāng)兩電極之間加上一定的電壓時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)，最終成與基板成垂直排列，電極之間加上一定的電壓時(shí)，液晶分子轉(zhuǎn)動(dòng)，最終成與基板成垂直排列，當(dāng)入射光到液晶盒內(nèi)的產(chǎn)生的偏振光，未被扭曲，不能通過上偏光片，不當(dāng)入射光到液晶盒內(nèi)的產(chǎn)生的偏振光，未被扭曲，不能通過上偏光片，不透光。透光。 工作原理工作原理6 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活TN-LCD旋光原理：旋光原理： 線偏振光在液晶盒內(nèi)扭曲旋光需滿足的條件為： nd ( )/。 n=nd cos n為液晶材料折射率各

5、向異性值； 為液晶分子傾斜角平均值；d為液晶層厚度；為扭曲角。 TN液晶盒為90度， 為12度，所以上式可近似為： nd /2 P n ， P為螺距 0 當(dāng)nd /2及扭曲的螺距P與液晶折射率各向異性乘積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于可見光波長的條件得到滿足時(shí)（關(guān)態(tài)液晶盒內(nèi)液晶分子形成一種扭曲結(jié)構(gòu)）垂直入射的線偏振光的偏振面將順著液晶分子扭曲方向旋轉(zhuǎn)，液晶分子長軸90度扭曲導(dǎo)致了90度的旋光。 當(dāng) 0 ，液晶分子將隨電場方向排列，扭曲結(jié)構(gòu)消失，導(dǎo)致旋光作用消失。這種電光效應(yīng)稱為扭曲電場效應(yīng)。工作原理工作原理7 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活TN-LCDTN-LCD的優(yōu)缺點(diǎn)：的優(yōu)

6、缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜（最重要的優(yōu)勢），面板液晶分子響應(yīng)時(shí)間快；優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜（最重要的優(yōu)勢），面板液晶分子響應(yīng)時(shí)間快；缺點(diǎn)：可視角度窄，色彩偏差。缺點(diǎn)：可視角度窄，色彩偏差。響應(yīng)時(shí)間快響應(yīng)時(shí)間快 響應(yīng)時(shí)間這個(gè)專業(yè)的液晶指標(biāo)最早由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織即（ISO）推出，規(guī)范代碼是ISO13406-2，該規(guī)范制定的初衷就是要反映液晶顯示器表現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像的平滑度和清晰度。該規(guī)范把響應(yīng)時(shí)間定義如下：當(dāng)一個(gè)像素電從白色轉(zhuǎn)為黑色（ISO的定義所謂白色即指90%灰度，黑色指10%灰度 ），電極電壓從0變?yōu)樽畲笾担醋畲箅妷杭?lì)狀態(tài)下，液晶分子迅速轉(zhuǎn)換到新的位置，這一過程所用的時(shí)間被稱為上升時(shí)間段。當(dāng)一個(gè)像素由黑轉(zhuǎn)白，

7、像素所加電壓切斷，液晶分子迅速回到加電前位置，這一過程稱為下降時(shí)間。整個(gè)響應(yīng)時(shí)間過程就是由上升時(shí)間加上下降時(shí)間獲得的數(shù)值。 TN面板的優(yōu)點(diǎn)是由于輸出灰階級(jí)數(shù)較少，液晶分子偏轉(zhuǎn)速度快，響應(yīng)時(shí)間容易提高，目前市場上8ms以下液晶產(chǎn)品大部分均采用的是TN面板 TN-LCDTN-LCD特性特性8 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活可視角度窄：可視角度窄： 由于液晶是一種具有雙折射率n的物質(zhì)，且其n = ne-no0。因此當(dāng)光線通過液晶分子后，可分成ordinary ray與extraordinary ray兩道光，如果光線是斜向入射液晶分子，便會(huì)產(chǎn)生兩道折射光線。因此

8、當(dāng)光線經(jīng)過上下兩片玻璃中的液晶后，光線就會(huì)產(chǎn)生相位延遲(phase retardation)的現(xiàn)象。TN-LCDTN-LCD特性特性當(dāng)入射光線與液晶長軸平行時(shí)，無當(dāng)入射光線與液晶長軸平行時(shí)，無雙折射雙折射。當(dāng)入射光線與液晶長軸夾當(dāng)入射光線與液晶長軸夾角增大，產(chǎn)生雙折射角增大，產(chǎn)生雙折射。9 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活TN-LCDTN-LCD特性特性10 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活可視角度窄解決方法可視角度窄解決方法TN面板為面板為TN+Film類型面板類型面板 經(jīng)上述可知，視角較小是因?yàn)閚0所造成的相位延遲引起

