TFT-LCD液晶显示器的工作原理

液晶(LC,liquid crystal)的分类

我们一般都认爲物质像水一样都有三态,分别是固态液态跟气态.其实物质的三态是针对水而言,对於不同的物质,可能有其他不同的状态存在.以我们要谈到的液晶态而言,它是介於固体跟液体之间的一种状态,

其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1),只要材料具有上述的过程,即在固态及液态间有此一状态存在,物理学家便称之爲液态晶体.

这种液态晶体的首次发现,距今已经度过一百多个年头了.在西元1888年,被奥地利的植物学家Friedrich Reinitzer所发现,其在观察从植物中分离精制出的安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)的融解行爲时发现,此化合物加热至145.5度℃时,固体会熔化,呈现一种介於固相和液相间之半熔融流动白浊状液体.这种状况会一直维持温度升高到178.5度℃,才形成清澈的等方性液态(isotropic liquid).隔年,在1889年,研究相转移及热力学平衡的德国物理学家O.Lehmann,对此化合物作更详细的分析.他在偏光显微镜下发现,此黏稠之半流动性白浊液体化合物,具有异方性结晶所特有的双折射率(birefringence)之光学性质,即光学异相性(optical anisotropic).故将这种似晶体的液体命名爲液晶.此後,科学家将此一新发现的性质,称爲物质的第四态-液晶(liquid crystal).它在某一特定温度的范围内,会具有同时液体及固体的特性.

一般以水而言,固体中的晶格因爲加热,开始吸热而破坏晶格,当温度超过熔点时便会溶解变成液体.而热致型液晶则不一样(请见图2),当其固态受热後,并不会直接变成液态,会先溶解形成液晶态.当您持续加热

时,才会再溶解成液态(等方性液态).这就是所谓二次溶解的现象.而液晶态顾名思义,它会有固态的晶格,及液态的流动性.当液态晶体刚发现时,因爲种类很多,所以不同研究领域的人对液晶会有不同的分类方法.在1922年由G.Friedel利用偏光显微镜所观察到的结果,将液晶大致分爲Nematic Smectic及Cholesteric 三类.但是如果是依分子排列的有序性来分(请见图3),则可以分成以下四类:

1.层状液晶(Sematic):

其结构是由液晶棒状分子聚集一起,形成一层一层的结构.其每一层的分子的长轴方向相互平行.且此长轴的方向对於每一层平面是垂直或有一倾斜角.由於其结构非常近似於晶体,所以又称做近晶相.其秩序参数S(order parameter)趋近於1.在层状型液晶层与层间的键结会因爲温度而断裂,所以层与层间较易滑动.但是每一层内的分子键结较强,所以不易被打断.因此就单层来看,其排列不仅有序且黏性较大.如果我们利用巨观的现象来描述液晶的物理特性的话,我们可以把一群区域性液晶分子的平均指向定爲指向矢(director),这就是这一群区域性的液晶分子平均方向.而以层状液晶来说,由於其液晶分子会形成层状的结构,因此又可就其指向矢的不同再分类出不同的层状液晶.当其液晶分子的长轴都是垂直站立的话,就称之爲"Sematic A phase".如果液晶分子的长轴站立方向有某种的倾斜(tilt)角度,就称之爲"Sematic C phase".以A,C等字母来命名,这是依照发现的先後顺序来称呼,依此类推,应该会存在有一个"Sematic B phase"才是.不过後来发觉B phase其实是C phase的一种变形而已,原因是C phase如果带chiral的结构就是B phase.也就是说Chiral sematic C phase就是Sematic B phase(请见图4).而其结构中的一层一层液晶分子,除了每一层的液晶分子都具有倾斜角度之外,一层一层之间的倾斜角度还会形成像螺旋的结构.

2.线状液晶(Nematic):

Nematic这个字是希腊字,代表的意思与英文的thread是一样的.主要是因爲用肉眼观察这种液晶时,

看起来会有像丝线一般的图样.这种液晶分子在空间上具有一维的规则性排列,所有棒状液晶分子长轴会选择某一特定方向(也就是指向矢)作爲主轴并相互平行排列.而且不像层状液晶一样具有分层结构.与层列型液晶比较其排列比较无秩序,也就是其秩序参数S较层状型液晶较小.另外其黏度较小,所以较易流动(它的

流动性主要来自对於分子长轴方向较易自由运动)。线状液晶就是现在的TFT液晶显示器常用的

TN(Twisted nematic)型液晶.

