DSTN顯示器

在一般的被(bèi)動矩陣LCD顯示器中，包含了許多的層。第 一 層是一片薄薄的玻璃，上面(miàn)圖有一層金屬氧化物。這(zhè)層材料具有相當高的透光性，因此它不會對(duì)最終LCD生成(chéng)的圖像質量産生影響。它呈現出一行行并列的網格，并且可以傳導電流，以激 活所要工作的液晶單元。這(zhè)可以說是一層透明的電極。在其下面(miàn)是一個聚合物層，聚合物的表面(miàn)呈現出許多連續的并行溝槽，液晶分子會依附于聚合物表面(miàn)，沿著(zhe)溝槽的方向(xiàng)排列。在另外一端，還(hái)有一層電鍍玻璃。當兩(liǎng)片玻璃放置在一起(qǐ)的時候，也要讓它們保持一定距離。

然後(hòu)邊沿使用還(hái)氧材料密封，但是在左邊的一個邊角處會留有一個空隙。可以通過(guò)這(zhè)裡(lǐ)在兩(liǎng)片玻璃之間注入液晶。最後(hòu)對(duì)玻璃進(jìn)行電鍍，完全的把液晶密封在裡(lǐ)面(miàn)。在早期的産品中，加工處理的工藝有很多缺點，結果會在注入液晶材料時發(fā)生象素的粘連或丢失。一旦局部的象素損壞，會影響到整個屏幕的品質。

然後(hòu)邊沿使用還(hái)氧材料密封，但是在左邊的一個邊角處會留有一個空隙。可以通過(guò)這(zhè)裡(lǐ)在兩(liǎng)片玻璃之間注入液晶。最後(hòu)對(duì)玻璃進(jìn)行電鍍，完全的把液晶密封在裡(lǐ)面(miàn)。在早期的産品中，加工處理的工藝有很多缺點，結果會在注入液晶材料時發(fā)生象素的粘連或丢失。一旦局部的象素損壞，會影響到整個屏幕的品質。

圖像之所以能(néng)夠顯示在屏幕上，這(zhè)是由于光線穿過(guò)了上述液晶闆的各種(zhǒng)層之後(hòu)投射出來的。沒(méi)有光線是直接穿過(guò)液晶闆發(fā)散出來的。熒光管所發(fā)散出的光線是垂直照射在後(hòu)面(miàn)的偏振濾光器上的，然後(hòu)被(bèi)液晶的鏈條分子折射扭曲了角度。因此這(zhè)些平行光線的方向(xiàng)就被(bèi)扭曲了。受電壓控制的重新排列的液晶分子不會讓光線透過(guò)，因此在屏幕上就産生了黑色的象素。而彩色的液晶顯示器則是簡單的使用了額外的紅、綠、藍色過(guò)濾器。這(zhè)三種(zhǒng)基本的原色是從熒光管發(fā)散出的白光中過(guò)濾而來的。而他們能(néng)夠分開(kāi)的原理，其實是簡單的將(jiāng)每一個象素拆分爲三個子象素。

圖像之所以能(néng)夠顯示在屏幕上，這(zhè)是由于光線穿過(guò)了上述液晶闆的各種(zhǒng)層之後(hòu)投射出來的。沒(méi)有光線是直接穿過(guò)液晶闆發(fā)散出來的。熒光管所發(fā)散出的光線是垂直照射在後(hòu)面(miàn)的偏振濾光器上的，然後(hòu)被(bèi)液晶的鏈條分子折射扭曲了角度。因此這(zhè)些平行光線的方向(xiàng)就被(bèi)扭曲了。受電壓控制的重新排列的液晶分子不會讓光線透過(guò)，因此在屏幕上就産生了黑色的象素。而彩色的液晶顯示器則是簡單的使用了額外的紅、綠、藍色過(guò)濾器。這(zhè)三種(zhǒng)基本的原色是從熒光管發(fā)散出的白光中過(guò)濾而來的。而他們能(néng)夠分開(kāi)的原理，其實是簡單的將(jiāng)每一個象素拆分爲三個子象素。

