LCD的分類和顯示原理

常見的液晶顯示器按物理結構分為四種：

(1)扭曲向列型(TN-TwistedNematic);

(2)超扭曲向列型(STN-SuperTN);

(3)雙層超扭曲向列型(DSTN-DualScanTortuosity

Nomograph);

(4)薄膜晶體管型(TFT—ThinFilmTransistor)°

其中TN-LCD.STN-LCD和DSYN-LCD的基本顯示原理都相

同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STN-LCD的液晶分子扭曲角度

為180度甚至270度。而TFT-LCD則采納與TN系列LCD迥然不同

的顯示方式。其詳細工作原理見下：

1、TN型采納的是液晶顯示器中最基本的顯示技術，而之后其它種類

的液晶顯示器也是以TN型為基礎來進行改良。而且，它的運作原理也較

其它技術來的簡潔。請讀者參照下方的圖片。圖中所表示的是TN型液晶

顯示器的簡易構造圖，包括了垂直方向與水平方向的偏光板，具有細紋溝

槽的配向膜，液晶材料以與導電的玻璃基板。

TN型液晶顯示器顯示原理（亮的情況）

--在不加電場的狀況下，入射光經(jīng)過偏光板后通過液晶層，偏光被分

子扭轉(zhuǎn)排列的液晶層旋轉(zhuǎn)90度。在離開液晶層時，其偏光方向恰與另一

偏光板的方向一樣，所以光線能順當通過，使整個電極面呈光亮。

--當加入電場的狀況時，每個液晶分子的光軸轉(zhuǎn)向與電場方向一樣。

液晶層也因此失去了旋光的實力，結果來自入射偏光片的偏光，其方向與

另一偏光片的偏光方向成垂直的關系，并無法通過，這樣電極面就呈現(xiàn)黑

暗的狀態(tài)。

TN型的顯像原理是將液晶材料置于兩片貼附光軸垂直偏光板的透亮

導電玻璃間，液晶分子會依附向膜的細溝槽方向，按序旋轉(zhuǎn)排列。假如電

場未形成，光線就會順當?shù)膹钠獍迳淙耄壕Х肿訉⑵湫羞M方向旋轉(zhuǎn)，

然后從另一邊射出。假如在兩片導電玻璃通電之后，玻璃間就會造成電場,

進而影響其間液晶分子的排列，使分子棒進行扭轉(zhuǎn)，光線便無法穿透，進

而遮住光源。這樣得到光暗對比的現(xiàn)象，就叫做扭轉(zhuǎn)式向列場效應，簡稱

TNFE(twistednematicfieldeffect)。電子領域中所用的液晶顯示器，

幾乎都是用扭轉(zhuǎn)式向列場效應原理制成的。

2、STN型的顯示原理與TN相類似。不同的是，TN扭轉(zhuǎn)式向列場效

應的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90度，而STN超扭轉(zhuǎn)式向列場效應是將入

射光旋轉(zhuǎn)180~270度。

必需在這里指出的是，單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形

(或稱黑白)，并沒有方法做到色調(diào)的變更°而STN液晶顯示器由于液

品材料的關系，以與光線的干涉現(xiàn)象，因此顯示的色調(diào)都以淡綠色與橘色

為主。但假如在傳統(tǒng)單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片(color

filter),并將單色顯示矩陣之任一像素(pixel)分成三個子像素

(sub-pixel),分別通過彩色濾光片顯示紅、黃、藍三原色，再經(jīng)由三

原色比例之調(diào)和，也可以顯示出全彩模式的色調(diào)。另外，TN型的液晶顯

示器顯示屏幕做的越大，其屏幕對比度就會顯得較差，不過藉由STN的

改良技術，亦可以在肯定程度上彌補對比度不足的狀況。

3、DSTN是通過雙掃描方式來掃描扭曲向列型液晶顯示屏，從而達

到完成顯示目的。DSTN是由超扭曲向列型顯示器(STN)發(fā)展而來的。

由于DSTN采納雙掃描技術，因此顯示效果相對STN來說，有大幅度提

高。筆記本電腦剛出現(xiàn)時主要是運用STN,其后是DSTNoSTN和DSTN

的反應時間都較慢，一般約為300ms左右。從液晶顯示原理來看，STN

的原理是通過電場變更原為18。度以上扭曲的液晶分子的排列，達到變更

旋光狀態(tài)的目的。外加電場則通過逐行掃描的方式變更電場，因此在電場

反復變更電壓的過程中，每一點的復原過程都較慢，這樣就會產(chǎn)生余輝現(xiàn)

象。用戶能感覺到拖尾（余輝）現(xiàn)象，也就是一般俗稱的“偽彩”。由于

DSTN顯示屏上每個像素點的亮度和對比度都不能獨立限制，造成其顯示

效果欠佳。由這種液晶體所構成的液晶顯示器對比度和亮度都比較差、屏

幕視察范圍也較小、色調(diào)不夠豐富，特殊是反應速度慢，不適于高速全動

圖像、視頻播放等應用。一般只用于文字、表格和靜態(tài)圖像處理，但是它

結構簡潔并且價格相對低廉，耗能也比TFT-LCD少，而視角小也可以通

過防止窺視屏幕內(nèi)容達到保密作用，結構簡潔也減小整機體積和重量。因

此，在少數(shù)筆記本電腦中仍采納它作為顯示設備。目前，DSTN液晶顯示

屏仍舊占有肯定的市場份額。

DSTN-LCD也不是真正的彩色顯示器，它只能顯示肯定的顏色深度。

與CRT的顏色顯示特性相距較遠，因而又稱為“偽彩顯”。DSTN的工

作特點是這樣的：掃描屏幕被分為上下兩部分，CPU同時并行對這兩部分

進行刷新（雙掃描），這樣的刷新頻率雖然要比單掃描（STN）重繪整個

屏幕快一倍，提高了占空率，改善了顯示效果。而且當DSTN分上下兩屏

同時掃描時，上下兩部分就會出現(xiàn)刷新不同步的問題。所以當內(nèi)部電子元

件的性能不佳時，顯示屏中心可能會出現(xiàn)一條模糊的水平亮線。不過，現(xiàn)