3.胆固醇液晶(cholesteric):

这个名字的来源,是因爲它们大部份是由胆固醇的衍生物所生成的.但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相.这种液晶如图5所示,如果把它的一层一层分开来看,会很像线状液晶.但是在Z轴方向来看,会发现它的指向矢会随著一层一层的不同而像螺旋状一样分布,而当其指向矢旋转360度所需的分子层厚度就称爲pitch.正因爲它每一层跟线状液晶很像,所以也叫做Chiral nematic phase.以胆固醇液晶而言,与指向矢的垂直方向分布的液晶分子,由於其指向矢的不同,就会有不同的光学或是电学的差异,也因此造就了不同的特性.

4.碟状液晶(disk):

也称爲柱状液晶,以一个个的液晶来说,它是长的像碟状(disk),但是其排列就像是柱状(discoid).

如果我们是依分子量的高低来分的话则可以分成高分子液晶(polymer liquid crystal,聚合许多液晶分子而成)与低分子液晶两种.就此种分类来说TFT液晶显示器是属於低分子液晶的应用.倘若就液晶态的形成原因,则可以分成因爲温度形成液晶态的热致型液晶(thermotropic),与因爲浓度而形成液晶态的溶致型液晶(lyotropic).以之前所提过的分类来说,层状液晶与线状液晶一般多爲热致型的液晶,是随著温度变化而形成液晶态.

而对於溶致型的液晶,需要考虑分子溶于溶剂中的情形.当浓度很低时,分子便杂乱的分布於溶剂中而形成等方性的溶液,不过当浓度升高大於某一临界浓度时,由於分子已没有足够的空间来形成杂乱的分布,部份分子开始聚集形成较规则的排列,以减少空间的阻碍.因此形成异方性(anisotropic)之溶液.所以溶致型液晶的産生就是液晶分子在适当溶剂中达到某一临界浓度时,便会形成液晶态.溶致型的液晶有一个最好的例子,就是肥皂.当肥皂泡在水中并不会立刻便成液态,而其在水中泡久了之後,所形成的乳白状物质,就是它的液晶态.

液晶的光电特性

由於液晶分子的结构爲异方性(Anisotropic)，所以所引起的光电效应就会因爲方向不同而有所差异，简

单的说也就是液晶分子在介电系数及折射系数等等光电特性都具有异方性，因而我们可以利用这些性质来改变入射光的强度,以便形成灰阶,来应用於显示器元件上.以下我们要讨论的,是液晶属於光学跟电学相关的特性,大约有以下几项:

1.介电系数ε(dielectric permittivity):

我们可以将介电系数分开成两个方向的分量,分别是ε//(与指向矢平行的分量)与ε⊥(与指向矢垂直的分量).当ε//>ε⊥便称之爲介电系数异方性爲正型的液晶,可以用在平行配位.而ε//<ε⊥则称之爲介电系数异方性爲负型的液晶,只可用在垂直配位元才能有所需要的光电效应.当有外加电场时，液晶分子会因介电系数异方性爲正或是负值，来决定液晶分子的转向是平行或是垂直於电场,来决定光的穿透与否。现在TFT LCD上常用的TN型液晶大多是属於介电系数正型的液晶.当介电系数异方性Δε(=ε//-ε⊥)越大的时候,则液晶的临界电压(threshold voltage)就会越小.这样一来液晶便可以在较低的电压操作.

2.折射系数(refractive index):

由於液晶分子大多由棒状或是碟状分子所形成，因此跟分子长轴平行或垂直方向上的物理特性会有一些差异，所以液晶分子也被称做是异方性晶体。与介电系数一样,折射系数也依照跟指向矢垂直与平行的方向,分成两个方向的向量.分别爲n//与n⊥.

此外对单光轴(uniaxial)的晶体来说,原本就有两个不同折射系数的定义.一个爲no,它是指对於ordinary ray的折射系数,所以才简写成no.而ordinary ray是指其光波的电场分量是垂直於光轴的称之.另一个则是ne,它是指对於extraordinary ray的折射系数,而extraordinary ray是指其光波的电场分量是平行於光轴的.同时也定义了双折射率(birefrigence)Δn=ne-no爲上述的两个折射率的差值.

