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液晶顯示器(Liquid
Crystal Display，簡稱LCD)就是使用了“液晶”(Liquid
Crystal)作爲材料的顯示器，那什麽是液晶呢？其實，液晶是一種介於固態和液態之間的物質，當被加熱時，它會呈現透明的液態，而冷卻的時候又會結晶成混亂的固態，液晶是具有規則性分子排列的有機化合物。液晶按照分子結構排列的不同分爲三種：類似粘土狀的Smectic液晶、類似細火柴棒的Nematic液晶、類似膽固醇狀的Cholestic液晶。這三種液晶的物理特性都不盡相同，用於液晶顯示器的是第二類的Nematic液晶，分子都是長棒狀的，在自然狀態下，這些長棒狀的分子的長軸大致平行。
隨著研究的深入，人們開始掌握液晶的許多其他性質：當向液晶通電時，液晶體分子排列得井然有序，可以使光線容易通過；而不通電時，液晶分子排列混亂，阻止光線通過。通電與不通電就可以讓液晶像閘門般地阻隔或讓光線穿過。這種可以控制光線的兩種狀態是液晶顯示器形成圖像的前提條件，當然，還需要配合一定的結構才可以實現光線向圖像轉換，我們先來看看最原始的單色液晶顯示器。 液晶顯示器有很多種不同的結構，但從原理來看，基本上是相似的，現在我們就舉例說明一下。TN(扭曲向列型)單色液晶顯示器的液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，稱爲Substrates，中間夾著一層液晶，結構就好像一塊“三文治”。我們先來研究一下中間層，也就是液晶層，液晶並不是簡單地灌入其中，而是灌入兩個內部有溝槽的夾層，這兩個有溝槽的夾層主要是讓液晶分子可以整齊地排列好，因爲如果排列不整齊的話，光線是不能順利地通過液晶部分的。爲了達到整齊排列的效果，這些槽製作得非常精細，液晶分子會順著槽排列，槽非常平行，所以各分子也是完全平行的。如下圖A所示：
這兩個夾層我們通常稱爲上下夾層，上下夾層中都是排列整齊的液晶分子，只是排列方向有所不同，上部夾層的液晶分子按照上部溝槽的方向來排列，而下部夾層的液晶分子按照下部溝槽的方向排列。在生産過程中，上下溝槽呈十字交錯(垂直90度)，即上層的液晶分子的排列是橫向的，下層的液晶分子排列是縱向的，這樣就造成了位於上下夾層之間的液晶分子接近上層的就呈橫向排列，接近下層的則呈縱向排列。 如果從整體來看，液晶分子的排列就像螺旋形的扭轉排列，而扭轉的關鍵地方正是夾層之間的分子。而夾層中設置了一個關鍵的設備，叫做極化濾光片(偏光板)，這兩塊濾光片的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同，假設在正常情況下光線從上向下照射時，通常只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上濾光片導入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉排列的通路從下濾光片穿出，形成一個完整的光線穿透途徑。 當通過電極給這些液晶分子加電之後，由於受到外界電壓的影響，液晶分子不再按照正常的方式排列，而變成豎立的狀態，如上圖B所示，這樣光線就無法正常通過，結果在顯示幕上出現黑色，如下圖所示。
當形成透光時(即不加電時)爲白、不透光時(加電時)爲黑，字元就可以顯示在螢幕上了，這便是最簡單的顯示原理。 液晶顯示器是如何工作的? 1.普通液晶顯示器工作原理 那怎樣可以控制好這大量圖元中的點是亮還是不亮呢？這主要是由控制電路來控制，在無鈉玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分爲行和列，在行與列的交叉點上，通過改變電壓而改變液晶體的是否通光狀態，在這個時候，液晶材料的作用類似於一個個小的光閥門，控制光的通過與不通過。在液晶材料周邊還有控制電路部分和驅動電路部分，這樣就可以用信號來控制單色圖像的生成了。 2.TFT液晶顯示器原理 其實新型的TFT液晶顯示器的工作原理也是建立在TN液晶顯示器原理的基礎上的。兩者的結構亦基本上相同，同樣採用兩夾層間填充液晶分子的設計，只不過把TN上部夾層的電極改爲FET電晶體，而下層改爲共同電極。但兩者的工作原理還是有一定的差別。在光源設計上，TFT的顯示採用“背透式”照射方式，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣的從上至下，而是從下向上，這樣的作法是在液晶的背部設置類似日光燈的光管。 光源照射時先通過下偏光板向上透出，它也借助液晶原理來傳導光線，由於上下夾層的電極改成FET電極和共通電極。在FET電極導通時，液晶分子的表現如TN液晶的排列狀態一樣會發生改變，也通過遮光和透光來達到顯示的目的。但不同的是，由於FET電晶體具有電容效應，能夠保持電位狀態，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式。相對而言，TN就沒有這個特性，液晶分子一旦沒有施壓，立刻就返回原始狀態，這是TFT液晶和TN液晶顯示的最大不同之處，也是TFT液晶的優越之處。 綜上所述，液晶顯示器是通過DVI介面接收來自電腦顯示卡的數位信號，這些信號通過資料線傳遞到控制電路，控制電路調節液晶顯示器的薄膜電晶體和透明顯示電板，實現液晶的通光與不通光特性。這樣，背景光源通過偏光鏡和光線過濾層，最終實現顯示效果。 彩色液晶顯示器如何形成顔色 對LCD的分類，有各種分類方法。通常可按照其顯示方式分爲段式、點字元式、點陣式等。除了黑白顯示外，還有多灰度和彩色顯示等。 在LCD驅動時，需在段電極和公共電極上施加交流電壓。若只在電極上施加DC電壓時，液晶本身發生劣化。液晶驅動方式包括靜態驅動、動態驅動等驅動方式。 （1）靜態驅動 對於多灰度和彩色顯示的控制方法，通常採用幀頻控制(FRC)和脈寬調製(PWM)方法。幀頻控制是通過減少幀輸出次數，控制輸出信號的有效值，來實現多灰度和彩色控制。而脈寬調製是通過改變段輸出信號脈寬，控制輸出信號的有效值，來實現多灰度和彩色控制。 顯示方式從簡單的段式、點字元式到複雜的點陣式、階調式的變化。顯示顔色從黑白逐步變化到彩色。顯示幕從小到大，回應時間逐步縮短，目前STN顯示器在成本及消費電流方面有優勢。TFT顯示器在對比度和動畫對應速度方面有優勢。 作爲LCD驅動器標準電路生産商的主要有NEC 、EPSON、三星等公司。目前手機市場中使用最多的驅動器電路仍然是黑白電路。但是，四灰度LCD驅動電路和彩色LCD驅動電路也逐漸投入到市場上。今後具有彩色、大螢幕、可上網、反應快的顯示器將成爲手機發展的流行趨勢。 |