在90年代晚期，幾個在當時具有技術領導地位的公司都(dōu)著(zhe)手增加DSTN顯示器的響應速度和對(duì)比度。東芝和夏普聯合研發(fā)了具有HPD(hybrid passive display，混合被(bèi)動顯示)技術的液晶顯示器。他們使用新型配方的液晶材料，雖然在液晶顯示器的響應延時方面(miàn)具有重大的改進(jìn)，但是與此同時也增加了生産的成(chéng)本和實現技術的複雜度。更低黏性的液晶材料，意味著(zhe)它能(néng)在電壓的驅動下，更快的做出反映。基于這(zhè)種(zhǒng)技術的液晶闆，在每一行的象素中需要增加驅動脈沖的功率。這(zhè)項改進(jìn)使HPD液晶顯示器的顯示效果要優于傳統的DSTN液晶顯示器，在各種(zhǒng)性能(néng)指标上更加接近于主動式矩陣液晶顯示器。例如，DSTN中每個液晶單元的響應時間爲300ms，相比而言HPD的液晶單元的響應時間爲150ms。目前高 檔的TFT液晶單元是16ms。相比早先僅有40:1的顔色比率，HPD提高到了50:1，并且在色溫抗幹擾方面(miàn)也有改善。

在90年代晚期，幾個在當時具有技術領導地位的公司都(dōu)著(zhe)手增加DSTN顯示器的響應速度和對(duì)比度。東芝和夏普聯合研發(fā)了具有HPD(hybrid passive display，混合被(bèi)動顯示)技術的液晶顯示器。他們使用新型配方的液晶材料，雖然在液晶顯示器的響應延時方面(miàn)具有重大的改進(jìn)，但是與此同時也增加了生産的成(chéng)本和實現技術的複雜度。更低黏性的液晶材料，意味著(zhe)它能(néng)在電壓的驅動下，更快的做出反映。基于這(zhè)種(zhǒng)技術的液晶闆，在每一行的象素中需要增加驅動脈沖的功率。這(zhè)項改進(jìn)使HPD液晶顯示器的顯示效果要優于傳統的DSTN液晶顯示器，在各種(zhǒng)性能(néng)指标上更加接近于主動式矩陣液晶顯示器。例如，DSTN中每個液晶單元的響應時間爲300ms，相比而言HPD的液晶單元的響應時間爲150ms。目前高 檔的TFT液晶單元是16ms。相比早先僅有40:1的顔色比率，HPD提高到了50:1，并且在色溫抗幹擾方面(miàn)也有改善。

TFT顯示器

此後(hòu)，很多公司開(kāi)始使用薄膜晶體管技術(TFT，Thin Film Transistor)來改善屏幕的顔色品質。在大名鼎鼎的TFT屏幕中，使用了主動式矩陣。也就是在液晶闆上額外的連接了許多晶體管矩陣。每一個象素的每一個原色都(dōu)有自己的晶體管。由晶體管驅動的象素消除了惱人的托影現象，并且TFT顯示器大大提高了響應速度，一般的屏幕都(dōu)可以達到25ms。而目前市場上主流的液晶顯示器都(dōu)可以達到16ms。顔色的對(duì)比度也提高到了200:1至400:1的水平。亮度也達到了200至250cd/m2。

液晶在顯示器上按照一定的規則順序排列，形成(chéng)了一個個象素。在未給液晶單元加電的情況下，光線可以穿過(guò)偏振濾光器，由此光線也可以穿透屏幕。當給液晶單元加電的時候，它們會按照通電電壓的比率旋轉90度，由此光線被(bèi)液晶分子扭曲并傳送給偏振濾光器，完成(chéng)了轉換光線路徑的過(guò)程。那麼(me)在TFT顯示器中，由晶體管控制液晶旋轉的角度，并且可以獨立的調整每個象素單元内紅、綠、藍三原色顯示的強度。由此TFT顯示器可以更好(hǎo)的控制色彩的生成(chéng)，圖像更加鮮亮逼真。

TFT的屏幕可以比傳統的液晶屏幕作的更輕薄、更亮。并且每秒鍾刷新的速率要超過(guò)DSTN屏幕的10倍，更接近于當前流行的CRT顯示器。要顯示一般VGA模式，需要大約921,000 個晶體管 (640x480x3)，更高一些的1024x768 模式則至少需要 2,359,296個晶體管。并且每一個晶體管必須可以完美的工作。屏幕上的所有的晶體管矩陣都(dōu)必須制作在一塊矽片上。隻要矽片上羼雜了一點點雜質，那就意味著(zhe)整快矽片的報廢。這(zhè)是導緻了TFT良品率不高的主要原因，由此TFT的價格也就相對(duì)較高。正是因爲矽片上某些晶體管的失效，我們在很多屏幕上常常能(néng)看到“亮點”和“壞點”。對(duì)于鑒别液晶屏幕上的亮點和壞點有兩(liǎng)種(zhǒng)方法：

