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LCD液晶原理大剖析

字号+ 作者/录入:3d3d 来源:工业设计.中国 2007-09-26 [在线反馈] 我要评论

对于许多的用户而言可能已经不是一个新鲜的名词,不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象──在1888年,一位奥地利的植物学家F.Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。 在85年之后,这一发现才产生了商业价值,1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在,LCD是笔记型计算机和掌上计算机的主要显示设备,在投影机中,它也扮演着非常重要的角色,而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。 为什么叫液晶? 液晶得名于其物理特性:它的分子晶体,不过以液态存在而非固态。大多数液晶都属于有机复合物。这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点:如果你让电流通过液晶层,这些分子将会以电流的流向方向进行排列,如果没有电流,它们将会彼此平行排列。如果你提供了带有细小沟槽的外层,将液晶倒入后,液晶分子会顺着槽排列,并且内层与外层以同样的方式进行排列。
液晶的第三个特性是很神奇的:液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器,这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。此外,如果液晶层发生了扭转,光线将会随之扭转,以不同的方向从另外一个面中射出。 液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关-即可以阻碍光线,也可以允许光线通过。液晶单元的底层是由细小的脊构成的,这些脊的作用是让分子呈平行排列。上表面也是如此,在这两侧之间的分子平行排列,不过当上下两个表面之间呈一定的角度时,液晶成了随着两个不同方向的表面进行排列,就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶,所有的分子将会按照电流的方向进行排列,这样就会消除光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面,扭转的光线通过了,而没有发生扭转的光线将被阻碍。因此可以通过电流的通

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LCD显示器的关键因素之一是它的价格。如果比 CRT 更加便宜,它将会占据几乎全部的显示器市场。但不幸的是,对于桌上计算机经常使用的15、17吋显示器来说,相同显示面积的 LCD 的造价几乎是 CRT 的 3 到 5 倍。显示面积越大,造价差距越大。为什么LCD 造价如此之高?这取决于它们的制造方式。它的制造工艺异常复杂,维持高良率需要不断努力。 Kcx大湾区工业设计网

显示色彩 Kcx大湾区工业设计网

LCD 显示的一个重要的技术指标是显示色彩。 Kcx大湾区工业设计网

CRT 显示器所能表现出的色彩几乎是无穷的,因为它是模拟设备。只需改变红绿蓝三种模拟信号的强度,你就可以得到不同的色彩。与 CRT 一样, LCD 技术也是根据电压的大小来改变亮度,但是只有主动矩阵 LCD 可以单独控制每个像素,被动矩阵 LCD 每次都要驱动整行或整列像素,因此它的灰阶表现能力很差。 Kcx大湾区工业设计网

每个LCD的子像素显示的颜色取决于色彩过滤器。由于液晶本身没有颜色,所以用滤色片产生各种颜色,而不是子像素,子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰阶,只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制,大多数则采用数字信号控制技术。大部分数字控制的 LCD 都采用了 8 位控制器,可以产生 256 级灰阶。每个子像素能够表现 256 级,那么你就能够得到 256×3种色彩,每个像素能够表现 16,777,216 种成色。因为人的眼睛对亮度的感觉并不是线性变化的,人眼对低亮度的变化更加敏感,所以这种 24 位的色度并不1能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统一。 Kcx大湾区工业设计网

制造商还采用了两种技术来提高主动矩阵显示中每个液晶单元的灰阶显示数目。第一种是抖动方法。将四个毗连呈正方形的像素作为一个单元,如果其中一个的灰阶太低,那么相邻的像素就会提高自身的亮度,从而显示出一个比较适中的灰阶,四个像素最后会显示出三个适中的最终灰阶作为显示结果。这种方法的最大缺点在于降低了显示的分辨率。 Kcx大湾区工业设计网

另一项技术是框架速率控制(FRC )或者暂时的高频振动。这种方法在显示每屏图像时多次刷新像素。与高频振动中将灰阶的混合用空间来显示不同,这种方法通过时间控制。如果显示一幅画面需要的时间分为很多帧,像素就可以在帧的切换当中造成一种灰阶的过渡态,四帧就可以造成三个过渡态。这种设计的优点是可以不降低图像的分辨率,被广泛应用于现代的主动矩阵显示器中。 Kcx大湾区工业设计网

传统工艺流程 Kcx大湾区工业设计网

LCD 的面板最早使用非常薄的玻璃制造。大约只有 1.1-0.4毫米厚,由于玻璃生产中,设备不同会造成玻璃厚度不同。所以,显示器只能在一套模具中制造。玻璃底层镀有一层非晶硅,从而在每个像素单元上可以制造半导体组件。经过一系列的平板照相、蚀刻、覆膜和沉积步骤,在每个像素上都生成了开关晶体管、滤色器及其它部分。   文  /  佚名

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