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LCD液晶模塊顯示顏色原理介紹

發布日期:2019-06-19 09:09:10

LCD液晶模塊顯示顏色原理介紹

 

lcd顯示器簡介液晶顯示器(LCD)英文全稱為Liquid Crystal Display,它一種是采用了液晶控制透光度技術來實現色彩的顯示器。和CRT顯示器相比,LCD的優點是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗,當色彩不變時,液晶也保持不變,這樣就無須考慮刷新率的問題。
 
對于畫面穩定、無閃爍感的液晶顯示器,刷新率不高但圖像也很穩定。LCD顯示器還通過液晶控制透光度的技術原理讓底板整體發光,所以它做到了真正的完全平面。一些高檔的數字LCD顯示器采用了數字元方式傳輸數據、顯示圖像,這樣就不會產生由于顯卡造成的色彩偏差或損失。完全沒有輻射的優點,即使長時間觀看LCD顯示器屏幕也不會對眼睛造成很大傷害。體積小、能耗低也是CRT顯示器無法比擬的,一般一臺15寸LCD顯示器的耗電量也就相當于17寸純平CRT顯示器的三分之一。
 
LCD液晶模塊
 
目前相比CRT顯示器,LCD顯示器圖像質量仍不夠完善。色彩表現和飽和度LCD顯示器都在不同程度上輸給了CRT顯示器,而且液晶顯示器的響應時間也比CRT顯示器長,當畫面靜止的時候還可以,一旦用于玩游戲、看影碟這些畫面更新速度塊而劇烈的顯示時,液晶顯示器的弱點就暴露出來了,畫面延遲會產生重影、脫尾等現象,嚴重影響顯示質量。lcd顯示器工作原理從液晶顯示器的結構來看,無論是筆記本計算機還是桌面系統,采用的LCD顯示屏都是由不同部分組成的分層結構。
 
LCD由兩塊玻璃板構成,厚約1mm,其間由包含有液晶材料的5μm均勻間隔隔開。因為液晶材料本身并不發光,所以在顯示屏兩邊都設有作為光源的燈管,而在液晶顯示屏背面有一塊背光板(或稱勻光板)和反光膜,背光板是由熒光物質組成的可以發射光線,其作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬液晶液滴的液晶層。液晶層中的液滴都被包含在細小的單元格結構中,一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極,電極分為行和列,在行與列的交叉點上,通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態,液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。
 
LCD液晶模塊
 
在液晶材料周邊是控制電路部分和驅動電路部分。當LCD中的電極產生電場時,液晶分子就會產生扭曲,從而將穿越其中的光線進行有規則的折射,然后經過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。液晶顯示技術也存在弱點和技術瓶頸,與CRT顯示器相比亮度、畫面均勻度、可視角度和反應時間上都存在明顯的差距。其中反應時間和可視角度均取決于液晶面板的質量,畫面均勻度和輔助光學模塊有很大關系。對于液晶顯示器來說,亮度往往和他的背板光源有關。背板光源越亮,整個液晶顯示器的亮度也會隨之提高。而在早期的液晶顯示器中,因為只使用2個冷光源燈管,往往會造成亮度不均勻等現象,同時明亮度也不盡人意。
 
一直到后來使用4個冷光源燈管產品的推出,才有很大的改善。信號反應時間也就是液晶顯示器的液晶單元響應延遲。實際上就是指的液晶單元從一種分子排列狀態轉變成另外一種分子排列狀態所需要的時間,響應時間愈小愈好,它反應了液晶顯示器各像素點對輸入信號反應的速度,即屏幕由暗轉亮或由亮轉暗的速度。響應時間越小則使用者在看運動畫面時不會出現尾影拖拽的感覺。有些廠商會通過將液晶體內的導電離子濃度降低來實現信號的快速響應,但其色彩飽和度、亮度、對比度就會產生相應的降低,甚至產生偏色的現象。這樣信號反應時間上去了,但卻犧牲了液晶顯示器的顯示效果。有些廠商采用的是在顯示電路中加入了一片IC圖像輸出控制芯片,專門對顯示信號進行處理的方法來實現的。IC芯片可以根據VGA輸出顯卡信號頻率,調整信號響應時間。
 
