液晶顯示屏的工作原理簡介

金紅莉，孫 彥

（北京經濟管理職業學院 北京 100102）

1 引言

液晶是一種液態晶體，介于固體和液體之間的特殊物質，是一種有機化合物，是以碳為中心所構成的化合物，常態下呈液態，由長棒狀的分子構成，分子排列和固體晶體一樣非常規則，因此取名液晶，目前采用分子排列最適合用于制造液晶顯示器的nematic細柱型液晶。在自然狀態下，這些棒狀分子的長軸大致平行，是一種非線性的光學材料。液晶的內部分子是按一定序列有規則的排列，在其上下基板間增加電勢差，或改變環境的溫度，施加外力，將導致分子排列方式發生改變，影響到液晶對光的透過率，這種因外加電勢差而改變液晶對光的透過率的特性被稱為電光效應。實現光被電信號調制，從而制成液晶顯示器件。顯示器中的液晶體本身并不發光，而是通過液晶分子排列結構變化控制外部光的通過量。液晶分子排列的扭曲程度控制了光線的通過量，實現亮暗變化，從而可以顯示圖像。而液晶分子扭曲程度的大小由加在液晶分子兩邊的電壓大小來決定，可以實現電到光的轉換。即用電壓的高低控制光的通過量，從而把電信號轉換成光像。

將一定配比的液態晶體加入經過化學試劑腐蝕后，帶有豎直交叉的透明導電膜的上下基板內，水晶液滴被包含在相互垂直的平行溝槽構成的細小的單元格結構中，在平行槽的行與列的交叉點上是透明電極，電極分為行和列，周邊是控制電路和驅動電路，改變電極電壓從而改變液晶的旋光狀態，一個或多個單元格構成屏幕上的一個像素；液晶分子在互相垂直的溝槽作用下產生了一定角度的扭曲，當自然光照射到液晶表面時，由于盒內的分子排列與光的傳輸方向相同，光可以通過，當液晶上下基板施加一定電勢差時，盒內的分子發生轉動，遮擋住一部分自然光，造成被遮擋區域光無法通過，而沒有被遮擋的部分光可以通過，從而圖形被顯示出來。充滿液體晶體的兩個極板也被稱為液晶盒。

把液晶層放到兩個偏振化方向相互垂直的偏振片中，偏振化方向相互垂直的兩個偏振片疊放應該阻斷所有光線。液晶層可以改變光線傳播方向，光線穿出第一個偏振片后成為單一偏振化方向的光線，此偏振化方向和第二個偏振片偏振化方向垂直，經過液晶層扭轉90度與第二個偏振片偏振化方向一致，可以從第二個偏振片中穿出。在給液晶盒體的上下基板外加電勢后，上下基板間的液體晶體在外加電場的情況下分子序列被重新排布，分子對光線沒有任何遮擋，可以順利通過顯示器的上下極板，不發生傳播方向的改變，就不能穿過第二個偏振片。總結起來，在有電勢差的情況下，液晶盒會遮擋可見光的傳播，在電勢差取消時自然光會不受遮擋順利傳播，也可以通過改變液態晶體分子的狀態，在有電勢差時可見光順利通過，無電勢差時可見光被遮擋，需要顯示的內容始終顯示，這種利用加電勢差控制液晶遮擋光線的技術，可以用來實現超低的功耗驅動。

液態晶體材料本身并不發光，LCD用燈管作背光源，通過輔助光學模組達到較為理想的光源（就是均勻直射光線）；使用一片疏導光線的PC板和反射光線的塑料薄膜，將發光二極管的光線變成與液晶表面呈豎直方向的各個點都能穩定發光的光線。

在帶有顏色的液態晶體顯示屏中，每個顯示點通常由代表著紅，綠，藍三元色的三個單元組成，任何一個單元都可以對光起到過濾的作用，這樣當可見光通過這些微小的單元時，在屏幕上即顯示出三原色來，完成時域和空間域的彩色重顯。

每個液態晶體顯示器都有預先設計好的微小單元，當畫面全部顯示期間，全部的微小單元被打開，單元也可以稱為像素，每個像素都由三個單元構成，分別負責紅、綠和藍色的顯示。這些微小的單元彼此是相對獨立的，可以單獨控制，避免了明暗不均的現象。這些微小的單元或者處于打開或者處于關閉的狀態，避免了顯示器因為頻率的快慢導致的不良，但這也經常帶來一些其他問題，有的單元會短路(出現“亮點”)，或者斷路(出現“黑點”)。

LED顯示器也屬于液晶顯示器的一種，它用LED代替了傳統的液晶背光模組。LED是指由發光二極管組成得主動發光組件，它對環境的要求不高，在苛刻的環境下仍可以工作，例如高溫，高濕等條件，這種顯示組件由于其本身不發出任何射線，對人體沒有傷害，是一種節能環保型器件。

每個單元格上控制電極的開關用金屬氧化物半導體作為其通斷的器件，金屬氧化物半導體管連接掃描驅動電極的是柵極，柵極的電極線是橫向，而源極連接縱向的電極線，漏極通過一個用于存儲的電容與地線直接連接，金屬氧化物半導體管被激活的條件是橫向連接的柵極與縱向的源極都被導通，同時被選中的單元通過電流進行充電，每個顯示單元的信號強弱與施加在該單元上的電勢成正比，顯示信息按順序導通金屬氧化無半導體管，用于存儲的電容充電，充電的目的是延長顯示單元的顯示時間，并大于掃描周期，增加電容的漏極可以降低顯示單元的壓降，降低顯示脈沖的波動，顯示單元被導通激活后顯示的時間只有一瞬間，不超過10微秒，但隨著電容的存在，這個時間可以提升到15秒左右，減少顯示的波動，保持顯示的穩定，存儲電容可以保持顯示穩定在一次完整的掃描過后，電容開始放電，在放電的過程中顯示呈現漸變并產生灰度，于是就顯示出了需要傳遞的圖像。

TFT是薄膜晶體管的簡稱，是一種存儲的單元來構建各個有源像素的顯示技術，這中彩色顯示器件，也是由上下兩片基板，偏振板，顏色過濾薄膜，導電電極幾大部分構成，液態晶體充滿在上下兩片基板組成的盒體內，偏振膜片與顏色過濾薄膜一個用于控制可見光的透光率，一個用于控制要顯示什么顏色，位于液晶盒的上層基板，帶有發光二極管，而下層基板是二者共用的導電電極，通過上述結構可以準確的對施加在顯示器件上的電場進行控制，從而控制器件的顯示。

液晶顯示器制作工藝新技術：背光屏和顏色濾光鏡是顯示器的重要組成部分，為了提高畫面的品質，在每一個液晶像素上加裝上了Active素子來進行點對點控制，在顯示的精度上，比以往的控制方式高得多。在色濾光鏡本體還沒被制作成型以前，將顏色濾光膜片經過上色后通過特殊的制造工藝處理后，能夠增強顯示的識別度，增強色彩特性，延長使用壽命，還可以使得LCD能在高分辨率環境下創造色彩斑瀾的畫面。外界光線對液晶顯示屏幕的干擾很大，影響戶外顯示的效果，為了提高器件戶外的可讀性，可以在偏振片的表面增加一層抵消反色光的表層，通過這一技術，可以抵消基板玻璃的反色光線，提高器件在日光下的可讀性。為了提高像素反應速度，消滅畫面延遲

現象，需要提高像素的反應速度，采用先進的Si TFT（連續料界結晶矽）液晶顯示方式，通過使用這種專門的技術，將液態晶體材料的遷移速率大幅提高，促進顯示器件響應時間的降低，避免了顯示的延遲。