液晶显示屏的工作原理简介

金红莉，孙 彦

（北京经济管理职业学院 北京 100102）

1 引言

液晶是一种液态晶体，介于固体和液体之间的特殊物质，是一种有机化合物，是以碳为中心所构成的化合物，常态下呈液态，由长棒状的分子构成，分子排列和固体晶体一样非常规则，因此取名液晶，目前采用分子排列最适合用于制造液晶显示器的nematic细柱型液晶。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行，是一种非线性的光学材料。液晶的内部分子是按一定序列有规则的排列，在其上下基板间增加电势差，或改变环境的温度，施加外力，将导致分子排列方式发生改变，影响到液晶对光的透过率，这种因外加电势差而改变液晶对光的透过率的特性被称为电光效应。实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件。显示器中的液晶体本身并不发光，而是通过液晶分子排列结构变化控制外部光的通过量。液晶分子排列的扭曲程度控制了光线的通过量，实现亮暗变化，从而可以显示图像。而液晶分子扭曲程度的大小由加在液晶分子两边的电压大小来决定，可以实现电到光的转换。即用电压的高低控制光的通过量，从而把电信号转换成光像。

将一定配比的液态晶体加入经过化学试剂腐蚀后，带有竖直交叉的透明导电膜的上下基板内，水晶液滴被包含在相互垂直的平行沟槽构成的细小的单元格结构中，在平行槽的行与列的交叉点上是透明电极，电极分为行和列，周边是控制电路和驱动电路，改变电极电压从而改变液晶的旋光状态，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素；液晶分子在互相垂直的沟槽作用下产生了一定角度的扭曲，当自然光照射到液晶表面时，由于盒内的分子排列与光的传输方向相同，光可以通过，当液晶上下基板施加一定电势差时，盒内的分子发生转动，遮挡住一部分自然光，造成被遮挡区域光无法通过，而没有被遮挡的部分光可以通过，从而图形被显示出来。充满液体晶体的两个极板也被称为液晶盒。

把液晶层放到两个偏振化方向相互垂直的偏振片中，偏振化方向相互垂直的两个偏振片叠放应该阻断所有光线。液晶层可以改变光线传播方向，光线穿出第一个偏振片后成为单一偏振化方向的光线，此偏振化方向和第二个偏振片偏振化方向垂直，经过液晶层扭转90度与第二个偏振片偏振化方向一致，可以从第二个偏振片中穿出。在给液晶盒体的上下基板外加电势后，上下基板间的液体晶体在外加电场的情况下分子序列被重新排布，分子对光线没有任何遮挡，可以顺利通过显示器的上下极板，不发生传播方向的改变，就不能穿过第二个偏振片。总结起来，在有电势差的情况下，液晶盒会遮挡可见光的传播，在电势差取消时自然光会不受遮挡顺利传播，也可以通过改变液态晶体分子的状态，在有电势差时可见光顺利通过，无电势差时可见光被遮挡，需要显示的内容始终显示，这种利用加电势差控制液晶遮挡光线的技术，可以用来实现超低的功耗驱动。

液态晶体材料本身并不发光，LCD用灯管作背光源，通过辅助光学模组达到较为理想的光源（就是均匀直射光线）；使用一片疏导光线的PC板和反射光线的塑料薄膜，将发光二极管的光线变成与液晶表面呈竖直方向的各个点都能稳定发光的光线。

在带有颜色的液态晶体显示屏中，每个显示点通常由代表着红，绿，蓝三元色的三个单元组成，任何一个单元都可以对光起到过滤的作用，这样当可见光通过这些微小的单元时，在屏幕上即显示出三原色来，完成时域和空间域的彩色重显。

每个液态晶体显示器都有预先设计好的微小单元，当画面全部显示期间，全部的微小单元被打开，单元也可以称为像素，每个像素都由三个单元构成，分别负责红、绿和蓝色的显示。这些微小的单元彼此是相对独立的，可以单独控制，避免了明暗不均的现象。这些微小的单元或者处于打开或者处于关闭的状态，避免了显示器因为频率的快慢导致的不良，但这也经常带来一些其他问题，有的单元会短路(出现“亮点”)，或者断路(出现“黑点”)。

LED显示器也属于液晶显示器的一种，它用LED代替了传统的液晶背光模组。LED是指由发光二极管组成得主动发光组件，它对环境的要求不高，在苛刻的环境下仍可以工作，例如高温，高湿等条件，这种显示组件由于其本身不发出任何射线，对人体没有伤害，是一种节能环保型器件。

每个单元格上控制电极的开关用金属氧化物半导体作为其通断的器件，金属氧化物半导体管连接扫描驱动电极的是栅极，栅极的电极线是横向，而源极连接纵向的电极线，漏极通过一个用于存储的电容与地线直接连接，金属氧化物半导体管被激活的条件是横向连接的栅极与纵向的源极都被导通，同时被选中的单元通过电流进行充电，每个显示单元的信号强弱与施加在该单元上的电势成正比，显示信息按顺序导通金属氧化无半导体管，用于存储的电容充电，充电的目的是延长显示单元的显示时间，并大于扫描周期，增加电容的漏极可以降低显示单元的压降，降低显示脉冲的波动，显示单元被导通激活后显示的时间只有一瞬间，不超过10微秒，但随着电容的存在，这个时间可以提升到15秒左右，减少显示的波动，保持显示的稳定，存储电容可以保持显示稳定在一次完整的扫描过后，电容开始放电，在放电的过程中显示呈现渐变并产生灰度，于是就显示出了需要传递的图像。

TFT是薄膜晶体管的简称，是一种存储的单元来构建各个有源像素的显示技术，这中彩色显示器件，也是由上下两片基板，偏振板，颜色过滤薄膜，导电电极几大部分构成，液态晶体充满在上下两片基板组成的盒体内，偏振膜片与颜色过滤薄膜一个用于控制可见光的透光率，一个用于控制要显示什么颜色，位于液晶盒的上层基板，带有发光二极管，而下层基板是二者共用的导电电极，通过上述结构可以准确的对施加在显示器件上的电场进行控制，从而控制器件的显示。

液晶显示器制作工艺新技术：背光屏和颜色滤光镜是显示器的重要组成部分，为了提高画面的品质，在每一个液晶像素上加装上了Active素子来进行点对点控制，在显示的精度上，比以往的控制方式高得多。在色滤光镜本体还没被制作成型以前，将颜色滤光膜片经过上色后通过特殊的制造工艺处理后，能够增强显示的识别度，增强色彩特性，延长使用寿命，还可以使得LCD能在高分辨率环境下创造色彩斑澜的画面。外界光线对液晶显示屏幕的干扰很大，影响户外显示的效果，为了提高器件户外的可读性，可以在偏振片的表面增加一层抵消反色光的表层，通过这一技术，可以抵消基板玻璃的反色光线，提高器件在日光下的可读性。为了提高像素反应速度，消灭画面延迟

现象，需要提高像素的反应速度，采用先进的Si TFT（连续料界结晶矽）液晶显示方式，通过使用这种专门的技术，将液态晶体材料的迁移速率大幅提高，促进显示器件响应时间的降低，避免了显示的延迟。