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什么是FPD?

FPD类型

平板显示器的图像照片
FPD(平板显示器)是具有薄、平面屏幕(和外壳)的视频显示设备的总称。与长期以来成为主流的CRT(阴极射线管)显示器相比,它们占用的空间较小,屏幕失真较小,并且相对容易增加尺寸,因此在2000年代初期开始流行。目前,它被安装在各种日常生活必需的电子产品中,包括电视、智能手机、电脑和平板设备。

根据图像显示方式,FPD 可分为多种类型。典型示例包括液晶显示器(LCD)、有机EL(OLED)显示器和发光二极管(LED)显示器。目前,FPD正变得越来越复杂和多功能,但当它们首次出现时,它们面临着各种技术问题,例如高功耗、低亮度和色彩以及响应时间慢等。为此,各厂商通过反复试验采用各种方法开发了FPD产品。

显示设备类型

显示设备类型

液晶显示器的基本结构

液晶显示器是利用液晶的性质来显示影像的FPD。液晶是固体 (结晶) 和液体的中间状态物质,具有通过施加电压改变分子排列方式的性质。

液晶显示器的内部结构

液晶显示器的截面图

下面是液晶显示器的截面图。显示在显示器上的图像由像素 (像素) 的组合表示,这是一个非常小的色点。此外,该像素由三个子像素R, G, B (红色,绿色,蓝色) 组成。每个子像素都有一个小电极,通过向液晶层施加电压,可以部分改变液晶的分子排列,并像快门一样阻挡或穿透背光。通过以这种方式调节屏幕上显示的光的亮度和暗度,我们表现出各种颜色和色调。

液晶显示器原理 (光的快门效果)

为了在屏幕上表达丰富的色彩,需要对通过彩色滤光片光量进行微调。这里非常重要的是光的方向性(偏振)。液晶显示器配备了多种调节光线方向的功能,通过自由改变穿过液晶显示器的光线量,它们能够表现出生动的图像。

功能1偏振片的光快门功能

水平设置两个偏振片时

偏光板是为了给光提供方向性的板。像栅栏一样的形状,正好像三明治的面包部分一样,在显示屏的两面各备有一张。通常,我们在自然中看到的光是没有方向的,它在所有方向上扩散,但通过使光通过该偏振片,您可以切断特定方向以外的光。例如,如果将偏光板放置在水平方向 (水平方向) ,除了穿过栅栏间隙的光线之外,其他光线都会被切断,从而使光线具有水平方向。

一个偏光板垂直设置的情况

通过组合两个偏光板,可以在一定程度上控制透射的光量。例如,如果将前面的偏振片水平放置在光源上方,而将里面的偏振片垂直放置 (倾斜90度) ,则由于通过第一个偏振片的光具有水平方向,因此无法通过第二个偏振片,因此屏幕上会显示黑色 (不发光) 。通过以这种方式改变两个偏振片的倾斜度,您可以调整屏幕的亮度 (原则上) 。

偏光板组合的画面亮度差异

两片偏振片的偏振面平行、倾斜、正交情况的比较

基于功能2配向膜的液晶分子的排列

然而,在实际的液晶显示器中,偏光板的倾斜度是固定的,不能移动。因此,通过控制位于显示器中间的液晶层来调节光的方向性。

如前所述,液晶是介于固体(晶体)和液体之间的中间状态的物质。这种液晶的分子通常以松散的规则排列,但当附近放置有凹槽的板时,分子往往会沿着凹槽的方向规则排列(见下图)。该带槽板被称为“取向膜”,取向膜以夹着液晶层的方式设置。

自然状态的液晶粒子和取向膜附近的液晶粒子的图像图像

功能3电压控制液晶分子

在液晶显示器中,通过组合偏光板和取向膜并使用电压控制液晶分子的取向来调节穿过显示器的光量。让我们一步步看看我们的意思(*这只是一个例子)。

首先,安装在显示器两侧的两个偏光板的偏光面垂直(倾斜90度)。因此,穿过背光源(光源)前面的偏光板的光被后面(第二个)的偏光板阻挡,无法穿过显示器。配向膜用于改变光的方向。贴在液晶层两侧的两片取向膜是正交的,就像偏光板一样。此时,随着夹在配向膜之间的液晶分子从光源前方(第一配向膜)向后方(第二配向膜)移动,它们的本体沿着凹槽的方向升起,就会变成扭曲。这使得穿过液晶层的光扭转90度并穿过背面的偏光板。

光快门原理

鸟瞰图
横图
电压引起的液晶分子排列变化

电压引起的液晶分子排列变化

但是,如果只是这样,您不必在中间插入液晶层。重要的是通过电压控制液晶分子。液晶分子具有沿电流流动方向平行排列的性质。因此,当向液晶分子施加电压时,由于取向膜引起的分子扭曲消失,光无法通过偏振片。因此,当您想要通过光线时,您可以关闭电压,当您想要阻挡光线时,您可以打开电压,这样您就可以精细地表现显示器光线的明暗。此外,由于可以根据电压的高低来控制分子的细微倾斜,因此可以表示每个子像素的颜色深浅。

液晶分子排列变化的图像图

液晶显示器的对比度

让图像看起来漂亮的另一个重要因素是对比度。对比度是最亮部分(白色显示)和最暗部分(黑色显示)之间的亮度差。

从背光源发出的光通过彩色滤光片后呈现出任意颜色(红、绿、蓝),但此时,部分光被彩色滤光片中所含的颜料颗粒扩散。这种散射改变了光的方向,因此当显示白色时,一些散射光无法穿过第二偏光板,亮度降低,而当显示黑色时,一些散射光被第二偏光板偏振。会穿过电路板并泄漏。换句话说,颜料颗粒扩散的光越多,对比度就越低,导致屏幕整体暗淡且不清晰。

由于对比度的差异,屏幕外观的差异

由于对比度的差异,屏幕外观的差异

解决这个问题的最佳方法是使用高对比度的彩色光阻剂。 在提高彩色滤光片亮度的同时,漏光也更少,从而产生更高的对比度和更清晰、更易于阅读的屏幕。

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东洋翊绚株式会社

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