依照上面所述,对层状液晶、线状液晶及胆固醇液晶而言，由於其液晶分子的长的像棒状,所以其指向矢的方向与分子长轴平行.再参照单光轴晶体的折射系数定义,它会有两个折射率，分别爲垂直於液晶长轴方向n⊥(=ne)及平行液晶长轴方向n//(=no)两种，所以当光入射液晶时，便会受到两个折射率的影响，造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同。

若光的行进方向与分子长轴平行时的速度,小於垂直于分子长轴方向的速度时，这意味著平行分子长轴

方向的折射率大於垂直方向的折射率(因爲折射率与光速成反比)，也就是ne-no>0.所以双折射率Δn>0 ,我们把它称做是光学正型的液晶,而层状液晶与线状液晶几乎都是属於光学正型的液晶.倘使光的行进方向平行于长轴时的速度较快的话，代表平行长轴方向的折射率小於垂直方向的折射率,所以双折射率Δn<0.我们称它做是光学负型的液晶.而胆固醇液晶多爲光学负型的液晶.

3.其他特性:

对於液晶的光电特性来说,除了上述的两个重要特性之外,还有许多不同的特性.比如说像弹性常数(elastic constant:κ11,κ22,κ33),它包含了三个主要的常数,分别是,κ11指的是斜展(splay)的弹性常数,κ22指的是扭曲(twist)的弹性常数,κ33指的是弯曲(bend)的弹性常数.另外像黏性系数(viscosity coefficie nts,η),则会影响液晶分子的转动速度与反应时间(response time),其值越小越好.

但是此特性受温度的影响最大.另外还有磁化率(magnetic susceptibility),也因爲液晶的异方性关系,分成c//与c⊥.而磁化率异方性则定义成Δc=c//-c⊥.此外还有电导系数(conductivity)等等光电特性.

液晶特性中最重要的就是液晶的介电系数与折射系数.介电系数是液晶受电场的影响决定液晶分子转向的特性,而折射系数则是光线穿透液晶时影响光线行进路线的重要参数.而液晶显示器就是利用液晶本身的这些特性,适当的利用电压,来控制液晶分子的转动,进而影响光线的行进方向,来形成不同的灰阶,作爲显示影像的工具.当然啦,单靠液晶本身是无法当作显示器的,还需要其他的材料来帮忙,以下我们要来介绍有关液晶显示器的各项材料组成与其操作原理.

偏光板(polarizer)

我记得在高中时的物理课,当教到跟光有关的物理特性时,做了好多的物理实验,目的是爲了要证明光也是一种波动.而光波的行进方向,是与电场及磁场互相垂直的.同时光波本身的电场与磁场分量,彼此也是互相垂直的.也就是说行进方向与电场及磁场分量,彼此是两两互相平行的.(请见图7)而偏光板的作用就像是栅栏一般,会阻隔掉与栅栏垂直的分量,只准许与栅栏平行的分量通过.所以如果我们拿起一片偏光板对著光源看,会感觉像是戴了太阳眼镜一般,光线变得较暗.但是如果把两片偏光板叠在一起,那就不一样了.当您旋转两片的偏光板的相对角度,会发现随著相对角度的不同,光线的亮度会越来越暗.当两片偏光板的栅栏角度互相垂直时,光线就完全无法通过了.(请见图8)而液晶显示器就是利用这个特性来完成的.利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间,充满液晶,再利用电场控制液晶转动,来改变光的行进方向,如此一来,

不同的电场大小,就会形成不同灰阶亮度了.(请见图9)

这上下两层玻璃主要是来夹住液晶用的.在下面的那层玻璃长有薄膜电晶体(Thin film transistor,TFT),而上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片(Color filter).如果您注意到的话(请见图3),这两片玻璃在接触液晶的那一面,并不是光滑的,而是有锯齿状的沟槽.这个沟槽的主要目的是希望长棒状的液晶分子,会沿著沟槽排列.如此一来,液晶分子的排列才会整齐.因爲如果是光滑的平面,液晶分子的排列便会不整齐,造成光线的散射,形成漏光的现象.其实这只是理论的说明,告诉我们需要把玻璃与液晶的接触面,做好处理,以便让液晶的排列有一定的顺序.但在实际的制造过程中,并无法将玻璃作成有如此的槽状的分布,一般会在玻璃的表面上涂布一层PI(polyimide),然後再用布去做磨擦(rubbing)的动作,好让PI的表面分子不再是杂散分布,会依照固定而均一的方向排列.而这一层PI就叫做配向膜,它的功用就像图3中玻璃的凹槽一样,提供液晶分子呈均匀排列的介面条件,让液晶依照预定的顺序排列.

