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LCD液晶的原理和发展趋势

来源:互联网 作者:佚名 时间:2008-03-11 本文TAG:
人们早在1888年就发现了液晶这一呈液体状的物质,它是一种几乎完全透明的物质,同时呈现固体与液体的某些特征。液晶从形状和外观看上去都是一种液体,但它的水晶式分子结构又表现出固体的形态。像磁场中的金属一样,当受到外界电场影响时,其分子会产生精确的有序排列;如对分子的排列加以适当的控制,液晶分子将会允许光线穿透;光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列来决定,这又是固体的一种特征。

  六十年代起,人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射。经过反复测试,1968年,在美国发明了液晶显示器件,随后LCD液晶显示屏就正式面世了。然而从第一台LCD显示屏的诞生以来,短短30年,液晶显示器技术得到了飞速的发展:七十年代初,日本开始生产TN-LCD,并推广应用;八十年代初,TN-LCD产品在计算器上得到广泛应用;在1984年,欧美国家提出TFT-LCD和STN-LCD显示技术之后,从八十年代末起,日本掌握了STN-LCD的大规模生产技术,使LCD产业获得飞速发展。

  大约1971年,液晶显示设备就在人类的生活中出现。这就是最初的TN-LCD(扭曲阵列)显示器。尽管当时还只是单色显示,但在某些领域已开始加以应用(例如医学仪器等)。到八十年代初期,TN-LCD开始被应用到电脑产品上。1984年,欧美国家提出STN-LCD(超扭曲阵列),同时TFT-LCD(薄膜式电晶体)技术也被提出,但技术和制程仍不够成熟。到八十年代末期,由于日本厂商掌握着STN-LCD的主要生产技术,它们开始在生产线上进行大规模的生产,这算得上是LCD将要普及的信号。

  1993年,在日本掌握TFT-LCD的生产技术后,液晶显示器开始向两个方向发展:一方向是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展,随后又推出了DSTN-LCD(双层超扭曲阵列);而另一方向却朝高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。日本在1997年开发了一批以550×670mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线,并使1998年大尺寸的LCD显示屏的价格比1997年下降了一半。1996年以后,韩国和中国台湾都投巨资建第三代的TFT-LCD生产线,准备在1999年以后与日本竞争。

  中国内地从八十年代初就开始引进了TN-LCD生产线,是目前世界上最大的TN-LCD生产国。据不完全统计,目前全国引进和建立LCD生产线40多条,有LCD配套厂30余家, 其中不乏TFT-LCD生产线。

  从1971年开始,液晶作为一种显示媒体使用以来,随着液晶显示技术的不断完善和成熟,使其应用日趋广泛,到目前已涉及微型电视、数码照相机、数码摄像机以及显示器等多个领域。在其经历了一段稳定、漫长的发展历程后,液晶产品已摒弃了以前那种简陋的单色设备形象。

  目前,它已在平面显示领域中占据了一个重要的地位,而且几乎是笔记本和掌上型电脑必备部分。1985年,自从世界第一台笔记本电脑诞生以来, LCD液晶显示屏就一直是笔记本电脑的标准显示设备,所以一谈到LCD必定会与笔记本电脑扯上关系。LCD显示器在笔记本电脑的发展历程中也发挥过不同的作用,但随着液晶显示技术的不断进步,基于LCD在笔记本电脑市场占据多年的领先地位之后,具备平滑显示屏幕的LCD液晶显示器又开始逐步地进入桌面系统市场。笔记本电脑为了达到轻、薄、小等功能,率先采用LCD液晶面板作为显示器。发展至今,更多的电子产品都纷纷采用LCD作为显示面板(如移动电话、便携式电视、游戏机等),因而也令LCD产业得到了蓬勃的发展。

(一)按物理结构分类

  LCD按照物理结构,可以分为双扫描无源阵列显示器(DSTN-LCD)和薄膜晶体管有源阵列显示器(TFT-LCD)。而快速DSTN(HPA),性能界于两者之间。具体参数比较见表1。

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类型

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反应时间(ms)

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对比度

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视角

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DSTN

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300

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25:1

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20度

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HPA

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150

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35:1

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25度

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TFT

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80

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100:1

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45度

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<!--mstheme-->              表1:几种LCD显示器类型的技术参数比较

DSTN(Dual Scan Tortuosity Nomograph)双扫描扭曲阵列

  它是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏,来达到完成显示的目的。DSTN是由超扭曲向列型显示器(STN)发展而来的,由于DSTN采用双扫描技术,因而显示效果较STN有大幅度提高。笔记本电脑刚出现时主要是使用STN,其后是DSTN。STN和DSTN的反应时间都较慢,一般约为300ms左右。从液晶显示原理来看,STN的原理是用电场改变原为180度以上扭曲的液晶分子的排列从而改变旋光状态,外加电场通过逐行扫描的方式改变电场,在电场反复改变电压的过程中,每一点的恢复过程较慢,因而就会产生余辉现象。用户能感觉到拖尾(余辉),一般俗称为“伪彩”。由于DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度不能独立控制,以至于显示效果欠佳,由这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度较差、屏幕观察范围较小、色彩欠丰富,特别是反应速度慢,不适于高速全动图像、视频播放等应用,一般只用于文字、表格和静态图像处理,但是它结构简单并且价格相对低廉(其价格一般要比同等配置下的TFT笔记本电脑低3千元左右),耗能也比TFT-LCD少,而视角小可以防止窥视屏幕内容达到保密作用,结构简单可以减小整机体积,因此,在少数笔记本电脑中仍采用它作为显示设备,目前仍然占有一定的市场份额。
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