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1、液晶显示器亮度增加的途径及工作原理由 LCD 的工作原理得知， LCD 器件是由背光源发射的光通过偏振片和液晶盒时，控制投射强度识别图像的器件。也就是 LCD 的亮度取决于通过液晶盒（ LCD 屏的透过率）和彩膜 CF 光量（ CF 的透过率）及背光源的亮度。 因此，要提高 LCD 表面亮度应从三方面着手： 1 提高背光源亮度 2 提高 TFT 像素的开口率 3 提高所有材料的亮度如图所示，使用导光板的侧灯式光源，假设导光板光效率为 100% ，其在导光板中损失 40% ，通过下偏光片损失 36% ，通过液晶盒损失 18% 以及表面反射损失 1% ，由此， LCD 显示从导光板到最终利用率不到
2、 5% 。由此可见，如何将光效率提高，如何让液晶显示呈现一个明亮鲜艳的图像是液晶显示产业的一个大问题。 背光源作为 LCD 显示的重要配件和亮度来源，对提高液晶显示亮度来说非常重要，它的结构如下图所示。因此，人们尝试多种方式从背光源方面去改进 LCD 显示亮度，首先从灯源角度，可增加灯管数，增加灯源功率，但都会导致耗电大、体积加大；其次从导光板角度，这对导光板的材料、设计提出了很高的要求；第三，从灯管后的反射膜及导光板下面的反射板角度，提高发射效率，增加发射亮度；第四，在导光板与下层偏光片之间加棱镜膜和增亮膜。本文主要从第三、四角度来论述 - 如何让您的液晶显示亮起来。 高效率的反射膜 反射膜
3、是液晶显示器中的一个部件，它的反射率的高低都会影响显示的亮度效果。如下图所示，反射膜可用于灯管和导光板下面，有些公司利用一些特殊技术制作出具有高效率的反射膜反射效率接近 100% 。 除了在灯管处的高反射膜，在导光板下的反射膜尤其重要，需要特殊的粒子结构与导光板的印刷点相匹配，不但能反射光，而且还要使反射光比较均匀。用这些特殊的反射膜，无需改动设计、模具，就可使液晶显示的轴中心亮度提高近 30% 。 棱镜膜 用过笔记本电脑和液晶台式显示器的人都会发现，显示屏存在一定的视角。从垂直于显示平面的方向观测电脑，亮度较高；但从偏离法线一定角度观测，会发现亮度不是很高。这也合乎用户的使用要求，因为笔记本
4、电脑通常是个人用，这要求本来分散的光通过一些方法集中到中心观测的一定角度，使在轴中心亮度大大增加。而棱镜膜就是起这样的作用。棱镜膜，顾名思义，其表面是一个个结构相同的棱形结构，如下图所示。 TFT-LCD 液晶显示器有哪 些分辨率 分辨率 像素数 长宽比 简称 320 x 240 76,800 4:3 QVGA 640 x 400 256,000 16:10 EGA 640 x 480 307,200 4:3 VGA 800 x 480 384,000 15:9 WVGA 800 x 600 480,000 4:3 SVGA 1024 x 600 614,400 17:10 WSVGA 102
5、4 x 768 786,432 4:3 XGA 1280 x 1024 1,310,720 5:4 SXGA 1400 x 1050 1,470,000 4:3 SXGA+ 1600 x 1200 1,920,000 4:3 UXGA 1920 x 1200 2,304,000 16:10 WUXGA 2048 x 1536 3,145,728 4:3 QXGA 2560 x 2048 5,242,880 4:3 QSXGA 3200 x 2400 7,680,000 4:3 GUXGA LCD 基本原理液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器 . 而今日对液晶显示器这个名称 , 大多是
6、指使用于笔记型计算机 , 或是桌上型计算机应用方面的显示器 . 也就是薄膜晶体管液晶显示器 . 其英文名称为 Thin-film transistor liquid crystal display, 简称之 TFT LCD. 从它的英文名称中我们可以知道 , 这一种显示器它的构成主要有两个特征 , 一个是薄膜晶体管 , 另一个就是液晶本身 . 我们先谈谈液晶本身 . 液晶 (LC, liquid crystal) 的分类 我们一般都认为物质像水一样都有三态 ,分别是固态液态跟气态 . 其实物质的三态是针对水而言 ,对于不同的物质 , 可能有其它不同的状态存在 . 以我们要谈到的液晶态而言 ,
7、它是介于固体跟液体之间的一种状态 , 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程 ( 请见图 1), 只要材料具有上述的过程 , 即在固态及液态间有此一状态存在 , 物理学家便称之为液态晶体 . 这种液态晶体的首次发现 , 距今已经度过一百多个年头了 . 在公元 1888 年 , 被奥地利的植物学家 Friedrich Reinitzer 所发现 , 其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇 (cholesteryl benzoate) 的融解行为时发现 , 此化合物加热至 145.5 度时 , 固体会熔化 , 呈现一种介于固相和液相间之半熔融流动白浊状液体 . 这种状况会一直维持温度升高到 1
8、78.5 度 , 才形成清澈的等方性液态 (isotropic liquid). 隔年 , 在 1889 年 , 研究相转移及热力学平衡的德国物理学家 O.Lehmann, 对此化合物作更详细的分析 . 他在偏光显微镜下发现 , 此黏稠之半流动性白浊液体化合物 , 具有异方性结晶所特有的双折射率 (birefringence) 之光学性质 , 即光学异相性 (optical anisotropic). 故将这种似晶体的液体命名为液晶 . 此后 , 科学家将此一新发现的性质 ,称为物质的第四态 - 液晶 (liquid crystal). 它在某一特定温度的范围内 , 会具有同时液体及固体的特性