TN(Twisted Nematic)LCD

从图10中我们可以知道,当上下两块玻璃之间没有施加电压时,液晶的排列会依照上下两块玻璃的配向膜而定.对於TN型的液晶来说,上下的配向膜的角度差恰爲90度.(请见图9)所以液晶分子的排列由上而下会自动旋转90度,当入射的光线经过上面的偏光板时,会只剩下单方向极化的光波.通过液晶分子时,由於液晶分子总共旋转了90度,所以当光波到达下层偏光板时,光波的极化方向恰好转了90度.而下层的偏光

板与上层偏光板,角度也是恰好差异90度.(请见图9)所以光线便可以顺利的通过,但是如果我们对上下两块玻璃之间施加电压时,由於TN型液晶多爲介电系数异方性爲正型的液晶(ε//>ε⊥,代表著平行方向的介电系数比垂直方向的介电系数大,因此当液晶分子受电场影响时,其排列方向会倾向平行於电场方向.),所以我们从图10中便可以看到,液晶分子的排列都变成站立著的.此时通过上层偏光板的单方向的极化光波,经过液晶分子时便不会改变极化方向,因此就无法通过下层偏光板.

Normally white及normally black

所谓的NW(Normally white),是指当我们对液晶面板不施加电压时,我们所看到的面板是透光的画面,也就是亮的画面,所以才叫做normally white.而反过来,当我们对液晶面板不施加电压时,如果面板无法透光,看起来是黑色的话,就称之爲NB(Normally black).我们刚才所提到的图9及图10都是属於NW的配置,另外从图11我们可以知道,对TN型的LCD而言,位於上下玻璃的配向膜都是互相垂直的,而NB与NW的差别就只在於偏光板的相对位置不同而已.对NB来说,其上下偏光板的极性是互相平行的.所以当NB不施加电压时,光线会因爲液晶将之旋转90度的极性而无法透光.爲什么会有NW与NB这两种不同的偏光板配置呢?主要是爲了不同的应用环境.一般应用於桌上型电脑或是笔记型电脑,大多爲NW的配置.

差别就只在於偏光板的相对位置不同而已.对NB来说,其上下偏光板的极性是互相平行的.所以当NB不施加电压时,光线会因爲液晶将之旋转90度的极性而无法透光.爲什么会有NW与NB这两种不同的偏光板配置呢?主要是爲了不同的应用环境.一般应用於桌上型电脑或是笔记型电脑,大多爲NW的配置.那是因爲,如果你注意到一般电脑软体的使用环境,你会发现整个萤幕大多是亮点,也就是说电脑软体多爲白底黑字的应用.既然亮著的点占大多数,使用NW当然比较方便.也因爲NW的亮点不需要加电压,平均起来也会比较省电.反过来说NB的应用环境就大多是属於显示幕爲黑底的应用了.

STN(Super Twisted Nematic)型LCD

STN LCD与TN型LCD在结构上是很相似的,其主要的差别在於TN型的LCD,其液晶分子的排列,由上到下旋转的角度总共爲90度.而STN型LCD的液晶分子排列,其旋转的角度会大於180度,一般爲270度.(请见图12)正因爲其旋转的角度不一样,其特性也就跟著不一样.我们从图13中TN型与STN型LCD 的电压对穿透率曲线可以知道,当电压比较低时,光线的穿透率很高.电压很高时,光线的穿透率很低.所以它们是属於Normal White的偏光板配置.而电压在中间位置的时候,TN型LCD的变化曲线比较平缓,而STN型LCD的变化曲线则较爲陡峭.因此在TN型的LCD中,当穿透率由90%变化到10%时,相对应的电压差就比STN型的LCD来的较大.我们前面曾提到,在液晶显示器中,是利用电压来控制灰阶的变化.而在此TN与STN的不同特性,便造成TN型的LCD,先天上它的灰阶变化就比STN型的LCD来的多.

所以一般TN型的LCD多爲6~8bits的变化,也就是64~256个灰阶的变化.而STN型的LCD最多爲4bits 的变化也就只有16阶的灰阶变化.除此之外STN与TN型的LCD还有一个不一样的地方就是反应时间(response time)一般STN型的LCD其反应时间多在100ms以上而TN型的LCD其反应时间多爲

30~50ms当所显示的影像变动快速时对STN型的LCD而言就容易会有残影的现象发生

TFT LCD(Thin film transistor liquid crystal display)

TFT LCD的中文翻译名称就叫做薄膜电晶体液晶显示器,我们从一开始就提到液晶显示器需要电压控制来産生灰阶.而利用薄膜电晶体来産生电压,以控制液晶转向的显示器,就叫做TFT LCD.从图8的切面结构图来看,在上下两层玻璃间,夹著液晶,便会形成平行板电容器,我们称之爲CLC(capacitor of liquid cryst al).它的大小约爲0.1pF,但是实际应用上,这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面资料的时候.也就是说当TFT对这个电容充好电时,它并无法将电压保持住,直到下一次TFT再对此点充电的时候.(以一般

60Hz的画面更新频率,需要保持约16ms的时间.)这样一来,电压有了变化,所显示的灰阶就会不正确.因此一般在面板的设计上,会再加一个储存电容CS(storage capacitor大约爲0.5pF),以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候.不过正确的来说,长在玻璃上的TFT本身,只是一个使用晶体管制作的开关.它主要的工作是决定LCD source driver上的电压是不是要充到这个点来.至於这个点要充到多高的电压,以便显示出怎样的灰阶.都是由外面的LCD source driver来决定的.

