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電視螢幕閃爍,液晶顯示器構造圖

互联网 2021-04-17 07:50:29

一   前言

液晶顯示器﹝LCD﹞在製造技術方面可以比映像管﹝CRL﹞顯示器得到較小的點距,並且沒有福設限困擾,因此可以近距離閱讀,對健康不會造成不利的影響,傳統顯示器為映像管,螢幕越大、體積和重量顯示器得到較小的點距,並且沒有福設限捆擾。十五點一吋彩色液晶顯示器厚度只有十公分。此外液晶顯示板較為省電,色彩變化的層次也比以往提升最高可達 64k 種顏色,顯像能力強,因此液晶顯示器在資訊周邊的普及率越來越高。投影式液晶顯示器可能是未來大尺寸顯示器的解決方案,可以作成外部投射種顏色,顯像能力強,因此液晶顯示器在資訊周邊的1)。

1 個人使用的頭配式液晶投影顯示器

在液晶顯示板製造工廠中,為了在顯示板中灌入液晶,在上下兩片玻璃板中必須填入微粒來預留空間(圖 2),在檢測工作上必須計數固定區域中所包含的微粒數量,使其達到檢驗標準。現行之方法是利用顯微鏡人工目視來從事檢測的工作,費時而不確實,實在有改進的必要。液晶顯示器 (LCD) 板料上之微細墊片計數系統,其主要目的在於以機械視覺技術促進液晶顯示器工廠自動化升級。此系統利用 CCD 攝影機、影像擷取系統及個人電腦組成一機械視覺自動化檢測設備[3-5],而檢測表面微粒的自動計算系統可用以改善目前人工計算的檢驗方式,除了統計數量之外,並能偵測出微粒有無分佈不均的情形。在有些工廠裡通常只有剛開始噴灑微細墊片時,工作人員會對剛開始生產的前面三片或四片的液晶顯示器玻璃片實施目視檢測,以調整噴嘴的噴出量,進而開始大量作業。事實上液晶顯示器板料上之微細墊片之分佈情形在液晶顯示器製程上是一項攸關液晶顯示器良率的重要步驟,因此微細墊片計數系統在液晶顯示器製程品管方面有舉足輕重的重要性。

圖 2 液晶顯示器 (LCD) 板料上之微細墊片

TN形式的LCD產品在1980年代即進入實用化階段,當時大量應用在計算機面板、電子手錶及電器零件螢幕,STN形式之LCD則是到了1990年代才開始普及於較大LCD尺寸的商品,例如電子字典及記事簿之類的產品,而大面積且大視角的彩色TFT形式之LCD則是成為近幾年平板顯示器的焦點,現在平板顯示器主流產品為TFT形式之LCD與STN形式之LCD。我國LCD產業由美商技術提供,逐漸轉為倚賴日本產業界間的交流,目前國內生產STN或TN形式之LCD的廠商如北部地區的碧悠電子、南亞、中華映管、三洋電機、Sharp、Hitachi以及台中潭子加工區的愛普生科技﹑勝華科技﹑光聯科技等公司,而生產TFT形式之LCD的生產廠商則如聯友及元太等公司,目前在生產大面積的彩色LCD經常遭遇到良率降低的問題,因此液晶顯示板製造過程中線上檢測乃形成一大挑戰。在這些LCD生產廠商中,有許多家其液晶顯示板製造工廠無塵室中多以顯微鏡來進行人工目視檢測與安裝的工作,這些工作都可哂脵C械視覺[1]、資料擷取、定位控制等成熟之自動化檢測技術來逐步解決。人工檢驗作業適應力固然大,但是人工作業往往因為人員之身體、精神狀況的影響,、資料擷取、定位控制等成熟之自LCD製程之自動化檢測實乃當務之急,例如LCD細微墊片物(spAcers)的自動化檢測系統[2]、LCD色彩自動化檢驗系統、LCD光蝕刻電路自動化檢測系統、LCD上下平板之自動化對位組裝系統等等。

二    LCD 液晶的起源

提起「液晶」不禁讓人想到,「液」是液態的意思,「晶」是固體的意思,那麼「液晶」是固體還是液體呢?答案為都是。為什麼呢?因為一般來講物質有固態、液態和氣態共三態,但是液晶卻介於固態和液態之間,同時擁有固態晶體的光學特性和液體的流動特性,所以可以說液晶是具有中間相的物質。

