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LCD显示器工作原理
所属分類： 行业动态
2023-11-22
LCD是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是一类介于固态和液态间的有机化合物，在常温条件下，呈现出既有液体的流动性，又有晶体的光学各向异性，加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。
在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响入射光束透过液晶产生强度上的变化，这种光强度的变化，进一步通过偏光片的作用表现为明暗的变化。据此，通过对液晶电场的控制可以实现光线的明暗变化，从而达到信息显示的目的。因此，液晶材料的作用类似于一个个小的“光阀”。
由于在液晶材料周边存在控制电路和驱动电路。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会发生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射(液晶材料的旋光性)，再经过第二层偏光片的过滤而显示在屏幕上。
值得指出的是，液晶材料因为本身并不发光，所以LCD通常都需要为显示面板配置额外的光源，主要光源系统称之为“背光模组”，其中，背光板是由荧光物质组成，可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背光源。
单色显示
LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。当液晶上加一个电压时，液晶分子便会转动，改变光透过率，从而实现多灰阶显示。
LCD通常由两个相互垂直的偏光片构成。偏光片的作用就像是栅栏一般，按照要求阻隔光波分量。例如阻隔掉与偏光片栅栏垂直的光波分量，而只准许与栅栏平行的光波分量通过。自然光线是朝四面八方随机发散的。两个相互垂直的偏光片，在正常情况下应该阻断所有试图穿透的自然光线。但是，由于两个偏光片之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个偏光片后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个偏光片中穿出。
彩色显示
对于笔记本电脑或者桌面型的LCD，需要采用更加复杂的彩色显示器。
就彩色LCD而言，还需要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层，即所谓的“彩色滤光片(Color Filter)”，又称“滤色膜”。在彩色LCD面板中，每一个像素通常都是由3个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色(RGB)的三色滤光片。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。
彩色滤光片与黑色矩阵和公共透明电极一般都沉积在显示屏的前玻璃基板上。彩色LCD能在高分辨率环境下创造色彩斑斓的画面。
动态影像显示
人类视觉器官(眼睛)对动态影像的感知存在所谓“视觉残留”的现象，即高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。早期的动画片、电影，一直到当下最新的游戏节目正是应用了“视觉残留”的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。
当多幅影像产生的速度超过24帧/s，人的眼睛会感觉到连续的画面。这也是电影每秒24帧播放速度的由来。如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。按照这一指标计算，每张画面显示的时间需要小于40ms。快速活动画面高清晰显示，一般影像的运动速度超过60帧/s。这就是说，活动画面每帧的间隔时间为16.67ms。
如果液晶的响应时间大于画面每帧的间隔时间，人们在观看快速运动的影像时，就会感觉到画面有些模糊。响应时间是LCD的一个特殊指标。LCD的响应时间指的是显示器各像素点对输入信号反应的速度，就是液晶由“暗转亮”或由“亮转暗”的反应时间。此值是越小越好，足够快的响应时间才能保证画面的连贯。如果响应时间太长了，就有可能使LCD在显示动态图像时，有尾影拖曳的感觉。LCD一般的响应时间在2～5ms。
TFT驱动
所谓TFT是指液晶面板玻璃基片上的晶体管阵列，让LCD每个像素都设有自身的一个半导体开关。每个像素都可以通过点脉冲控制两片玻璃基板之间的液晶，即通过有源开关来实现对各个像素“点对点”的独立精确控制。因此，像素的每一个节点都是相对独立的，并且可以进行连续控制。
TFT型LCD主要由玻璃基板、栅极、漏极、源极、半导体活性层(a-Si)等组成。
TFT阵列一般与透明像素电极、存储电容、栅线、信号线等，共同沉积在显示屏的后玻璃基板(距离显示屏较远的基板)上。这样一种晶体管阵列的配制，有助于提高液晶显示屏的反应速度，而且还可以控制显示灰度，从而保证LCD的影像色彩更为逼真、画面品质更为赏心悦目。因此，大多数的LCD、液晶电视及部分手机均采用TFT实施驱动，无论是采用窄视角扭曲向列(TN)模式的中小尺寸LCD，还是采用宽视角的平行排列(IPS)等模式的大尺寸液晶电视(LCD-TV)，它们通称为“TFT—LCD”。
IPS
IPS屏幕（In-Plane Switching，平面转换）技术是日立公司于2001推出的液晶面板技术，俗称“Super TFT”。IPS屏幕就是基于TFT的一种技术，其实质还是TFT屏幕。IPS是通过使分子在各方向表观长度相同来解决视角问题。
IPS硬屏之所以具有清晰超稳的动态显示效果，取决于其创新性的水平转换分子排列，改变了VA软屏垂直的分子排列，因而具有更加坚固稳定的液晶结构。并非表面意义上的，硬屏就是在液晶面板上加上一层硬的保护膜，为了避免液晶屏幕受外界硬物的戳伤。
SLCD
S-LCD面板就是PVA面板，三星主推的PVA模式广视角技术，S-LCD面板采用PVA技术，该技术采用透明的ITO电极层，因此其更高的开口率可获得优于MVA的亮度输出；PVA技术还具有500:1的高对比能力以及高达70%的原色显示能力。
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