9、 . 一般以水而言 , 固体中的晶格因为加热 , 开始吸热而破坏晶格 , 当温度超过熔点时便会溶解变成液体 . 而热致型液晶则不一样 ( 请见图 2), 当其固态受热后 , 并不会直接变成液态 , 会先溶解形成液晶态 . 当您持续加热时 , 才会再溶解成液态 ( 等方性液态 ). 这就是所谓二次溶解的现象 . 而液晶态顾名思义 , 它会有固态的晶格 , 及液态的流动性 . 当液态晶体刚发现时 , 因为种类很多 , 所以不同研究领域的人对液晶会有不同的分类方法 . 在 1922 年由 G. Friedel 利用偏光显微镜所观察到的结果 , 将液晶大致分为 Nematic Smectic 及 Ch
10、olesteric 三类 . 但是如果是依分子排列的有序性来分 ( 请见图 3), 则可以分成以下四类 : 1. 层状液晶 (Sematic) : 其结构是由液晶棒状分子聚集一起 , 形成一层一层的结构 . 其每一层的分子的长轴方向相互平行 . 且此长轴的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角 . 由于其结构非常近似于晶体 , 所以又称做近晶相 . 其秩序参数 S(order parameter) 趋近于 1. 在层状型液晶层与层间的键结会因为温度而断裂 , 所以层与层间较易滑动 . 但是每一层内的分子键结较强 , 所以不易被打断 . 因此就单层来看 , 其排列不仅有序且黏性较大 . 如果我们利
11、用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话 , 我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定为指向矢 (director), 这就是这一群区域性的液晶分子平均方向 .而以层状液晶来说 , 由于其液晶分子会形成层状的结构 , 因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶 . 当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话 , 就称之为 Sematic A phase. 如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜 (tilt) 角度 , 就称之为 Sematic C phase. 以 A,C 等字母来命名 ,这是依照发现的先后顺序来称呼 , 依此类推 , 应该会存在有一个 Sematic B phase 才是 . 不过后
12、来发觉 B phase 其实是 C phase 的一种变形而已 , 原因是 C phase 如果带 chiral 的结构就是 B phase. 也就是说 Chiral sematic C phase 就是 Sematic B phase( 请见图 4). 而其结构中的一层一层液晶分子 , 除了每一层的液晶分子都具有倾斜角度之外 , 一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构 . 2. 线状液晶 (Nematic) : Nematic 这个字是希腊字 , 代表的意思与英文的 thread 是一样的 . 主要是因为用肉眼观察这种液晶时 , 看起来会有像丝线一般的图样 . 这种液晶分子在空间上具有一
13、维的规则性排列 , 所有棒状液晶分子长轴会选择某一特定方向 ( 也就是指向矢 ) 作为主轴并相互平行排列 . 而且不像层状液晶一样具有分层结构 . 与层列型液晶比较其排列比较无秩序 , 也就是其秩序参数 S 较层状型液晶较小 .另外其黏度较小 , 所以较易流动 ( 它的流动性主要来自对于分子长轴方向较易自由运动 ) 。线状液晶就是现在的 TFT 液晶显示器常用的 TN(Twisted nematic) 型液晶 . 3. 胆固醇液晶 (cholesteric) : 这个名字的来源 , 是因为它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的 . 但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相 . 这种液晶如图 5
14、 所示 , 如果把它的一层一层分开来看 , 会很像线状液晶 . 但是在 Z 轴方向来看 , 会发现它的指向矢会随着一层一层的不同而像螺旋状一样分布 , 而当其指向矢旋转 360 度所需的分子层厚度就称为 pitch. 正因为它每一层跟线状液晶很像 , 所以也叫做 Chiral nematic phase. 以胆固醇液晶而言 , 与指向矢的垂直方向分布的液晶分子 , 由于其指向矢的不同 , 就会有不同的光学或是电学的差异 , 也因此造就了不同的特性 . 4. 碟状液晶 (disk) : 也称为柱状液晶 , 以一个个的液晶来说 , 它是长的像碟状 (disk), 但是其排列就像是柱状 (disco
15、id). 如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶 (polymer liquid crystal, 聚合许多液晶分子而成 ) 与低分子液晶两种 . 就此种分类来说 TFT 液晶显示器是属于低分子液晶的应用 . 倘若就液晶态的形成原因 , 则可以分成因为温度形成液晶态的热致型液晶 (thermotropic), 与因为浓度而形成液晶态的溶致型液晶 (lyotropic). 以之前所提过的分类来说 , 层状液晶与线状液晶一般多为热致型的液晶 , 是随着温度变化而形成液晶态 . 而对于溶致型的液晶 , 需要考虑分子溶于溶剂中的情形 . 当浓度很低时 , 分子便杂乱的分布于溶剂中而形成等方性的溶液 , 不过当浓度升高大于某一临界浓度时 , 由于分子已没有足够的空间来形成杂乱的分布 , 部份分子开始聚集形成较规则的排列 , 以减少空间的阻碍 . 因此形成异方性 (anisotropic) 之溶液 . 所以溶致型液晶的产生就是液晶分子在适当溶剂中 达到某一临界浓度时 , 便会形成液晶态 . 溶致型的液晶有一个最好的例子 , 就是肥皂 . 当肥皂泡在水中并不会立刻便成液态 , 而其在水中泡久了之后 , 所形成的乳白状物质 , 就是它的液晶态 . 液晶的光电特性 由于液晶分
