LCD 的結構與原理

TFT 型液晶顯示器的運作原理：背光源發光，也就是螢光燈管投射出 光源，這些光源會先經過一個偏光板然後再經過液晶分子，分子的排列方 式改變穿透液晶的光線角度，然後這些光線接下來還必須經過前方的彩色 的濾光板與另一塊偏光濾色玻璃導出。位於底層的薄膜式電晶體，可藉由 改變液晶的電壓值控制最後出現的光線強度與色彩，並進而能在液晶面板 上組合出有不同深淺的顏色[6]。

LCD 面板結構上由四個元件構成：

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Ⅰ、背光組

背光組：一般俗稱燈管組，由陰極管以後端照光方式將光線送入導光 板，光源以全反射作用進入導光板之擴散點經由擴散片將光線往各個角度 四處擴散，此時大約有 40~50%的光線會由導光板之正面透出，剩下無法 擴散之光線再由底部之反光板再次導入導光板以目前之技術已可將 85% ~ 90%進入光源由正面導出。

Ⅱ、偏光組

將背光組之雜亂之光線排列過濾為單方向之光線其功能很像 CRT 之偏向 線圈。

Ⅲ、玻璃基板與薄膜晶體﹝TFT 液晶分子組﹞

在早期<第 1 代~第 3 代>此部份為量產技術最難突破之處，原因為基板本 身材質很薄，內部又有幾百萬個液晶分子之高精密科技，再加上本身體積 又不小，切割時稍不小心即會產生不良，故良率一直偏低，直至近期 3.5

~4 代生產線之技術，成本才算相對降低，其原理為將液晶分子通電經由 背光產生因暗影，產品一個點，點構成線構成面形成一個畫面。

Ⅳ、彩色過濾鏡組

顏色之深淺可由變化液晶分子電流電場強弱改變，至於顏色之決定則控制 於三層彩色濾光片身上，藉由不同之濾鏡產生不同之色階，進一步透過三 原色混色達到 1.6 百萬色素。

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在顯示原理部份，目前非晶矽 TFT 液晶顯示器都使用扭轉向列型 (Twsited Nematic)液晶做為材料，TN 液晶分子會因分子間的作用力而以 互相平行的方式排列，而在上、下兩片玻璃基板表面預先佈預傾角，且兩 片基板預傾角方向是互相垂直，則液晶分子的指向會在上、下兩片基板之 間由上而下做 90 度的扭轉，此種扭轉 90 度為 TN 液晶分子的特性。圖 2-4 所示為光在扭轉向列型(TN)液晶下之作用示意圖[9]。

當扭轉向列型(TN)液晶上、下兩片玻璃基板上加上兩片偏光板時，入 射光在通過上偏光板時，則被極化只剩下單一方向極化光(如圖 2-5 所示)，

此極化光通過液晶層時受到液晶分子旋光性的作用，在達下基板時扭轉 90 度，而無法由下偏光板通過，若加一個超過臨界值的電壓於此液晶層，

液晶分子會依電場方向排列，而失去旋光性，極化光就可以穿過下偏光板。

此為扭轉向列型(TN)液晶單元調制光穿透原理，其示意圖如圖 2-6 所示，

而液晶單元將利用這個原理來控制光量通過的多寡，而形成灰階顯示，調 變施加液晶層之電壓[6]。

將上、下兩片偏光板方向變化就可以顯示液晶間不施加電壓之正常狀 態：(a)兩片上、下偏光板方向相互垂直時正常的狀況下為白色(Normal White,NW)，如圖 2-6 所示，(b)兩片上、下偏光板方向相互平行時，正常 的狀況下為黑色(Normal Black,NB)，如圖 2-6 所示；其在各電壓驅動下 之 NB 與 NW 之電壓與穿透率關係如圖 2-7 所示，正常的狀況下為白色或黑

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色之設計選擇，則依照產品最常顯示狀態為白色或黑色還決定兩片偏光板 相互方向，此種設計選擇主要乃是為了省電(液晶間不施電壓)的目的。