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详细分析液晶屏的种类及其原理

2021-09-11 06:27  作者:admin 点击:次 

  液晶屏是以液晶材料为基本组件,在两块平行板之间填充液晶材料,通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况,以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一,错落有致的图象,而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层,就可实现显示彩色图象。液晶屏功耗很低,因此倍受工程师青睐,适用于使用电池的电子设备。

  从技术层面讲,液晶面板可分为 VA 软屏和 IPS 硬屏两大阵营,其中 VA 软屏阵营包括三星、台湾友达、奇美和夏普四个厂家。IPS 硬屏阵营包括 LG、飞利浦合资的 IPS 和日立、松下、东芝合资的 IPS 阿尔法两个厂家。其实,上面这些板子都属于 TFT 范畴。

  VA 全称为 Vertical alignment(垂直对齐)面板,可以提供 16.7M 色彩和大可视角度,当然价格也要贵一些,是目前液晶电视最常使用到的软屏面板。

  VA 面板的正面(正视)对比度最高,但是屏幕的均匀度不够好,往往会发生颜色漂移。锐利的文本是它的杀手锏,黑白对比度表现也很好。香港马会流动投注下载,VA 面板可分为由富士通主导的 MVA 面板和由三星开发的 PVA 面板,后者是前者的继承和改良。

  富士通 MVA 技术可以说是最早出现的广视角液晶面板技术。这类面板可以提供更大的可视角度,通常可达到 170°。台湾奇美电子、友达光电等面板厂商都采用了这项技术,改良后的 P-MVA 面板可视角度可达接近水平的 178°,并且灰阶响应时间可以达到 8ms 以下。

  三星 PVA 技术同样属于 VA 技术的范畴,它是 MVA 技术的继承者和发展者。其综合素质已经全面超过后者,目前,在 PVA 面板基础上又发展出 S-PVA 面板,S-PVA 屏的特征比较明显,在观察红、蓝、绿或某些较深的杂色画面时,会发现像素的形状为“》”,不过也有某些型号的像素开口方向是相反的。而改良型的 S-PVA 已经可以和 P-MVA 并驾齐驱,获得极宽的可视角度和越来越快的响应时间。

  目前国产 42 和 47 英寸 FULL HD 很多采用的都是这种面板。

  IPS 面板技术是日立公司于 2001 推出的液晶面板技术,俗称“Super TFT”,是 TFT 目前唯一的硬屏面板,发展至今应用领域已经非常宽广,采用 IPS 硬屏的产品一般定位都较高。

  IPS 这类板子最大的特点就是它的两极都在同一个面上,而非其它液晶模式的电极是在上下两面,立体排列。由于电极在同一平面上,不管在何种状态下液晶分子始终都与屏幕平行,会使开口率降低,减少透光率。

  那么,IPS 面板的优劣势就很明显了:可视角度更高、响应速度更快,色彩还原准确;存在漏光问题,黑色纯度没有 VA 表现得好,需要依靠光学膜进行补偿。

  目前除 LG 电视使用 IPS 硬屏以外,国内彩电厂商创维、康佳、海信、长虹等也均采用 IPS 硬屏面板。

  液晶屏面板的等级划分液晶面板按照品质可以分为 A、B、C 三个等级,其区分依据是坏点数量的多少。不过国际上并没有相关的硬性规定,所以各个国家地区的等级标准也不尽相同。一般情况下:

  注:根据不同的面板产地,对 A 级面板的划定也各不相同:韩国 A 级板子要求坏点控制在 3 个以下,日本 5 个以下,台湾则要求 8 个以下。

  目前市面上运用较多的就是以上两种液晶屏面板类型,而 IPS 硬屏在具备多种优势的表现下,运用的更多(价格也比同尺寸的 VA 软屏电视更贵)。因此笔者认为,随着 IPS 硬屏在技术上的不断完善,未来 IPS 硬屏面板必然成为液晶电视的核心面板。

  液晶屏显示原理是什么液晶显示器原理简单来说就在在两块平行面板之间增加些液晶材料,然后再通过电压改变液晶材料内部的分子排列情况,导致遮光与透光的显示发生变化,会形成那些错落有致的图像,然后只要在这两块平行面板之中增加些三元色的过滤光层,就会显示出彩色的图案。

  简单的来说,屏幕能显示的基本原理就是在两块平行板之间填充液晶材料,通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况,以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一,错落有致的图象,而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层,就可实现显示彩色图象。

  认识了它的结构和原理,了解了它的技术和工艺特点,才能在选购时有的放矢,在应用和维护时更加科学合理。液晶是一种有机复合物,由长棒状的分子构成。在自然状态下,这些棒状分子的长轴大致平行。

  LCD 第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90 度相交),也就是说,若一个平面上的分子南北向排列,则另一平面上的分子东西向排列,而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种 90 度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播,所以光线 度。但当液晶上加一个电压时,分子便会重新垂直排列,使光线能直射出去,而不发生任何扭转。