表1-1、液晶分子示意圖

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       液晶的起源是在1888年時,由奧地利植物學家萊尼茲發現了一種特殊的混合物質,此一物質在常態下是處於固態和液態之間,不僅如此,其還兼具固態物質和液態物質的雙重特性。在那個年代並沒有對於此物質的適當稱呼,因此就稱之為Liquid Crystal(顧名思義就是液態的晶體)。而液晶的組成物質是一種有機化合物,也就是以碳為中心所構成的化合物。

       後來在1963年時,美國RCA公司的威廉發現了液晶會受到電器的影響而產生偏轉的現象,也發現光線射入到液晶中會產生折射。所以就在1968年,也就是威廉發現光會因液晶產生折射後的5年,RCA的Heil震盪器開發部門發表了全球首台利用液晶特性來顯示畫面的螢幕。所以到了1968年,萊尼茲發現液晶物質後整整80年後,「液晶」和「顯示器」兩個專有名詞才連結在一起,「液晶顯示器(LCD)」成為後來大家朗朗上口的專業名詞。

       當然,1968年所發表的液晶顯示器就如同大多數新發明的科技一樣,新科技的首次發表並未象徵能立即量產出貨,距離實際應用在日常生活還有一段路要走。再經過5年的光陰,到了1973年時一位英國大學教授葛雷先生發現了可以利用聯苯來製作液晶,聯苯所製作的液晶顯示器十分安定,解決了以往所使用的液晶材料較不穩定的問題,因此造就了在1976年時有關於液晶顯示器的產品正式量產出貨,此產品為日本SHARP的以液晶做為螢幕的EL-8025電子計算機。從此以後,開啟了液晶多方面的應用,也逐漸促成LCD產業的興起。

三   液晶顯示原理

一般來講液晶哂迷陲@示器上,主要靠液晶的電光效應和偏光的特性。偏光的涵義是指光波只會在一個平面上震動,主要是靠偏光濾光器(濾光器是由兩塊互相成為90度的單一濾光鏡片構成)。而LCD是以兩塊玻璃片中填滿液晶材料所構成,由於液晶擁有黏性(viscosity)、彈性(elasticity)和極化性(polarizalility)的性質,因此當電極通過就會改變偏光的特性。為了使LCD能顯示影像,在LCD的兩塊玻璃片中間的頂部和底部排列互相成為90度的導體,每一個交叉點就是一個單元,透過訊號輸入至每一單位,因此就能控制影像的顯示。

四   液晶的構造

液晶顯示器的構造,以TFT-LCD來講,關鍵零組件包括玻璃基板、彩色濾光片、偏光片、驅動IC、液晶材料、配向膜、背光模組、ITO導電薄膜,還有其他Cell製程要用到的材料及化學用品等。

       而在主要構造的用途方面,接下來以主動矩陣驅動方式的液晶顯示器來說明,首先由背光源的光線照在偏光板上,光線在穿過偏光板後,會被偏極化(也就是偏極化後每一個光線的分子,在能量、相位、頻率和方向上的特性都會相同。),偏極化的光線會穿過液晶,因為液晶分子的排列方式被電極產生的電壓影響,因此液晶可以改變偏極化光線的偏光角度,不同的偏光角度造成出來的光線強度會不同,不同強度的光線再經由彩色濾光片的紅、藍、綠三個畫素,就會顯示出各種不同的亮度和不同顏色的畫素,最後再經由各個畫素就可以組成肉眼看得到的各種影像和圖形。

圖4-1、主動矩陣型液晶顯示器構造圖

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圖4-2、TN型LCD顯示模式

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資料來源:中山大學材料所

資料來源:各廠商

從液晶的起源、液晶哂迷陲@示器上的原理、液晶顯示器的分類、液晶顯示器的構造以及液晶顯示器的優缺點一路看來,我們可以知道液晶顯示器有許多優點,也逐漸取代傳統的陰極射線管顯示器,當然現今的液晶顯示器還有許多缺點尚待克服,也陸續有新的技術繼續帶領著發展方向,目前二代液晶技術有低溫多晶矽LCD(Low Temp Poly Silicon;簡稱LTPS)等,新一代的技術正試圖將原本液晶顯示器的缺點加以改進、加強,相信在不久的將來,不僅是電子計算機、筆記型電腦、桌上型電腦螢幕、PDA和手機中會哂玫揭壕э@示器,就連電子書、資訊家電等具備未來潛力的產品,也都是液晶顯示器的重要應用,液晶顯示器將可望與人類生活緊密結合起來,成為日常生活中不可或缺的一部份。

