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    STN-LCD顯示原理

    更新時間:2016-03-29 10:34:32點擊次數:2756次

    STN(Super Twisted Nematic)是用電場改變原為180度以上扭曲的液晶分子的排列從而改變旋光狀態,外加電場通過逐行掃描的方式改變電場,在電場反復改變電壓的過程中,每一點的恢復過程較慢,因而產生余輝。它的好處是功耗小,具有省電的最大優勢。彩色STN的顯示原理是在傳統單色STN液晶顯示器上加一彩色濾光片,并將單色顯示矩陣中的每一像素分成三個子像素,分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色,就可顯示出彩色畫面。和TFT不同STN屬于無源Passive型LCD,一般最高能顯示65536種色彩。

    STN型的顯示原理與TN相類似,不同的是TN扭轉式向列場效應的液晶分子是將入射光旋轉90度,而STN超扭轉式向列場效應是將入射光旋轉180~270度。 要在這里說明的是,單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形(或稱黑白),并沒有辦法做到色彩的變化。但如果在傳統單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片(color filter),并將單色顯示矩陣之任一像素(pixel)分成三個子像素(sub-pixel),分別通過彩色濾光片顯示紅、綠、藍三原色,再經由三原色比例之調和,也可以顯示出全彩模式的色彩。另外,TN型的液晶顯示器如果顯示屏幕做的越大,其屏幕對比度就會顯得較差,不過藉由STN的改良技術,則可以彌補對比度不足的情況。

    傳統的TN-LCD(扭曲向列液晶顯示器件)具有電光響應速度緩慢,閾值特性很不明顯的弱點,這給多路驅動造成了困難,使其在大信息量的視頻顯示上受到了限制。通過將TN-LCD液晶分子的扭曲角度由90°加大到180°至360°之間就可以制成STN-LCD(超扭曲向列液晶顯示器件)。STN-LCD大大提高了顯示特性,目前幾乎所有的點陣圖形和大部分點陣字符LCD均已采用了STN模式,STN-LCD技術在液晶產業中已處于逐漸成熟和完善的階段。

    將涂有透明導電層的玻璃上光刻形成特定的透明電極,在兩片這種玻璃極板間夾上一層STN-LCD材料,四周密封,形成一個厚度僅為微米量級的扁平液晶盒。由于玻璃內表面涂有定向層膜并進行了定向處理,盒內液晶分子沿玻璃表面平行排列,如果兩片玻璃內表面定向層處理的方向呈一定的夾角α,則液晶分子在這兩片玻璃之間以α角度扭曲由于STN-LCD液晶分子在盒中的扭曲螺旋距比可見光波長大得多,所以當垂直于玻璃表面一側的直線偏振光入射后,其偏光方向在通過整個液晶層后會被扭曲α角度另一側射出,因此此液晶盒具有在成α角度偏振片間透光的作用和功能。

    如果在液晶盒上施加一個電壓并達到一定值后,液晶分子長軸將開始沿電場方向傾斜,當電壓達到2倍閾值電壓后,除電極表面的分子外,所有的液晶盒內兩電極之間的液晶分子都變成沿電場方向的再排列,這時α角度旋光功能消失,在成α角度的偏光片之間失去了旋光作用使器件不能再透光。因此,將STN-LCD放在成α角度的偏振片之間就可以用給液晶盒通電的辦法使光改變其透過和遮住狀態從而實現顯示的功能。

    STN-LCD的閾值電壓Vth可以表示為

     STN-LCD閾值電壓

    其中ΔX為STN-LCD介電常數,k11、k22和k33為其彈性系數。

     STN-LCD廣電特性

    圖1和圖2分別為TN-LCD和STN-LCD(扭曲角度為270°)的電光響應特性曲線,由圖中可以看出,STN-LCD具有陡的閾值特性,這使得STN-LCD在大容量、多行點陣顯示中得到廣泛的應用。

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