手机知识：什么是STN液晶和TFT液晶

Pier.He

手机知识：什么是STN液晶和TFT液晶
   
一、什么是液晶  
　　初中物理就学习过物质有三态：固态、液态和气态。其实所谓的三态只是大致的区分，有些物质的固态可以再被细分出不同性质的状态。同样，液体也同样可具有不同的“态”，其中分子排列具有方向性的液体我们就称之为“液态晶体”，简称“液晶”。   
　　一般的固态晶体具有方向性，所以它们的许多物理特性也具有方向性。液态晶体在具有一般晶体的方向性的同时又具有液体的流动性。如果要改变固态晶体方向必须旋转整个晶体，而液态晶体就不同了，它的方向可由电场或磁场来控制。  
　　STN和TFT都是使用一种被称为“向列型”液晶(Nematic)的物质，它呈丝状，利用电场来控制“丝状”液晶的方向是应用上常用的方法。用液态晶体制作的组件，通常都将液态晶体包在两片玻璃中。在玻璃的表面镀一层叫做配向剂的物质，由它的种类及处理方法可控制在没有外电场时液晶的排列情况。  
二、STN液晶原理  
　　世界上第一台液晶显示器出现在七十年代初，被称之为TN型液晶显示器(Twisted Nematic，扭曲向列)。八十年代，STN型液晶显示器(Super Twisted Nematic，超扭曲向列)出现，同时TFT液晶显示器(Thin Film Transistor，薄膜晶体管)技术被提出。  
　　我们就先来讲讲TN型液晶的原理，STN LCD和TN LCD的显示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同。  
　　向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明而导电的薄膜以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上镀表面配向剂，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有90度的扭曲，利用电场可使液晶旋转，液晶的折射系数随液晶的方向而改变，影响的结果是光经过TN型液晶后偏极性发生变化。只要选择适当的厚度使光的偏极性刚好改变90°，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏极性就不会改变，光就可通过第二个偏光片。于是，就可控制光的明暗了。前面说了，STN型液晶与TN型液晶的显示原理相同，只是它将入射光旋转180～270度，而不是90度。而且，单纯的TN型液晶显示器本身只有明暗两种变化。而STN液晶则以淡绿色和橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片，并将单色显示矩阵中的每一像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，就可以显示出色彩了。  
三、TFT液晶原理  
　　由于TN和STN型的液晶的显示原理所限，如果它的显示部份越做越大，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较长。其实这对于手机来讲并不是很大的问题，因为目前的手机显示屏都比较小，液晶反应时间的影响就比较小。但是对于笔记本等需要大屏幕液晶显示器的设备来说，太慢的液晶反应时间就会严重影响显示效果，因此TFT液晶技术引起了厂商的注意。并且，彩屏在手机中应用得越来越多，在新一代产品中很多都支持65536色显示，有的甚至支持16万色显示，这时TFT的高对比度，色彩丰富的优势就更显得重要了。  
　　STN型液晶属于反射式LCD器件，它的好处是功耗小，但在比较暗的环境中清晰度很差，所以不得不配备外部照明光源。而TFT液晶采用“背透”与“反射”相结合的方式，在液晶的背部设置特殊光管。这就是为什么我们看到有的手机显示屏旁好像有“照明灯”，而有的手机的光线则好像是显示屏本身发出来的原因了。而且，液晶显示屏的背光技术也在不断地进步，由单色到彩色，由厚到薄，由侧置荧光灯式到平板荧光灯式。  
　　顺便提一下，反射式LCD器件有黑底白字符(NB)和白底黑字符(NN)两种，最近我们看到的V70的显示屏就是属于NB型，当然这肯定是融合了最新技术的增强型NB。好了，我们还是言归正传，继续来讲TFT液晶屏的显示原理。TFT液晶显示技术采用了“主动式矩阵”的方式来驱动。方法是利用薄膜技术所做成的电晶体电极，利用扫描的方法“主动地”控制任意一个显示点的开与关。光源照射时先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子传导光线。电极导通时，液晶分子就像TN液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。听起来这和TN型液晶的显示原理差不多，的确如此。但不同的是，由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，已经透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。而TN型液晶就没有这个特性，液晶分子一旦没有加以电场，立刻就返回原来的状态，这是TFT液晶和TN液晶显示原理的最大不同。  
　　TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更*真。  
　　今年3月，三星公司发布了一款手机用的液晶显示器件，被称为UFB LCD，具有超薄、高亮度的特点。据称UFB液晶显示屏的对比度是STN液晶显示屏的两倍，在65536色时亮度与TFT显示屏不相上下，而耗电量比TFT显示屏少，并且售价与STN显示屏差不多，可说是结合这两种现有产品的优点于一身。可见，液晶显示技术每天都在发生着巨大的变化。纵观历史，在前二十年发展的基础上，运用各种最新研究成果，液晶显示技术从分段控制的字符显示屏，到矩阵控制的图形显示屏，再到超大的背投显示屏，这是一个多么惊人的变化。拥有超大彩色液晶显示屏的多功能手机离我们已经越来越近了。  
   