9、，只要找n0的材料來作補(bǔ)償就可以了。因此一般的光學(xué)補(bǔ)償膜都是屬于n0的材料，這樣一來光學(xué)補(bǔ)償膜的相位延遲，就可以跟線狀液晶的相位延遲互相抵消，就可以增加液晶面板的可視角度。 當(dāng)光是從下方入射，然後從上方射出時(shí)，首先會(huì)經(jīng)過底下的一片光學(xué)補(bǔ)償膜，由於其n0光線便會(huì)有了負(fù)的相位延遲，接下來光線繼續(xù)前進(jìn)進(jìn)入到TN型液晶，此時(shí)便會(huì)開始有正的相位延遲，大約到液晶的一半的地方，此時(shí)正負(fù)的相位延遲便會(huì)互相抵消。當(dāng)光線繼續(xù)向上傳播時(shí)，又會(huì)因?yàn)門N型液晶的關(guān)系，產(chǎn)生了正的相位延遲，直到進(jìn)入位於上方的光學(xué)補(bǔ)償膜，又會(huì)開始有負(fù)的相位延遲。在光線離開位在上面的光學(xué)補(bǔ)償膜時(shí)，正負(fù)相位延遲又可以互相抵消，因此只要光學(xué)補(bǔ)償膜

10、設(shè)計(jì)的好，便可以完全抵消TN型液晶所造成的相位延遲，達(dá)到廣視角的效果 TN-LCDTN-LCD特性特性11 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活色彩顯示較差：色彩顯示較差： TN屏它只能產(chǎn)生R/G/B各64色，最大的實(shí)際發(fā)色數(shù)也僅有262144。而顯示器都希望能完全反映顯卡輸出的24bit 1600多萬種顏色（256 種紅色，256 種綠色and 256 種藍(lán)色相互疊加獲得，最大發(fā)色數(shù)為1670萬色 ）； 但是為了獲得超過1600萬種色彩的表現(xiàn)能力，面板都會(huì)使用到我們常說到的“抖動(dòng)”技術(shù)，該技術(shù)的基本原理局勢快速切換相近顏色利用人眼的殘留效應(yīng)獲得缺失色彩。和8b

11、it面板所能提供的0,1,2,3,4 直到255的三原色色階相比, TN 面板所能提供的色階是不連續(xù)的0,4 ,8 ,12 ,16 ,20 直到252。我們下面就來看看廠商們實(shí)現(xiàn)“抖動(dòng)”技術(shù)的兩種不同方法： TN-LCDTN-LCD特性特性12 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活 第一種方法是在同一像素上使用：在T0 時(shí)刻像素顯示白色, 在T1時(shí)刻像素顯示 4級(jí)灰度, 然后在T2時(shí)刻又恢復(fù)T0時(shí)刻的白色，在T3時(shí)刻又顯示4級(jí)灰度，如此周而復(fù)始，利用人眼的視覺殘留混合兩種像素灰階信息，于是就近似得到了2級(jí)灰度。 再看看1級(jí)灰度是怎樣實(shí)現(xiàn)的，如果采用第一種方法T0

12、, T1, T2 三個(gè)時(shí)刻像素都要顯示白色，而到了T3時(shí)刻顯示4級(jí)灰度（因?yàn)門N面板像素?zé)o法直接顯示1、2、3級(jí)的灰度），于是觀察者就得到 (0+0+0+4) / 4= 1一級(jí)灰度， 雖然第一種算法只涉及處理一個(gè)像素，但是對(duì)于液晶這種本身“刷新”率不高的顯示技術(shù)來說，這樣的實(shí)現(xiàn)會(huì)發(fā)生不可避免的像素抖動(dòng)現(xiàn)象。 TN-LCDTN-LCD特性特性T1T2T3T4T1T2T3T413 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活 于是就出現(xiàn)了第二種實(shí)現(xiàn)“抖動(dòng)”的方法：利用四個(gè)像素組成的像素方塊陣，對(duì)角線方向的兩個(gè)像素分別顯示相同的白色或者4級(jí)灰度，使用在觀察距離上就會(huì)得到2級(jí)灰度的顏色信息。 再看看1級(jí)灰度是怎樣實(shí)現(xiàn)的，由四個(gè)像素組成的方塊陣中有三個(gè)像素顯示白色，一個(gè)像素顯示4級(jí)灰度，這樣也能近似得到一級(jí)灰度色彩。 TN-LCDTN-LCD特性特性14 The Creative Life創(chuàng)創(chuàng) 意意 感感 動(dòng)動(dòng) 生生 活活 抖動(dòng)技術(shù)的發(fā)明從一定程度上解決了TN面板顏色先天不足的問題，但是這并不是一個(gè)完美的解決方法，直接暴露出來的問題就是可見的像素抖動(dòng)無法得到253, 254 和 255 這三種灰度，即使應(yīng)用了色彩抖動(dòng)，能夠顯示出來的色彩也只有0到252灰階的三原色,所以最后得到的色彩顯示數(shù)信息是