Tre visningstilstande af TFT LCD
Displaytilstanden for TFT LCD bestemmes hovedsageligt af arrangementet af flydende krystalmolekyler, retningen af elektrisk feltvirkning og konfigurationen af polarisatorer. I øjeblikket omfatter almindelige visningstilstande TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching) og VA (Vertical Alignment), som har betydelige forskelle i struktur, optiske karakteristika og applikationsscenarier. Følgende systematiske analyse af tre tilstande fra principniveauet:
TN-tilstand (Twisted Nematic).
TN-tilstanden er den tidligste kommercielle flydende krystal-displayteknologi. Dens kerneegenskab er, at flydende krystalmolekyler danner en 90 graders spiralformet snoet struktur mellem to lag af glassubstrater, og friktionsretningen af de øvre og nedre substratorienteringslag er ortogonal. Når der ikke påføres spænding, er de flydende krystalmolekyler arrangeret i et spiralarrangement, og det polariserede lys roteres 90 grader ved at bruge de optiske rotationsegenskaber. Princippet er vist i figur 1.
The TN mode is driven by a longitudinal electric field (vertical substrate direction). After voltage is applied, the liquid crystal molecules are arranged vertically, destroying the optical rotation characteristics. The upper and lower polarizers are orthogonal, and light is transmitted when there is no voltage (normal white mode), and light is blocked when the voltage is fully turned on (normal black mode). The TN mode uses positive liquid crystal (Δε>0), lav tærskelspænding (1-2V), kort responstid (1-5ms), men dens kontrast er lav, og lyslækage er tilbøjelig til mørk tilstand. Denne visningstilstand bruger et TFT-array til at styre lystransmissionen og uigennemsigtigheden af hver pixel, hvorved formålet med billedvisning opnås.
Den visningstilstand, hvor LCD-panelet er lyst, når det ikke er påført spændingen, og visningstilstanden er mørk, efter at det er påført spændingen, kaldes tilstanden Normally White (NW). Displaytilstanden, hvor LCD-panelet er i mørk tilstand uden spænding, påføres, og spændingen er i lys tilstand kaldes Normally Black (NB) tilstand. I praktiske anvendelser, ud over de lyse og mørke tilstande, når en passende spænding påføres den flydende krystal, vises mellemtonen mellem de lyse og mørke tilstande, som almindeligvis er kendt som gråskalaen.
IPS (I-Plane Switching)-tilstand
Princippet for IPS display mode LCD display. I-Panel Switch Mode er en i-plan konverteringstilstand, der bruger negative flydende krystaller, hvor flydende krystalmolekyler eksisterer i et plan parallelt med glassubstratet. Indstillingerne for de øvre og nedre polarisatorer er de samme som i TN-tilstand. De kan kun passere, hvis lysets polarisationsretning afbøjes. Forskellen er, at i IPS-visningstilstanden bruges det vandrette elektriske felt til at styre afbøjningen af flydende krystalmolekyler.
Polarisationsakserne for de øvre og nedre polarisatorer i IPS-tilstand er vinkelrette på hinanden, så det flydende krystalpanel er i en mørk tilstand, når der ikke er påført spænding. Når spændingen påført elektroden er større end tærskelspændingen, roterer de flydende krystalmolekyler i retning af det elektriske felt på et plan parallelt med substratet og er i en vis vinkel i forhold til polarisationsaksen for de øvre og nedre polarisatorer. På grund af flydende krystals dobbeltbrydende effekt opstår der en faseforskel mellem det almindelige lys og det usædvanlige lys, der passerer gennem det flydende krystallag, så det flydende krystalpanel er i en lys tilstand.
TFT-LCD i IPS-skærmtilstand har fordelene ved god kontrast, bred betragtningsvinkel og god skærmeffekt. Som en IPS-opgraderet version genererer FFS (Fringe Field Switching) elektriske kantfelter gennem mikroelektrode-arrays, hvilket gør molekylerne mindre hældningsvinkel, højere lysstyrke og lavere strømforbrug.
VA (Vertical Alignment)-tilstand
Elektroden i VA-tilstand er på de øvre og nedre substrater, og de flydende krystalmolekyler afbøjes under påvirkning af et lodret elektrisk felt. VA-tilstanden bruger negativ flydende krystal. Når der ikke påføres spænding, er den flydende krystal-pegevektor arrangeret lodret. I dette tilfælde undergår det indfaldende lineært polariserede lys ikke dobbeltbrydning, når det passerer gennem det flydende krystallag, og polarisationstilstanden forbliver uændret. Hvis polarisationsakserne for de øvre og nedre polarisatorer er parallelle med hinanden, passerer det indfaldende lys gennem de øvre og nedre polarisatorer, og skærmen er lys. Hvis polarisationsakserne for de øvre og nedre polarisatorer er vinkelrette på hinanden, blokeres det indfaldende lys ved udgangspolarisatoren, og skærmen er i en mørk tilstand.
Når der ikke påføres spænding, er der ingen dobbeltbrydning i VA-tilstanden, så VA'en i den normalt sorte tilstand blokerer lys ved alle bølgelængder og er uafhængig af boksens tykkelse. Denne funktion viser, at de mørke tilstandsegenskaber for den normale sorte tilstand er meget gode, og kontrasten er også meget høj, så faktiske VA-produkter vælger generelt den normale sorte tilstand. Når spændingen påført mellem de øvre og nedre elektroder er større end tærskelspændingen, afbøjes flydende krystalmolekylerne fra den vertikale justeringstilstand til den vandrette retning. Dobbeltbrydningsfænomenet i det flydende krystallag forårsager en faseforskel, og det indfaldende lys passerer gennem de øvre og nedre polarisatorer, og panelet er lyst.
TFT-LCD i VA-visningstilstand har fordelene ved god sort farvegengivelse, kontrast, bred betragtningsvinkel osv.
Gennem kontinuerlig teknologisk innovation vil de tre visningstilstande bevare konkurrenceevnen inden for deres respektive fordele. I fremtiden vil TN holde sig til nichemarkedet, IPS vil dominere high-mobilenheder, og VA vil føre store-skærme.