1、 在整個屏幕上顯示一張全黑的圖片，如果其中有個别的象素發(fā)出亮光，那麼(me)這(zhè)就是個有缺陷的象素——亮點。

2、 在整個屏幕上顯示一張全白的圖片，如果其中有個别的象素不發(fā)光，那麼(me)這(zhè)就是個壞點。

就現在的生産工藝而言，成(chéng)品液晶顯示器的象素或多或少都(dōu)會有缺陷。可能(néng)某些象素的晶體管永遠處于“開(kāi)”的狀态，這(zhè)個象素會永遠顯示爲紅、綠或者藍色。不幸的是，晶體管本身是固定的，它是不可能(néng)被(bèi)修複的。廠家一般使用激光，將(jiāng)這(zhè)個亮點燒毀。這(zhè)樣(yàng)它就不會顯得那麼(me)礙眼了。盡管如此，你還(hái)是能(néng)在全白的屏幕看到它變成(chéng)了一個小黑點。在一塊TFT液晶闆上出現亮點現象是正常的。LCD制造商會將(jiāng)亮點控制在一定範圍内的。例如一台最 大分辨率爲1024x768的液晶顯示器，在它上面(miàn)總共包含2,359,296個象素(1024x768x3)。一般來說損壞率在0.0008%之内算是正常的，也就是20個象素。(2,359,296×0.0008%×100=20)

TFT顯示器從原理構想到今天的大範圍應用經(jīng)曆了很多重大的發(fā)展變革，但無論如何它的顯示原理都(dōu)是基于最早的TN形平闆液晶技術。雖然液晶顯示器具有很多CRT顯示器不能(néng)比拟的好(hǎo)處，但是LCD在很多成(chéng)像指标上還(hái)和傳統的CRT相差很遠。由此一場轟轟烈烈的提高液晶顯示器性能(néng)的變革開(kāi)始了。

内置平闆開(kāi)關(In-Plane Switching)

内置平闆開(kāi)關技術(IPS，In-Plane Switching)主要由日立和NEC聯合研發(fā)，後(hòu)來又稱爲Super TFT。它可以大大增加TFT液晶屏幕的可視角度，因此在液晶顯示器的發(fā)展史上具有重大意義。它與普通TFT液晶分子在排列方式上有所不同。在一般的TFT顯示器中，液晶的末端是固定的，并且對(duì)液晶加電之後(hòu)它會分開(kāi)，通過(guò)改變偏振角度來傳送光線。在基于TN技術液晶闆中，液晶分子隊列随著(zhe)電壓的增加，扭曲的幅度會越來越大。

在IPS中，當加上電壓之後(hòu)液晶分子與基闆平行排列，液晶分子不會被(bèi)扭曲。采用這(zhè)項技術的顯示器的可視角度達到了170度，已經(jīng)可以和CRT顯示器的可視角度媲美了。

不過(guò)這(zhè)項技術也有缺點：爲了能(néng)讓液晶分子平行排列，每個象素由兩(liǎng)個晶體管驅動。兩(liǎng)個晶體管使透明區域的透光度有所下降，這(zhè)樣(yàng)導緻顯示器的亮度和對(duì)比度明顯的下降，爲了提高亮度和對(duì)比度，隻有增強背光光源的亮度。這(zhè)樣(yàng)一來，反應時間和對(duì)比度相對(duì)于普通TFT顯示器而言更難提高了。

垂直配向(xiàng)技術(Vertical Alignment)

