LCD液晶屏 LCD液晶屏工作原理

液晶起源于1888年，是奥地利植物学家伦尼茨发现的一种特殊的混合物质。这种物质在正常情况下介于固体和液体之间。此外，它还具有固体和液体物质的双重特性，因此被称为液晶。液晶的成分是以碳为中心的有机化合物。

1.1液晶显示器的发展及特点

一、液晶显示器的发展历程

液晶起源于1888年，是奥地利植物学家伦尼茨发现的一种特殊的混合物质。这种物质在正常情况下介于固体和液体之间。此外，它还具有固体和液体物质的双重特性，因此被称为液晶。液晶的成分是以碳为中心的有机化合物。1963年，美国RCA公司的威廉发现液晶在电场的影响下会发生偏转，也发现入射到液晶中的光会发生折射。1968年，在威廉发现光会被液晶折射五年后，RCA的海尔振荡器开发部发布了世界上第一个利用液晶特性显示图片的屏幕。勒尼茨发现液晶物质80年后，“液晶”和“显示器”这两个专有名词连在一起，“液晶显示器(LCD)”成为业内专业术语。当然，1968年出道的LCD还是不稳定，在日常生活中的实际应用还有很长的路要走。直到1973年，英国一所大学的教授格雷先生才发现联苯可以用来制造液晶显示器，液晶显示器的产品才被官方大量生产和运输。该产品为日本夏普公司的EL-8025电子计算机提供了屏幕。此后，液晶的许多应用被打开，逐渐促成了液晶显示器行业的崛起。

1.在比较各种显示设备的特性时，液晶具有以下优点

(1)低电压、低功耗

工作电压很低，只有2 ~ 3 V，工作电流只有几微安，也就是功耗只有10-6 ~ 10-5 W /cm2。

(2)平板结构

液晶显示器的基本结构是一个薄盒子，中间装有两个导电玻璃和液晶。这种结构的优点是:开口率高，最有利于显示窗口；更容易使显示区域变大变小；便于自动化批量生产，生产成本低；这个装置很薄，只有几毫米厚。

(3)被动显示型

液晶本身不发光，通过调制外部光，即通过外部光的不同反射和透射形成不同的对比度来达到显示目的。

(4)显示的信息量大

在液晶显示中，像素之间不需要采取隔离措施，因此同一显示窗口区域可以容纳更多的像素，有利于制作高清电视。

(5)易于上色

一般液晶是无色的，所以用滤色片很容易实现彩色。

(6)寿命长

由于它的低电压和低工作电流，液晶本身几乎不变质，并且具有长的使用寿命。

(7)无辐射、无污染

阴极射线管显示器存在x射线辐射，等离子显示器存在高频电磁辐射，但液晶不会有这样的问题。

2.液晶显示器也有以下缺点

(1)显示角度小

由于液晶显示的原理大多依赖于液晶分子的各向异性，不同方向的入射光反射率不同，视角只有30 ~ 40度。随着视角的增加，对比度迅速下降。

(2)响应速度慢

液晶显示大多依赖于液晶分子在外电场作用下排列的变化，因此响应速度受材料粘度影响较大，一般为100 ~ 200 ms，因此一般液晶在显示快速运动画面时质量并不好。

1.2常见的液晶显示设备

目前的液晶显示器可分为扭曲向列型(扭曲向列型；TN(简称TN)、超扭曲向列(简称STN)和彩色薄膜晶体管(薄膜晶体管；简称TFT)。

1.扭曲向列液晶显示器

TN是继DSM型液晶材料之后发展起来的一种新型液晶材料。TN-LCD最大的特点就像它的名字“扭曲向列”，它的液晶分子从顶层到底层呈90度的3D螺旋排列。TN-LCD的出现为LCD的发展奠定了主要的道路，但TN-LCD有两大缺点，即不能显示黑白以外的颜色，而且当LCD越来越大时，对比度会越来越差，使得各种新技术层出不穷。

二、超扭曲向列相液晶显示器件

STN-LCD的出现是为了改善TN-LCD对比度差的问题。最大的区别在于液晶分子的不同扭转角和玻璃基板匹配层的预倾角。液晶分子从顶层到底层的排列方向正好是180-260度的3D螺旋。但是STN-LCD虽然改善了TN-LCD的对比度问题，但是其色彩表达却不能很好的解决。STN-LCD除了黑白之外，只有橙色、黄绿色等少数几种颜色，其色彩表现仍然不能满足全色的要求，所以仍然不是一个完美的解决方案。

第三，彩色薄膜液晶显示器件

为了提高对颜色的要求，发明了两种新技术，TSTN(三重超扭曲向列)和FSTN(薄膜超扭曲向列)。TSTN和FSTN的基本构造原理与STN相同，不同的是TSTN在两个眼镜上加了两个色彩补偿膜，FSTN加了一个色彩补偿膜。TSTN和FSTN具有高分辨率和全色的优势，完全改善了TN的对比度差和STN的颜色。但不幸的是，TSTN和FSTN存在液晶分子反应慢的问题，导致在显示大量数据时无法加载的缺点，所以不是完美的解决方案。因此，为了解决这个问题，液晶显示器的下一个研究方向集中在驱动模式的改进上。许多驱动模式已经从最早的静态驱动模式、下一个动态驱动模式、简单矩阵驱动模式发展到有源矩阵驱动模式。其中，有源矩阵驱动模式与当前液晶显示器的发展关系最大。有源矩阵驱动模式的中文名称是有源矩阵驱动模式。这种驱动模式在像素最初排列的电极交叉点增加了一个活动像素，从而产生了一种全新的点控制模式。有源矩阵的驱动方式可以分为两种。一种是MIM(金属绝缘体金属)模式，利用夹在金属两侧的绝缘层作为简单的有源元件；另一种是薄膜晶体管(薄膜晶体管)，其中在像素最初布置的电极的交叉点处添加反电极，并且在这三个电极的交叉点处放置薄膜有源像素。从TN-LCD、STN-LCD到TFT-LCD，LCD的对比度、分辨率、色彩越来越好，产品越来越受欢迎。这三种液晶显示器中，TFT-LCD市场最大，这是笔记本电脑热销和TFT-LCD显示器销量较好的推动。而且，TFT-LCD已经逐渐取代了传统的阴极射线管(阴极射线管；CRT屏幕的趋势简称是最有可能坐上显示器霸主宝座的明日之星。

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