【筆記】顯示屏LCD
之前有個屏廠家講過背光液晶屏的原理，液晶是特殊狀態。可能不太記得講了什麼，也沒留下PPT，遺憾。後來有一樣機，裝過，觸摸屏是薄薄一層，下面是顯示屏，從物理上是分離的。
這次從網上收集資料，先學習一下顯示屏是什麼。現在，PC顯示屏已經有LED（發光方式）屏了。但是貌似手機都是LCD（背光方式）。
LCD
液晶顯示器，Liquid Crystal Display，放置於光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗低，適用於使用電池的電子設備。液晶屬於固定和液體的中間態，理解爲具備液體和固體的特性，可以控制晶體的排列方向。在參考文獻[3]中有詳細介紹（真是很詳盡，長見識）。有兩個重要參數：介電係數（受電場影響決定分子轉向參數）和折射係數（光學）。
亮度工作原理
以前聽那個臺灣人說液晶豎起來，倒下去，豎起來，倒下去，貌似是唯一的印象。
懸浮於兩個透明電極（氧化銦錫）（稀土很重要）間的一列液晶分子層，兩邊外側有兩個偏振方向互相垂直的偏振過濾片。簡單說，兩個互相垂直的偏正片，光線不能通過。偏正片之間有液晶，當電流通過電晶體產生電場變化，造成液晶分子偏轉，藉以改變光線的偏極性，從而改變光線的方式，使光可以透過第二個偏正片。控制電壓，可實現不同的灰度。
LCD可透射顯示，也可反射顯示，投射方式見手機、電腦屏，如上圖所示，反射方式如計算器、手錶（我覺得這種方式只需一偏正片即可，光通過後，經過液晶完全轉向90度，反射後的光不能再次通過偏正片爲黑，反之爲亮。當然也可以在第二個偏振片後面有反射面，效果等同於經過兩次液晶屏。經查，仍是兩層偏正片，而計算器，只是數字部分有液晶，非全屏）。半穿透反射式LCD既可以當作透射型使用，也可當作反射型使用。我曾有臺索愛的手機，休眠時，如手錶方式顯示時間，激活時採用投射方式，我覺得很好，看時間特別方便，無需點亮。
亮度工作原理進一步說明[3]
由上下層玻璃夾着液晶，上層玻璃貼有彩色濾光片，下層玻璃有薄膜晶體管（TFT，Thin film transistor liquid crystal display），所以此種屏，稱爲TFT LCD，薄膜晶體管液晶顯示器。在結構上，我們看到玻璃面向液晶那面有配向膜。右圖中玻璃一面, 有鋸齒狀的溝槽，目的希望長棒狀的液晶分子, 會沿着溝槽排列，液晶分子的排列纔會整齊。這是理論，實際上通過配向膜來實現。在沒有加電時，液晶的排列會依照上下兩塊玻璃的配向膜而定。
對於TN（Twisted Nematic）型的液晶來說，上下配向膜的角度差恰爲90度，所以液晶分子的排列由上而下會自動旋轉90度。當入射的光線經過上面的偏光板時, 到達下層偏光板時, 光波的極化方向恰好轉了90度，光線可順利通過。如果對上下兩塊玻璃施加電壓時, 由於TN型液晶多爲介電係數異方性爲正型的液晶，即代表着平行方向的介電係數比垂直方向的介電係數大，因此當液晶分子受電場影響時，其排列方向會傾向平行於電場方向。即液晶分子的排列都變成站立，經過液晶分子不會改變極化方向，無法通過下層偏光板。
這種方式不加電通過，稱爲normal white（NW），如果上下兩個偏光片平行，則是normal black（NB）方式。我們的計算機亮點多，軟件多爲白底黑字，所以採用NW方式。這就是說，我們弄個暗桌面背景實際上更耗電……
此外還有STN（Super Twisted Nemaitc），在TN不加電中液晶旋轉90度，STN則爲270度。相同電壓差，TN的灰階要大，反映時間要快。Super也不是次次就更牛
色彩工作原理
由於液晶本身沒有顏色，所以用濾色片（圖中的彩色濾光片）產生各種顏色。附加的濾光片分別標記紅色，綠色和藍色。大部分數位控制的LCD都採用了八位控制器，可以產生256級灰階。每個子圖元能夠表現256級，那麼你就能夠得到2563種色彩，每個圖元能夠表現16,777,216（24位）種成色。
左圖繼續放大，黑色部分是遮住一些不透光部分，例如TFT。顯示屏是條狀，因爲垂直線多，例如文字，邊框。而電視機的畫面多爲曲線，故馬賽克排列，或者現在的三角排列。
顯示器的亮度關鍵因素是開口率，即光線能透過的有效區域比例，除了TFT，還有ITO的走線, 或是Cr/Al的走線等等。亮度損耗，包括偏正板（50%），玻璃（95%）、液晶（95%）、開口率（50%），彩色濾光片（27%，每種顏色33%在乘上損耗80%），則透過率僅爲6%，中間有些數值難以改變或者提高影響不大，關鍵在於開口率，這也是省電的關鍵。
控制和TFT
如果每個點都有單獨電壓控制，對於手錶沒問題，但是隨着像素增加，不現實，另每個紅綠藍都需單獨控制。
有被動陣列和主動陣列。被動陣列方式，每行爲一組，每列爲一組，將畫素排成行與列則可將連接線數量減至數以千計。控制某個點，需要行（例如用負電壓）和列（例如用正電壓）兩組聯動，仍有問題。反映時間慢和對比度低。即是同一行或同一列的其他畫素雖然受到的電壓僅為部分值，但這種部份切換仍會使畫素變暗。開始不太瞭解，看了資料三，有些明白，液晶有一定記憶能力，因爲上下層玻璃夾着液晶，形成平行電容板，有助維持原狀。如更改每個點的灰度，通過更改該行（負電）和該列（正電）的電壓，該點可改變，而列上、行上的其他點，雖然行列不似那點是正負電，而是正零電或負零點，仍是受到影響。
現在高解析度採用主動陣列方式。解決方法是每個畫素都添加一個配屬於它的電晶體開關，使得每個畫素都可被獨立控制。電晶體所擁有的低漏電流特徵所代表的意義乃是當畫面更新之前，施加在畫素的電壓不會任意喪失。每個畫素是個小的電容器，前方有著透明的銦錫氧化物（ITO）層，後方也有透明層，並有絕緣性的液晶處在其中。此種電路佈置方式很類似於動態隨機存取記憶體，只不過整個架構不是建在矽晶圓上，而是建構在玻璃上。根據資料3理解：每個畫素由一個電晶體控制，增加了一個存儲電容，如右圖，起到開關作用，確定電壓是否衝到此點，即可保持正確的電壓進而保持液晶正確的狀態。要改變電晶體的電壓可能需要正負電，而不是正零電，這樣可以一列一列地更顯畫面。
資料來源 ：
[1]http://zh.wikipedia.org/wiki/LCD
[2]http://zh.wikipedia.org/wiki/TFT
[3]http://www.medicaldisplayworld.com/down/yuanli.pdf
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