液晶显示器工作原理——TN

1、The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 液晶显示器工作原理液晶显示器工作原理TNTN 全球质量管理中心全球质量管理中心 QEQE部部 20102010年年8 8月月2 2日日 2 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 TN液晶显示器简介 TN液晶显示器构造 TN液晶显示器工作原理 TN液晶显示器特性 目录目录 3 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 twisted nematic liquid crystal display ：TN-LCD 扭曲向列型液晶显示器扭曲向列型液晶显示器 主要生产厂

2、商：主要生产厂商：三星，LG-Display，奇美，友达广电，瀚宇彩晶。 TN-LCD采用的是液晶显示器中最基本的显示技术，而之后其它种类的液晶显示器也是以 TN型为基础来进行改良。而且，它的运作原理也较其它技术简单。请参照下页的构造图片。图 中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光片，具有细纹 沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板等。 因其低廉的成本优势使TN-LCD成为了应用最广泛的入门级液晶面板，在目前市面上主流 的中低端液晶显示器中被广泛使用。 TN-LCD常用的几种模式常用的几种模式 常白型寻常模式显示、常白型非寻常模式显示、常黑型寻常模式显示、常

3、黑型非寻常模式 显示； TN-LCDTN-LCD屏介绍屏介绍 4 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 TN-LCDTN-LCD构造构造 Twisted Nematic Liquid Crystal Displays 5 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 液晶分子沿面配向膜排列，分子长轴在上下基板之间连续扭曲液晶分子沿面配向膜排列，分子长轴在上下基板之间连续扭曲90，夹，夹 入两电极基板之间，制成液晶盒；入两电极基板之间，制成液晶盒； 背光模组产生的光线经下偏光片变成线偏振光，入射到液晶盒内，被扭背光模组产生的光线经下偏光

4、片变成线偏振光，入射到液晶盒内，被扭 曲曲90，并通过上玻璃基板外的上偏光片（垂直于下偏光片），透光；当两，并通过上玻璃基板外的上偏光片（垂直于下偏光片），透光；当两 电极之间加上一定的电压时，液晶分子转动，最终成与基板成垂直排列，电极之间加上一定的电压时，液晶分子转动，最终成与基板成垂直排列， 当入射光到液晶盒内的产生的偏振光，未被扭曲，不能通过上偏光片，不当入射光到液晶盒内的产生的偏振光，未被扭曲，不能通过上偏光片，不 透光。透光。 工作原理工作原理 6 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 TN-LCD旋光原理：旋光原理： 线偏振光在液晶盒内扭曲旋光需满

5、足的条件为： nd ( )/。 n=nd cos n为液晶材料折射率各向异性值； 为液晶分子倾斜角平均值；d为液晶层厚度；为扭曲角。 TN液晶盒为90度， 为12度，所以上式可近似为： nd /2 P n ， P为螺距 0 当nd /2及扭曲的螺距P与液晶折射率各向异性乘积远远大于可见光波长的条件得到 满足时（关态液晶盒内液晶分子形成一种扭曲结构）垂直入射的线偏振光的偏振面将顺着液晶 分子扭曲方向旋转，液晶分子长轴90度扭曲导致了90度的旋光。 当 0 ，液晶分子将随电场方向排列，扭曲结构消失，导致旋光作用消失。这种电光效 应称为扭曲电场效应。 工作原理工作原理 7 The Creative

6、Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 TN-LCDTN-LCD的优缺点：的优缺点： 优点：价格便宜（最重要的优势），面板液晶分子响应时间快；优点：价格便宜（最重要的优势），面板液晶分子响应时间快； 缺点：可视角度窄，色彩偏差。缺点：可视角度窄，色彩偏差。 响应时间快响应时间快 响应时间这个专业的液晶指标最早由国际标准化组织即（ISO）推出，规范代码是 ISO13406-2，该规范制定的初衷就是要反映液晶显示器表现动态图像的平滑度和清晰度。该 规范把响应时间定义如下：当一个像素电从白色转为黑色（ISO的定义所谓白色即指90%灰度， 黑色指10%灰度 ），电极电压从0变为最大值，即最大电压

7、激励状态下，液晶分子迅速转换到 新的位置，这一过程所用的时间被称为上升时间段。当一个像素由黑转白，像素所加电压切断， 液晶分子迅速回到加电前位置，这一过程称为下降时间。整个响应时间过程就是由上升时间加 上下降时间获得的数值。 TN面板的优点是由于输出灰阶级数较少，液晶分子偏转速度快，响应时间容易提高，目前 市场上8ms以下液晶产品大部分均采用的是TN面板 TN-LCDTN-LCD特性特性 8 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 可视角度窄：可视角度窄： 由于液晶是一种具有双折射率 n的物质，且其n = ne-no0。 因此当光线通过液晶分子后，可分 成ord

