LCD工作原理揭秘.doc

LCD 工作原理揭秘 了解液晶 顾名思义，液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称 LCD)就是使用了 “液晶”(Liquid Crystal)作为材料的显示器，那什么是液晶呢？其实，液晶是一种介于固态和液态之间的物质，当被加热时，它会呈现透明的液态， 而冷却的时候又会结晶成混乱的固态，液晶是具有规则性分子排列的有机化 合物。液晶按照分子结构排列的不同分为三种：类似粘土状的 Smectic 液晶、 类似细火柴棒的 Nematic 液晶、类似胆固醇状的 Cholestic 液晶。这三种液 晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类的 Nematic 液晶，分 子都是长棒状的，在自然状态下，这些长棒状的分子的长轴大致平行。 随着研究的深入，人们开始掌握液晶的许多其他性质：当向液晶通电时， 液晶体分子排列得井然有序，可以使光线容易通过；而不通电时，液晶分子 排列混乱，阻止光线通过。通电与不通电就可以让液晶像闸门般地阻隔或让光线穿过。这种可以控制光线的两种状态是液晶显示器形成图像的前提条件， 当然，还需要配合一定的结构才可以实现光线向图像转换，我们先来看看最原始的单色液晶显示器。 液晶通光原理 液晶显示器有很多种不同的结构，但从原理来看，基本上是相似的，现在我们就举例说明一下。 TN(扭曲向列型)单色液晶显示器的液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为 Substrates，中间夹着一层液晶，结构就好像一块“三明治”。 我们重点来看一下中间层，也就是液晶层，液晶并不是简单地灌入其中，而是灌入两个内部有沟槽的夹层，这两个有沟槽的夹层主要是让液晶分子可以 整齐地排列好，因为如果排列不整齐的话，光线是不能顺利地通过液晶部分 的。为了达到整齐排列的效果，这些槽制作得非常精细，液晶分子会顺着槽排列，槽非常平行，所以各分子也是完全平行的。 这两个夹层我们通常称为上下夹层，上下夹层中都是排列整齐的液晶分子，只是排列方向有所不同，上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排 列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。在生产过程中，上下 沟槽呈十字交错(垂直 90 度)，即上层的液晶分子的排列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，这样就造成了位于上下夹层之间的液晶分子接近上层 的就呈横向排列，接近下层的则呈纵向排列。 如果从整体来看，液晶分子的排列就像螺旋形的扭转排列，而扭转的关键地方正是夹层之间的分子。而夹层中设置了一个关键的设备，叫做极化滤 光片，这两块滤光片的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同，假设在 正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上滤光片导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下 滤光片穿出，形成一个完整的光线穿透途径。而一旦通过电极给这些液晶分 子加电之后，由于受到外界电压的影响，液晶分子不再按照正常的方式排列， 而变成竖立的状态，这样光线就无法通过，结果在显示屏上出现黑色。这样会形成透光时(即不加电时)为白、不透光时(加电时)为黑，字符就可以显示在屏幕上了，这便是最简单的显示原理。看到这里，可能大家会问，为什么 加电时设置为不透光呢？因为在通常状态下显示器都是亮着的，所以设置加电时不透光更节约能源。 液晶显示器是如何工作的 普通液晶显示器工作原理现在，我们知道了液晶的通光原理，但光是从哪里来的呢？因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，同时在液晶显 示屏背面有一块背光板和反光膜，背光板是由荧光物质组成的，可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。在这里，背光板发出的光线在穿过 偏振过滤层(也就是上文中提到的夹层)之后进入包含成千上万水晶液滴的液 晶层，液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单 元格构成屏幕上的一个像素，而这些像素可以是亮的，也可以是不亮的，大量排列整齐的像素中亮与不亮便形成了单色的图像。 那怎样可以控制好这大量像素中的点是亮还是不亮呢？这主要是由控制电路来控制，在无钠玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列， 在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶体的是否通光状态，在这个 时候，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀，控制光的通过与不通过。在液晶材料周边还有控制电路部分和驱动电路部分，这样就可以用信号来控制 单色图像的生成了。 2.TFT?液晶显示器原理 刚才我们提到的是最基本的液晶显示器的原理，目前液晶显示技术已经经过飞速的发展，TFT(薄膜晶体管)液晶显示器已成为主流，我们有必要了解 一下这种液晶显示器的工作原理。 其实新型的 TFT 液晶显示器的工作原理也是建立在 TN 液晶显示器原理的基础上的。两者的结构亦基本上相同，同样采用两夹层间填充液晶分子的设 计，只不过把 TN