初中物理就学习过物质有三态:固态、液态和气态。其实所谓的三态只是大致的区分,有些物质的固态可以再被细分出不同性质的状态。同样,液体也同样可具有不同的“态”,其中分子排列具有方向性的液体我们就称之为“液态晶体”,简称“液晶”。
一般的固态晶体具有方向性,所以它们的许多物理特性也具有方向性。液态晶体在具有一般晶体的方向性的同时又具有液体的流动性。如果要改变固态晶体方向必须旋转整个晶体,而液态晶体就不同了,它的方向可由电场或磁场来控制。
stn和tft都是使用一种被称为“向列型”液晶(nematic)的物质,它呈丝状,利用电场来控制“丝状”液晶的方向是应用上常用的方法。用液态晶体制作的组件,通常都将液态晶体包在两片玻璃中。在玻璃的表面镀一层叫做配向剂的物质,由它的种类及处理方法可控制在没有外电场时液晶的排列情况。
二、stn液晶原理
世界上第一台液晶显示器出现在七十年代初,被称之为tn型液晶显示器(twisted nematic,扭曲向列)。八十年代,stn型液晶显示器(super twisted nematic,超扭曲向列)出现,同时tft液晶显示器(thin film transistor,薄膜晶体管)技术被提出。
我们就先来讲讲tn型液晶的原理,stn lcd和tn lcd的显示原理相同,只是液晶分子的扭曲角度不同。
向列型液晶夹在两片玻璃中间,这种玻璃的表面上先镀有一层透明而导电的薄膜以作电极之用,然后在有薄膜电极的玻璃上镀表面配向剂,以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有90度的扭曲,利用电场可使液晶旋转,液晶的折射系数随液晶的方向而改变,影响的结果是光经过tn型液晶后偏极性发生变化。只要选择适当的厚度使光的偏极性刚好改变90°,就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行,这样光的偏极性就不会改变,光就可通过第二个偏光片。于是,就可控制光的明暗了。前面说了,stn型液晶与tn型液晶的显示原理相同,只是它将入射光旋转180~270度,而不是90度。而且,单纯的tn型液晶显示器本身只有明暗两种变化。而stn液晶则以淡绿色和橘色为主。但如果在传统单色stn液晶显示器加上一彩色滤光片,并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素,分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色,就可以显示出色彩了。
三、tft液晶原理
由于tn和stn型的液晶的显示原理所限,如果它的显示部份越做越大,那么中心部份的电极反应时间可能就会比较长。其实这对于手机来讲并不是很大的问题,因为目前的手机显示屏都比较小,液晶反应时间的影响就比较小。但是对于笔记本等需要大屏幕液晶显示器的设备来说,太慢的液晶反应时间就会严重影响显示效果,因此tft液晶技术引起了厂商的注意。并且,彩屏在手机中应用得越来越多,在新一代产品中很多都支持65536色显示,有的甚至支持16万色显示,这时tft的高对比度,色彩丰富的优势就更显得重要了。
stn型液晶属于反射式lcd器件,它的好处是功耗小,但在比较暗的环境中清晰度很差,所以不得不配备外部照明光源。而tft液晶采用“背透”与“反射”相结合的方式,在液晶的背部设置特殊光管。这就是为什么我们看到有的手机显示屏旁好像有“照明灯”,而有的手机的光线则好像是显示屏本身发出来的原因了。而且,液晶显示屏的背光技术也在不断地进步,由单色到彩色,由厚到薄,由侧置荧光灯式到平板荧光灯式。