8、inary ray与extraordinary ray 两道光，如果光线是斜向入射液晶 分子，便会产生两道折射光線。因 此当光线经过上下两片玻璃中的液 晶后，光线就会产生相位延迟 (phase retardation)的現象。 TN-LCDTN-LCD特性特性 当入射光线与液晶长轴平行时，无当入射光线与液晶长轴平行时，无 双折射双折射。 当入射光线与液晶长轴夹当入射光线与液晶长轴夹 角增大，产生双折射角增大，产生双折射。 9 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 TN-LCDTN-LCD特性特性 10 The Creative Life 创创 意意 感感 动动

9、 生生 活活 可视角度窄解决方法可视角度窄解决方法 TN面板为面板为TN+Film类型面板类型面板 经上述可知，视角较小是因为n0所造成的相位延迟引起，只要找n0的材料来 作补偿就可以了。因此一般的光学补偿膜都是属于n0的材料，這样一来光学补偿膜的 相位延迟，就可以跟线状液晶的相位延迟互相抵消，就可以增加液晶面板的可視角度。 当光是从下方入射，然後从上方射出时，首先会经过底下的一片光学补偿膜，由於其 n0光线便会有了负的相位延迟，接下来光线继续前进进入到TN型液晶，此时便会开始 有正的相位延迟，大约到液晶的一半的地方，此时正负的相位延迟便会互相抵消。当光线 继续向上传播时，又会因为TN型液晶的

10、关系，产生了正的相位延迟，直到进入位於上方 的光学补偿膜，又会开始有负的相位延迟。在光线离开位在上面的光学补偿膜时，正负相 位延迟又可以互相抵消，因此只要光学补偿膜设计的好，便可以完全抵消TN型液晶所造 成的相位延迟，达到广视角的效果 TN-LCDTN-LCD特性特性 11 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 色彩显示较差：色彩显示较差： TN屏它只能产生R/G/B各64色，最大的实际发色数也仅有262144。而显示器都希望能 完全反映显卡输出的24bit 1600多万种颜色（256 种红色，256 种绿色and 256 种蓝色 相互叠加获得，最大发色数为1

11、670万色 ）； 但是为了获得超过1600万种色彩的表现能力，面板都会使用到我们常说到的“抖 动”技术，该技术的基本原理局势快速切换相近颜色利用人眼的残留效应获得缺失色 彩。和8bit面板所能提供的0,1,2,3,4 直到255的三原色色阶相比, TN 面板所能提供的色 阶是不连续的0,4 ,8 ,12 ,16 ,20 直到252。 我们下面就来看看厂商们实现“抖动”技术的两种不同方法： TN-LCDTN-LCD特性特性 12 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 第一种方法是在同一像素上使用：在T0 时刻像素显示白色, 在T1时刻像素显示 4级灰度, 然 后

12、在T2时刻又恢复T0时刻的白色，在T3时刻又显示4级灰度，如此周而复始，利用人眼的视 觉残留混合两种像素灰阶信息，于是就近似得到了2级灰度。 再看看1级灰度是怎样实现的，如果采用第一种方法T0, T1, T2 三个时刻像素都要显示白 色，而到了T3时刻显示4级灰度（因为TN面板像素无法直接显示1、2、3级的灰度），于是 观察者就得到 (0+0+0+4) / 4= 1一级灰度， 虽然第一种算法只涉及处理一个像素，但是对于液晶这种本身“刷新”率不高的显示技术来 说，这样的实现会发生不可避免的像素抖动现象。 TN-LCDTN-LCD特性特性 T1T2T3T4 T1T2T3T4 13 The Crea

13、tive Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 于是就出现了第二种实现“抖动”的方法：利用四个像素组成的像素方块阵，对角线方向的两 个像素分别显示相同的白色或者4级灰度，使用在观察距离上就会得到2级灰度的颜色信息。 再看看1级灰度是怎样实现的，由四个像素组成的方块阵中有三个像素显示白色，一个像素显 示4级灰度，这样也能近似得到一级灰度色彩。 TN-LCDTN-LCD特性特性 14 The Creative Life 创创 意意 感感 动动 生生 活活 抖动技术的发明从一定程度上解决了TN面板颜色先天不足的问题，但是这并 不是一个完美的解决方法，直接暴露出来的问题就是可见的像素抖动无法得到 253, 254 和 255 这三种灰度，即使应用了色彩抖动，能够显示出来的色彩也 只有0到252灰阶的三原色,所以最后得到的色彩显示数信息是 2