四、SIM 卡知识进阶
　　㈠SIM卡内保存的数据可以归纳为以下四种类型：
①由SIM卡生产厂商存入的系统原始数据。
②由GSM网络运营部门或者其他经营部门在将卡发放给用户时注入的网络参数和用户数据。包括：
·鉴权和加密信息Ki（Kc算法输入参数之一：密匙号）；
·国际移动用户号（IMSI）；
·A3：IMSI认证算法；
·A5：加密密匙生成算法；
·A8：密匙（Kc）生成前，用户密匙（Kc）生成算法；
③由用户自己存入的数据。比如，短消息，固定拨号，缩位拨号，性能参数，话费记数等。
④用户在用卡过程中自动存入和更新的网络接续和用户信息类数据。包括最近一次位置登记时的手机所在位置区识别号（LAI），设置的周期性位置更新间隔时间，临时移动用户号（TMSI）等。
这些数据都存放在各自的目录项内，第一类数据放在根目录，当电源开启后首先进入根目录，再根据指令进入相关的子目录，每种目录极其内部的数据域均有各自的识别码保护，只有经过核对判别以后才能对数据域中的数据进行查询，读出和更新。上面第一类数据通常属永久性的数据，由SIM卡生产厂商注入以后无法更改，第二类数据只有网络运行部门的专门机构才允许查阅和更新，而第三、四类数据中的大部分允许用户利用任何手机对其进行读/写操作。
　　㈡SIM卡结构
①SIM卡能够储存多少电话号码取决于卡的EEPROM的容量（有2K、3K、8K容量），若有8KB的存储容量，可供储存以下信息：
·100组电话号码及其对应的姓名文字；
·15组短信息(Short Message) ；
·25组以上最近拨出的号码；
·4位SIM卡密码(PIN)。
表1：几种主要的SIM卡的结构数据
厂商 SIM卡型号 中央处理器 ROM RAM EEPROM
摩托罗拉 SC21 8位 6kbit 128kbit 3kbit
SC27 8位 12kbit 240kbit 3kbit
SC28 8位 16kbit 240kbit 8kbit
日立 H8/3101 8位/16位 10kbit 256kbit 8kbit
Thomson ST16612 8位 6kbit 128kbit 2kbit
ST16 8位 16kbit 256kbit 8kbit
②SIM卡是带有微处理器的芯片卡，内有5个模块，每个模块对应一个功能：CPU（8位）、程序存储器ROM（6--16kbit）、工作存储器RAM（128--256kbit）、数据存储器EEPROM（2--8kbit）和串行通信单元，这5个模块集成在一块集成电路中。SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线：
·电源（Vcc）
·时钟（CLK）
·数据I/O口（Data）
·复位（RST）
·接地端（GND）
③电源开关时，SIM卡电气性能为：当开启电源期间，按以下次序激活各触点：RST低电平状态；Vcc加电；I/O口处于接收状态；Vpp加电；提供稳定的时钟信号。当关闭电源时，按如下次序工作：RST低电平状态；CLK低电平状态；Vpp去电；I/O口低电平状态；Vcc掉电。
④SIM卡背面上20位数字所代表的含义如下：
·前6位（898600）：是中国的代号；
·第7位：业务接入号， 对应于135、136、137、138、139中的5、6、7、8、9；
·第8位：SIM卡的功能位：一般为0，现在的预付费SIM卡为1；
·第9、10位： 各省的编码；
·11、12位：年号；
·13位：供应商代码；
·14—19位：用户识别码；
·20位：校验位。
　　㈢SIM卡触点性能表
　　每当手机打开时，手机都要与SIM卡进行数据交流，用示波器可以在SIM卡座上测到一些数据信号，没插卡时，这些信号不会送出。可谓“瞬间即逝”，但可以用示波器捕捉到，以此判别SIM卡电路有无故障。
表2：SIM卡触点电性能表
触点 低电平 高电平
Vcc U=+5V±10%,I=10mA
RST -0.3V≤U≤+0.6V,I=200uA 4V≤U≤Vcc,I=20uA
CLK -0.3V≤U≤+0.6V,I=200uA -2.4≤U≤Vcc,I=200uA
GND
Vpp +5V±10%
I/O 输入 0V≤U≤0.4V,I=1mA 0.7≤U≤Vcc,I=20uA
输出 0V≤U≤0.8V,I=1mA 3.8V≤U≤Vcc,I=20uA

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