由于沒有改變液晶體的物理性質,因此對其亮度、對比度、 色彩飽和度都沒有影響,這種方法的制造成本也相對較高。由上便可看出,液晶面板的質量并不能完全代表液晶顯示器的質量,沒有出色的顯示電路配合,再好的面板也不能做出性能優異的液晶顯示器。隨著LCD產品產量的增加、成本的下降,液晶顯示器會大量普及。液晶顯示器原理 國內計算機市場各種品牌的純平顯示器之間強烈的競爭,各個商家都想在純平這塊大蛋糕上分得最大的份額。而當人們像當初搬15英寸顯示器一樣把純平買回家后。我們不僅要問:下一代顯示器的熱點是什么呢?矛頭直指液晶顯示器。液晶顯示器具有圖像清晰精確、平面顯示、厚度薄、重量輕、無輻射、低能耗、工作電壓低等優點。 液晶顯示器的分類 液晶顯示器按照控制方式不同可分為被動矩陣式LCD及主動矩陣式LCD兩種。
 
1. 被動矩陣式LCD在亮度及可視角方面受到較大的限制,反應速度也較慢。由于畫面質量方面的問題,使得這種顯示設備不利于發展為桌面型顯示器,但由于成本低廉的因素,市場上仍有部分的顯示器采用被動矩陣式LCD。被動矩陣式LCD又可分為TN-LCD(Twisted Nematic-LCD,扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD,超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Double layer STN-LCD,雙層超扭曲向列LCD)。
 
2. 目前應用比較廣泛的主動矩陣式LCD,也稱TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD,薄膜晶體管LCD)。TFT液晶顯示器是在畫面中的每個像素內建晶體管,可使亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積。與CRT顯示器相比,LCD顯示器的平面顯示技術體現為較少的零件、占據較少的桌面及耗電量較小,但CRT技術較為穩定成熟。 液晶顯示器的工作原理 我們很早就知道物質有固態、液態、氣態三種型態。液體分子質心的排列雖然不具有任何規律性,但是如果這些分子是長形的(或扁形的),它們的分子指向就可能有規律性。于是我們就可將液態又細分為許多型態。
 
分子方向沒有規律性的液體我們直接稱為液體,而分子具有方向性的液體則稱之為“液態晶體”,又簡稱“液晶”。液晶產品其實對我們來說并不陌生,我們常見到的手機、計算器都是屬于液晶產品。液晶是在1888年,由奧地利植物學家Reinitzer發現的,是一種介于固體與液體之間,具有規則性分子排列的有機化合物。一般最常用的液晶型態為向列型液晶,分子形狀為細長棒形,長寬約1nm~10nm,在不同電流電場作用下,液晶分子會做規則旋轉90度排列,產生透光度的差別,如此在電源ON/OFF下產生明暗的區別,依此原理控制每個像素,便可構成所需圖像。
 
1. 被動矩陣式LCD工作原理 TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之間的顯示原理基本相同,不同之處是液晶分子的扭曲角度有些差別。下面以典型的TN-LCD為例,向大家介紹其結構及工作原理。 在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶顯示屏面板中,通常是由兩片大玻璃基板,內夾著彩色濾光片、配向膜等制成的夾板? 外面再包裹著兩片偏光板,它們可決定光通量的最大值與顏色的產生。彩色濾光片是由紅、綠、藍三種顏色構成的濾片,有規律地制作在一塊大玻璃基板上。每一個像素是由三種顏色的單元(或稱為子像素)所組成。假如有一塊面板的分辨率為1280×1024,則它實際擁有3840×1024個晶體管及子像素。
 
每個子像素的左上角(灰色矩形)為不透光的薄膜晶體管,彩色濾光片能產生RGB三原色。每個夾層都包含電極和配向膜上形成的溝槽,上下夾層中填充了多層液晶分子(液晶空間不到5×10-6m)。在同一層內,液晶分子的位置雖不規則,但長軸取向都是平行于偏光板的。另一方面,在不同層之間,液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續扭轉90度。其中,鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向,與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。
 
在接近上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列,而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。最后再封裝成一個液晶盒,并與驅動IC、控制IC與印刷電路板相連接。 在正常情況下光線從上向下照射時,通常只有一個角度的光線能夠穿透下來,通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中,再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光板穿出,形成一個完整的光線穿透途徑。而液晶顯示器的夾層貼附了兩塊偏光板,這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。當液晶層施加某一電壓時,由于受到外界電壓的影響,液晶會改變它的初始狀態,不再按照正常的方式排列,而變成豎立的狀態。
 
因此經過液晶的光會被第二層偏光板吸收而整個結構呈現不透光的狀態,結果在顯示屏上出現黑色。當液晶層不施任何電壓時,液晶是在它的初始狀態,會把入射光的方向扭轉90度,因此讓背光源的入射光能夠通過整個結構,結果在顯示屏上出現白色。為了達到在面板上的每一個獨立像素都能產生你想要的色彩,多個冷陰極燈管必須被使用來當作顯示器的背光源。
 
