液晶的光学性质.doc

液晶的光学性质LCD（LiquidCrystalDisplay）对于许多的用户而言可能是一个比较新鲜的名词，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想象——在1888年，一位奥地利的植物学家F.Renitzer便发现了液晶特殊的物理特性。在85年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的夏普公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。现在，LCD是笔记本电脑和掌上电脑的主要显示设备，在投影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。液晶得名于其物理特性：它的分子为晶体，不过以液态存在而非固态。大多数液晶都属于有机复合物。这些晶体分子的液体特性使得它具有两种非常有用的特点：如果你让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向为方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。如果你提供了带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。液晶的第三个特性是很神奇的：液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入的光线以外所有的光线。此外，如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。液晶的这些特点使得它可以被用来当作一种开关—即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶为了随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转。如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。也有某些设计为了省电的需要，有电流时，光线不能通过，没有电流时，光线通过。显示技术由于不同的应用目的而分为不同的类型。有的是为了静态显示，比如道路标志和显示牌，它们的显示信息是不变的。平面显示技术则被用于传递发生变化的显示信息，所以显示信息量的大小就决定了所采用的显示技术类型。对于便携计算器等设备而言，由于所传递的信息量相对较低，被称为“低信息密度”显示技术；对于计算机显示器而言，由于传递的信息量大，则相应被称为“高信息密度”显示技术。被动矩阵液晶显示技术高信息密度显示技术中首先实现商品化的是被动矩阵显示技术。它得名于控制液晶单元的开和关的简单设计。被动矩阵液晶显示的驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成，单独的液晶单元夹在彼此垂直的电极中间。因此，任何一组电极的驱动就会在特定的单元中引起电流通过。被动矩阵显示画面的原理就是输入的信号依次去驱动每一排的电极，于是当某一排被选定的时候，列向上的电极将被触发打开位于排和列交叉上的那些像素。这种方法比较简单，而且对液晶屏的成本增加也不多。不过它也有缺点，如果有太大的电流通过某个单元，附近的单元都会受到影响，引起虚影。如果电流太小，单元的开和关就会变得迟缓，降低对比度和丢失移动画面的细节。早期，被动矩阵板依赖于扭转向列的设计。上层和下层的偏光板的偏振光方向呈90度，因此中间的液晶以90度进行扭转。这样制造的液晶板对比度很低、响应时间也很慢。这种方式运用在低信息量显示时很好，不过被证明不适合计算机显示。超扭转向列（SuperTwistedNematic）方法是通过改变液晶材料的化学成分，使液晶分子发生不止一次的扭转，光线扭转达到180度到270度，这样便会极大地改善画面的显示质量。80年代初期STN技术一度非常流行，至今它还在便携设备如PDA，蜂窝电话中使用。虽然STN技术提高了显示的对比度，不过它会引起光线的色彩偏差，尤其是在屏幕偏离主轴的位置上。这就是为什么早期的笔记本电脑屏幕总是偏蓝和偏黄的原因。为了解决这一问题，双层超扭曲向列型显示技术DSTN出现了，它具有两层扭转方向相对的LCD层，第二层使得第一层遗留的色偏问题得以解决。当然它的制造工艺比前两种方式要复杂的多。后来人们发现了比DSTN更简单易行的方法——在底层和顶层的外表面加上补偿膜，来改善STN技术中所产生的特定波段光线的散射和反射现象，这就是补偿膜超扭转向列Film-compensatedSTN（FSTN）。FSTN的显示效果和DSTN相当，但价格和工艺难度大大降低，所以现在大多数被动式LCD都采用了FSTN技术。为了进一步改善FSTN技术的LCD显示效果，人们又于90年代初期提出了双扫描概念。所谓双扫描，就是将面板水平对等地分为两部分，顶端和底端相对应的部分同时扫描，这就大大提高了扫描的频率。双扫描解决了小电流、长时间使用的