在1996年晚些時候，富士發(fā)布了一種(zhǒng)TFT液晶顯示闆所使用的新型液晶材料，在自然環境下它就是水平排列的，這(zhè)同IPS加電後(hòu)的性質相同。但它并不需要那些額外的晶體管就能(néng)很好(hǎo)的工作。在1997年中期，富士的液晶顯示器就已經(jīng)開(kāi)始使用這(zhè)種(zhǒng)新型的材料了。液晶層中的液晶隊列分子在沒(méi)有電壓的驅動時，包括面(miàn)闆邊沿的分子，都(dōu)會完全垂直的排列。光線無法穿透液晶層，從而産生出全黑的圖像。當有電壓時，分子會變成(chéng)水平位置排列，光線能(néng)夠不間斷的穿過(guò)液晶單元，産生出白色的圖像。因此它的可視角度範圍在140度以上。由于分子之間不再是扭曲結構，它們僅僅起(qǐ)到開(kāi)關作用，所以它的響應時間也更爲迅速。由于液晶面(miàn)闆的透光性得到了增強，它的最 大對(duì)比度在沒(méi)有過(guò)多的電力損耗的前提下，提高到了300:1。

多重區域垂直配向(xiàng)技術(MVA)

爲了讓垂直配向(xiàng)結構的液晶闆更爲出色的工作，富士公司在一年之後(hòu)又提出了多重區域垂直配向(xiàng)技術(Multi-domain Vertical Alignment)傳統的垂直配向(xiàng)單元中的液晶分子都(dōu)是朝一邊傾斜的。因爲液晶分子的隊列是統一的，主視角度的變換會影響到屏幕明暗的變化。當你在這(zhè)種(zhǒng)類型的液晶單元前方觀察時，左右兩(liǎng)個邊界的極限可視角度并不平均。在你的入視角度與液晶分子的傾斜角度接近平行時你就無法看清屏幕上的内容了。

在MVA液晶闆中，每一個子象素被(bèi)拆分到數個區域中，而且偏振濾光器的表面(miàn)也不再像以前那樣(yàng)平坦了，它的表面(miàn)是突起(qǐ)的。由此所有的液晶分子不會隻朝一個方向(xiàng)傾斜。(如圖6)偏振濾光器突起(qǐ)的部分被(bèi)形象的稱作“ridges”。(山脊)而不同傾斜角度的液晶分子之間互不幹擾可以獨立轉動。這(zhè)種(zhǒng)技術的目的就是盡可能(néng)的讓用戶感到他們是在觀察同一個區域内的液晶分子。事(shì)實上随著(zhe)觀察角度的改變，作用于你的視覺的液晶分子也在交替的改變著(zhe)。由此MVA技術解決了左右兩(liǎng)個邊界的可視角度不平均的問題。

在基于MVA技術制造的液晶顯示器中，對(duì)比度、染色度、亮度都(dōu)有很大提高。它的可視角度大約爲160度。第 一 款MVA-TFT顯示器發(fā)布于1997年底。最 大對(duì)比度爲300:1。在加裝了漏光保護後(hòu)最 大對(duì)比度爲500:1。這(zhè)大約相當于200 cd/m2至 250 cd/m2的明亮度。它的響應時間比上一代TFT顯示器的25ms更快，達到了15ms，衰變時間小于10ms。在10ms内屏幕就可以由白色變爲黑色。

這(zhè)個速度近乎人眼反映的極限，因此MVA-TFT顯示器獨特的結構非常适用于視頻播放和3D射擊遊戲。

耗電量

主動矩陣式 LCD 顯示器與 CRT 相比僅需要很少的電量。它已經(jīng)變成(chéng)了便攜式設備的标準顯示器，在移動電話、PDA、筆記本電腦領域中得到了廣泛應用。盡管如此，LCD的光電轉換效率非常低下。即使你將(jiāng)屏幕顯示爲全白，從背景光源中發(fā)射的光也隻有不到 10% 穿過(guò)屏幕發(fā)出，其它的都(dōu)被(bèi)吸收掉了。

背景光源所耗能(néng)量占LCD顯示器總耗電量的絕大部分。更大的屏幕、更高的亮度和更高的分辨率都(dōu)將(jiāng)使筆記本電腦的耗電量大大增加。廠家通過(guò)降低系統電壓和提高孔徑比使更多的光能(néng)通過(guò)液晶單元，降低系統的電源需求。一般將(jiāng)筆記本顯示器的總耗電量維持在2到5瓦之間。一根管子的背景光源大約需要 1.2瓦，所以根據使用一隻或兩(liǎng)隻管子一個屏幕要消耗 1.2 或 2.4 瓦的電量。