2. 主動矩陣式LCD工作原理 TFT-LCD液晶顯示器的結構與TN-LCD液晶顯示器基本相同,只不過將TN-LCD上夾層的電極改為FET晶體管,而下夾層改為共通電極。 TFT-LCD液晶顯示器的工作原理與TN-LCD卻有許多不同之處。TFT-LCD液晶顯示器的顯像原理是采用“背透式”照射方式。當光源照射時,先通過下偏光板向上透出,借助液晶分子來傳導光線。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極,在FET電極導通時,液晶分子的排列狀態同樣會發生改變,也通過遮光和透光來達到顯示的目的。
 
但不同的是,由于FET晶體管具有電容效應,能夠保持電位狀態,先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態,直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。 液晶顯示器的技術參數
 
1. 可視面積 液晶顯示器所標示的尺寸就是實際可以使用的屏幕范圍一致。例如,一個15.1英寸的液晶顯示器約等于17英寸CRT屏幕的可視范圍。
 
2. 可視角度 液晶顯示器的可視角度左右對稱,而上下則不一定對稱。舉個例子,當背光源的入射光通過偏光板、液晶及取向膜后,輸出光便具備了特定的方向特性,也就是說,大多數從屏幕射出的光具備了垂直方向。假如從一個非常斜的角度觀看一個全白的畫面,我們可能會看到黑色或是色彩失真。一般來說,上下角度要小于或等于左右角度。如果可視角度為左右80度,表示在始于屏幕法線80度的位置時可以清晰地看見屏幕圖像。但是,由于人的視力范圍不同,如果沒有站在最佳的可視角度內,所看到的顏色和亮度將會有誤差。現在有些廠商就開發出各種廣視角技術,試圖改善液晶顯示器的視角特性,這些技術都能把液晶顯示器的可視角度增加到160度,甚至更多。
 
3. 點距 我們常問到液晶顯示器的點距是多大,但是多數人并不知道這個數值是如何得到的,現在讓我們來了解一下它究竟是如何得到的。舉例來說一般14英寸LCD的可視面積為285.7mm×214.3mm,它的最大分辨率為1024×768,那么點距就等于:可視寬度/水平像素(或者可視高度/垂直像素),即285.7mm/1024=0.279mm(或者是214.3mm/768=0.279mm)。
 
4. 色彩度 LCD重要的當然是的色彩表現度。我們知道自然界的任何一種色彩都是由紅、綠、藍三種基本色組成的。LCD面板上是由1024×768個像素點組成顯像的,每個獨立的像素色彩是由紅、綠、藍(R、G、B)三種基本色來控制。大部分廠商生產出來的液晶顯示器,每個基本色(R、G、B)達到6位,即64種表現度,那么每個獨立的像素就有64×64×64=262144種色彩。也有不少廠商使用了所謂的FRC(Frame Rate Control)技術以仿真的方式來表現出全彩的畫面,也就是每個基本色(R、G、B)能達到8位,即256種表現度,那么每個獨立的像素就有高達256×256×256=16777216種色彩了。
 
5. 對比值 對比值是定義最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。CRT顯示器的對比值通常高達500:1,以致在CRT顯示器上呈現真正全黑的畫面是很容易的。但對LCD來說就不是很容易了,由冷陰極射線管所構成的背光源是很難去做快速地開關動作,因此背光源始終處于點亮的狀態。為了要得到全黑畫面,液晶模塊必須完全把由背光源而來的光完全阻擋,但在物理特性上,這些組件并無法完全達到這樣的要求,總是會有一些漏光發生。一般來說,人眼可以接受的對比值約為 250:1。
 
6. 亮度值 液晶顯示器的最大亮度,通常由冷陰極射線管(背光源)來決定,亮度值一般都在200~250 cd/m2間。液晶顯示器的亮度略低,會覺得屏幕發暗。雖然技術上可以達到更高亮度,但是這并不代表亮度值越高越好,因為太高亮度的顯示器有可能使觀看者眼睛受傷。
 
7. 響應時間 響應時間是指液晶顯示器各像素點對輸入信號反應的速度,此值當然是越小越好。如果響應時間太長了,就有可能使液晶顯示器在顯示動態圖像時,有尾影拖曳的感覺。一般的液晶顯示器的響應時間在20~30ms之間。

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