  LCD 的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身,自然光线是朝四面八方随机发散的,极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网,阻断不与这些线平行的所有光线,极化滤光片的线正好与第一个垂直,所以能完全阻断那些已经极化的光线。 只有两个滤光片的线完全平行,或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配,光线才得以穿透。一方面,LCD 正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成,所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是,由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶,所以在光线穿出第一个滤光片后,会被液晶分子扭转 90 度,最后从第二个滤光片中穿出。另一方面,若为液晶加一个电压,分子又会重新排列并完全平行,使光线不再扭转,所以正好被第二个滤光片挡住。总之,加电将光线阻断,不加电则使光线射出。当然,也可以改变 LCD 中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的,所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。

  TFT-LCD 液晶显示器的结构与 TN-LCD 液晶显示器基本相同,只不过将 TN-LCD 上夹层的电极改为 FET 晶体管,而下夹层改为共通电极。

  TFT-LCD 液晶显示器的工作原理与 TN-LCD 却有许多不同之处。TFT-LCD 液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时,先通过下偏光板向上透出,借助液晶分子来传导光线。由于上下夹层的电极改成 FET 电极和共通电极,在 FET 电极导通时,液晶分子的排列状态同样会发生改变,也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是,由于 FET 晶体管具有电容效应,能够保持电位状态,先前透光的液晶分子会一直保持这种状态,直到 FET 电极下一次再加电改变其排列方式为止。

  TN-LCD、STN-LCD 和 DSTN-LCD 之间的显示原理基本相同,不同之处是液晶分子的扭曲角度有些差别。下面以典型的 TN-LCD 为例,向大家介绍其结构及工作原理。在厚度不到 1 厘米的 TN-LCD 液晶显示屏面板中,通常是由两片大玻璃基板,内夹着彩色滤光片、配向膜等制成的夹板,外面再包裹着两片偏光板,它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片,有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素是由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为 1280×1024,则它实际拥有 3840×1024 个晶体管及子像素。每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管,彩色滤光片能产生 RGB 三原色。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽,上下夹层中填充了多层液晶分子(液晶空间不到 5×10-6m)。在同一层内,液晶分子的位置虽不规则,但长轴取向都是平行于偏光板的。另一方面,在不同层之间,液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转 90 度。

  其中,邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向,与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列,而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。最后再封装成一个液晶盒,并与驱动 IC、控制 IC 与印刷电路板相连接。

  在正常情况下光线从上向下照射时,通常只有一个角度的光线能够穿透下来,通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中,再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出,形成一个完整的光线穿透途径。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板,这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。当液晶层施加某一电压时,由于受到外界电压的影响,液晶会改变它的初始状态,不再按照正常的方式排列,而变成竖立的状态。因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态,结果在显示屏上出现黑色。当液晶层不施任何电压时,液晶是在它的初始状态,会把入射光的方向扭转 90 度,因此让背光源的入射光能够通过整个结构,结果在显示屏上出现白色。为了达到在面板上的每一个独立像素都能产生你想要的色彩,多个冷阴极灯管必须被使用来当作显示器的背光源。

  IPS 技术俗称为“super TFT“传统 LCD 显示器的液晶分子一般都在垂直 - 平行状态间切换,MVA 和 PVA 将之改良为垂直 - 双倾斜的切换方式,而 IPS 技术与上述技术最大的差异就在于,不管在任何状态下,液晶分子始终都与屏幕平行,只是在家电 / 常规状态下分子的旋转方向有所不同——注意哦,MVA、PVA 液晶分子的旋转属于空间旋转,而液晶分子的旋转属于平面内得的旋转。

  为了配合这种结构,IPS 要求对电极进行改良,电极做在同侧,形成平面电场,这样的设计带来的影响是双重的,一方面可视角度问题得到了解决,另一方面由于液晶分子转动角度大、面板开口低(光线透过率),所以 IPS 也有响应时间较慢和对比度较难提高的缺点。

  不过在市场上能看得到的型号不是很多,16.7M、170 度可视角度和 16MS 响应时间代表现在 IPS 液晶显示器的最高水平!

  VA 类面板是现在高端液晶应用较多的面板类型,16.7m 色彩和大可视角度是该类面板定位高端的资本,同时 VA 类又可分为 MVA,(多象限垂直配向技术)面板和 PVA 面板

  MVA 技术利用一个巧妙的方法对这种模式作改良。MVA 液晶面板的液晶层中包含一种凸出物供液晶分子附着,在不施加电压的状态下,MVA 面板看起来同传统技术没什么两样,液晶分子垂直于屏幕,而一旦在电压的作用下,液晶分子就会依附在凸出物上偏转,形成垂直于凸出物表面的状态,此时,它与屏幕表面也会产生偏转效应,提高透过率,形成画面输出

  TN 面板广泛应用于入门级和终端液晶显示器的面板,在性能指标上并不出彩,不能表现 16.7m 色彩,并且可视角度不理想,所以我们在市场上看到的 TN 面板都是改良型的 TN+film,film 即补偿膜,用于弥补 TN 面板可视角的的不足,同时色彩抖动技术的试用也使得原本只能显示 26 万色的 TN 面板获得了 16.2m 的显示能力。

  要说 TN 面板唯一胜过前面两种面板的地方,就是由于它的输出灰接级数较少,液晶分子偏转速度快,致使它的响应时间容易提高,目前市场上 8ms 以下的液晶产品均采用的是 TN 面板,总的来说,TN 面板是优势和劣势都很明显的产品,价格便宜,响应时间能满足高速运动游戏的要求是它的优势所在,可视角度不理想和色彩表现不真实又是明显的劣势。

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