在采納DSTN-LCD的電腦因CPU和RAM速率高且性能穩(wěn)定，這種不同

步現(xiàn)象已經(jīng)很少碰見到了。

另外，由于DSTN顯示屏上的像素信息是由屏幕左右兩側的一整行晶

體管限制下的像素來顯示，而且每個像素點不能自身發(fā)光，是無源像點。

所以反應速度不快，屏幕刷新后更可能留下幻影，其對比度和亮度也比較

低，看到的圖像要比CRT顯示器里的暗得多。

而HPA則被稱為高性能定址或快速DSTNo它是DSTN的改良型,

能供應比DSTN更快的反應時間、更高的對比度和更大的視角。再加上它

具有與DSTN相近的成本，因此在低端筆記本電腦市場具有肯定的優(yōu)勢。

液晶屏幕的驅(qū)動方式

單純矩陣驅(qū)動方式

一-單純矩陣驅(qū)動方式是由垂直與水平方向的電極所構成。選擇要驅(qū)動

的部份，是由水平方向的電壓來限制。而垂直方向的電極則負責驅(qū)動液晶

分子。

TN與STN型液晶顯示器所運用的是單純驅(qū)動電極方式，都是采納X、

Y軸的交叉方式來驅(qū)動，如下圖所示。因此假如顯示部份越做越大的話，

那么中心部份的電極反應時間可能就會比較長。而為了讓屏幕顯示一樣,

整體顯示速度就會變慢。講的簡潔一點，就好象是當CRT顯示器的屏幕

更新頻率不夠快時，運用者就會感到屏幕閃耀、跳動；或著是當須要快速

顯示3D動畫時，顯示器的顯示速度卻無法跟上，顯示出來的要果可能就

會有延遲的現(xiàn)象。所以，早期的液晶顯示器在尺寸上有肯定的限制，而且

并不適合用來看電影、玩3D嬉戲。

主動式矩陣騏動

足■式電3停(

―-主動式矩陣的驅(qū)動方式是讓每個畫素都對應一個組電極，它的構造

有點像DRAM的回路方式，電壓通過掃描(或稱作肯定時間充電)方式,

來表示每個畫素的狀態(tài)。

為了改善此前出現(xiàn)的問題，后來液晶顯示技術大多采納主動式矩陣

(active-matrixaddressing)的方式來驅(qū)動。這也是目前達到高資料密

度液晶顯示效果的志向裝置，而且辨別率極高。方法是利用薄膜技術所做

成的硅品體管電極，通過掃描法來選擇隨意一個顯示點(pixel)的開與關。

這其實就是利用簡潔限制薄膜式晶體管的非線性功能，來取代不易限制的

液晶非線性功能。

在TFT型液晶顯器導電玻璃上細小的網(wǎng)狀線路中，，電極是由薄膜式

晶體管所排列而成的矩陣開關，在每個線路相交的地方都有著相應的限制

匣。雖然驅(qū)動訊號快速地在各顯示點掃瞄而過，但只有電極上晶體管矩陣

中被選擇的顯示點，才能得到足以驅(qū)動液晶分子的電壓。這樣就使得液晶

分子軸轉(zhuǎn)向，并形成「亮」的對比，而不被選擇的顯示點自然就是「暗」

的對比。這也避開了顯示功能對液晶電場效應實力的依靠。

4、TFT型液晶顯示器的運作原理

戒餐為示H結構用

力包總卷斤（內(nèi)含魚周京）

TFT型的液晶顯示器較為困難，主要是由：螢光管、導光板、偏光板、

濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等構成。首先，

液晶顯示器必需先利用背光源，也就是螢光燈管投射出光源，這些光源會

先經(jīng)過一個偏光板然后再經(jīng)過液晶。這時液晶分子的排列方式就會變更穿

透液晶的光線角度，然后這些光線還必需經(jīng)過前方的彩色的濾光膜與另一

塊偏光板。因此我們只要變更刺激液晶的電壓值就可以限制最終出現(xiàn)的光

線強度與色調(diào)，這樣就能在液晶面板上變更出有不同色調(diào)的顏色組合了。

TFT-LCD的每個像素點都是由集成在自身上的TFT來限制的，它們

是有源像素點。因此，不但反應時間可以極大地加快，至少可以到80ms

左右；對比度和亮度也大大提高了；同時辨別率也得到了空前的提升。因

為它具有更高的對比度和更豐富的色調(diào)，熒屏更新頻率也更快，所以我們

稱之為“真彩”。

目前市面上的LCD液晶顯示器主要有兩類：DSTN（dual-scan

twistednematic,雙掃描交織液晶顯示）和TFT（thinfilmtransistor,

薄膜晶體管顯示），也就是被動矩陣（無源矩陣）和主動矩陣（有源矩陣）

兩種。

與DSTN相比，TFT的主要特點是在每個像素配置一個半導體開關

器件，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。由于每個像素都可通過點脈沖

干脆限制，使得每個節(jié)點相對獨立，并可以連續(xù)限制。這樣不僅提高了反

應時間，同時在灰度限制上也可以做到特別精確，這就是TFT色調(diào)較

DSTN更為逼真的緣由。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色顯示設備之一,

TFT-LCD具有屏幕反應速度快、對比度和亮度都較高、屏幕可視角度大、

色調(diào)豐富、辨別率高等等特點，克服了兩者的