五   液晶優缺點

和傳統的陰極射線管顯示器相比,液晶顯示器具有許多優點,首先在重量和體積方面,液晶顯示器不管是在重量、體積和厚度上,都比陰極射線管顯示器來得短小輕薄,因此在攜帶性和使用便利性上,液晶顯示器都較傳統陰極射線管顯示器優良許多。接下來是在耗電方面,由於陰極射線管顯示器是利用電子束打在塗滿磷化物 (phosphor) 的弧形玻璃上,後端使用陰極線圈放出負電壓,驅動電子槍將電子放射在弧形玻璃上發出光亮形成影像,所以比較起來液晶顯示器較為省電。

        至於在螢幕本體的比較,液晶顯示器和陰極射線管顯示器的優劣參半,液晶顯示器在螢幕弧度和螢幕閃爍度方面都比陰極射線管顯示器來得好,但是在廣視角技術和尺寸大小方面,反而是陰極射線管顯示器比液晶顯示器好,因為在製作液晶顯示器時,超過30吋以上會因為玻璃基板材質的問題,造成玻璃重量使面板變形,因此目前無法做超過30吋以上的螢幕。除此之外,液晶顯示器也有其他缺點,如價格比陰極射線管顯示器高出許多,耐用度較陰極射線管顯示器差,以及使用溫度限於0至50度區間(超出此溫度區間會使液晶結構受到破壞)等。

六 LCD與CRT之比較

同樣是顯示設備,LCD螢幕與CRT顯示器有那些不同呢?就簡單的分

類讓各位了解

 

LCDCRT解析度固定的解析度,在自有的解析度下可得到最佳的畫質,但在其他的

解析度下仍可以擴展或壓縮的方式,將畫面顯示出來。

沒有固定的解析度,只要在顯示器的規格內,都可以直接顯示出。

重生率

最佳更新頻率在60Hz,由於畫面不受更新頻率影響而閃爍,故只要

在顯示器的規格內即可。

為求畫面不閃爍,以及保護眼睛,建議重生率要在75Hz以上。

色階色階多已達到全彩的標準。

沒有色階限制,色彩的多寡取決於系統設定及顯示卡。

畫面構成

畫面由液晶板上的圖素所組成,其解析度固定,圖素的點距決定圖

素大小,而非圖素間的距離。逐一圖素顯示方式,能呈現飽和的色純度、清晰的字型及銳利的畫面。影像會更顯明亮、豔麗。

畫面圖素的形成是依靠許多群集的點或直條所構成,這些點和點或

直條和直條間的距離,我們稱之為點距或直條狀間距。

CRT的點距大小及品質,對畫面的清晰和銳利度有很大的影響。

可視角度

可視角度隨著技術不繼地改良,而得到很大的提昇。目前動態矩陣

液晶顯示器可視角度只為120度或更寬,所以仍有很大的空間可以改善。極良好的可視角度電源消耗及放射物質電源用量低,比傳統CRT顯示器的耗電量少70%。正常工作時的耗電

量和閱讀用燈一樣。實際上是無輻射和磁場干擾,可營造出更完美的使用環境。

輻射和電磁干擾是一直存在,但干擾和輻射值均依循安全的規定和標準,並遵循所有有關之規定。 應用層面主要考慮點是在較小的使用空間中架設展示應用,但後來演變為大眾桌面顯示器的選擇。在很多的展覽應用上,出現了先選擇使用LCD顯示器,而不在考慮使用CRT顯示器。由於體積大佔空間,使得桌面所剩之使用空間較小。

 

液晶顯示技術被哂靡呀浻幸欢螘r間,對於資訊類產品,液晶顯示

技術也漸漸展露頭角。現在,各家廠商不斷提供更新的液晶顯示技術及產品,相信液晶顯示器即將晉升為桌上型電腦顯示設備的主流。

LCD顯示器和CRT顯示器優缺點比較表

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資料來源:各廠商

從液晶的起源、液晶哂迷陲@示器上的原理、液晶顯示器的分類、液晶顯示器的構造以及液晶顯示器的優缺點一路看來,我們可以知道液晶顯示器有許多優點,也逐漸取代傳統的陰極射線管顯示器,當然現今的液晶顯示器還有許多缺點尚待克服,也陸續有新的技術繼續帶領著發展方向,目前二代液晶技術有低溫多晶矽LCD(Low Temp Poly Silicon;簡稱LTPS)等,新一代的技術正試圖將原本液晶顯示器的缺點加以改進、加強,相信在不久的將來,不僅是電子計算機、筆記型電腦、桌上型電腦螢幕、PDA和手機中會哂玫揭壕э@示器,就連電子書、資訊家電等具備未來潛力的產品,也都是液晶顯示器的重要應用,液晶顯示器將可望與人類生活緊密結合起來,成為日常生活中不可或缺的一部份。

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