如果你有机会,拿著放大镜,靠近液晶显示器的话.你会发现如图9中所显示的样子.我们知道红色,蓝色以及绿色,是所谓的三原色.也就是说利用这三种顔色,便可以混合出各种不同的顔色.很多平面显示器就是利用这个原理来显示出色彩.我们把RGB三种顔色,分成独立的三个点,各自拥有不同的灰阶变化,然後把邻近的三个RGB显示的点,当作一个显示的基本单位,也就是pixel.那这一个pixel,就可以拥有不同的色彩变化了.然後对於一个需要解析度爲1024*768的显示画面,我们只要让这个平面显示器的组成有1024*768个pixel,便可以正确的显示这一个画面.在图9中,每一个RGB的点之间的黑色部分,就叫做Black matrix.我们回过头来看图8就可以发现,black matrix主要是用来遮住不打算透光的部分.

比如像是一些ITO的走线,或是Cr/Al的走线,或者是TFT的部分.这也就是爲什么我们在图9中,每一个RGB的亮点看起来,并不是矩形,在其左上角也有一块被black matrix遮住的部分,这一块黑色缺角的部份就是TFT的所在位置.

图10是常见的彩色滤光片的排列方式.条状排列(stripe)最常使用於OA的産品,也就是我们常见的笔记型电脑,或是桌上型电脑等等.爲什么这种应用要用条状排列的方式呢?原因是现在的软体,多半都是视窗化的介面.也就是说,我们所看到的萤幕内容,就是一大堆大小不等的方框所组成的.而条状排列,恰好可以使这些方框边缘,看起来更笔直,而不会有一条直线,看起来会有毛边或是锯齿状的感觉.但是如果是应用在***産品上,就不一样了.因爲电视信号多半是人物,人物的线条不是笔直的,其轮廓大部分是不规则的曲线.因此一开始,使用於***産品都是使用马赛克排列(mosaic,或是称爲对角形排列).不过最近的***産品,多已改进到使用三角形排列(triangle,或是称爲delta排列).除了上述的排列方式之外,还有一种排列,叫做正方形排列.它跟前面几个不一样的地方在於,它并不是以三个点来当作一个pixel,而是以四个点来当作一个pixel.而四个点组合起来刚好形成一个正方形.

背光板(back light,BL)

在一般的CRT萤幕,是利用高速的电子枪发射出电子,打击在银光幕上的荧光粉,藉以産生亮光,来显示出画面.然而液晶显示器本身,仅能控制光线通过的亮度,本身并无发光的功能.因此,液晶显示器就必须加上一个背光板,来提供一个高亮度,而且亮度分布均匀的光源.我们在图14中可以看到,组成背光板的主要零件有灯管(冷阴极管),反射板,导光板,prism sheet,扩散板等等.灯管是主要的发光零件,藉由导光板,将光线分布到各处.而反射板则将光线限制住都只往TFT LCD的方向前进.最後藉由prism sheet及扩散板的帮忙,将光线均匀的分布到各个区域去,提供给TFT LCD一个明亮的光源.而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转动,控制通过光线的亮度,藉以形成不同的灰阶.

框胶(Sealant)及spacer

在图14中另外还有框胶与spacer两种结构成分.其中框胶的用途,就是要让液晶面板中的上下两层玻璃,能够紧密黏住,并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔,所以框胶正如其名,是围绕於面板四周,将液晶分子框限於面板之内.而spacer主要是提供上下两层玻璃的支撑,它必须均匀的分布在玻璃基板上,不然一但分布不均造成部分spacer聚集在一起,反而会阻碍光线通过,也无法维持上下两片玻璃的适当间隙(gap),会成电场分布不均的现象进而影响液晶的灰阶表现.

开口率(Aperture ratio)

液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度,而决定亮度最重要的因素就是开口率.开口率是什么呢?

简单的来说就是光线能透过的有效区域比例.我们来看看图17,图17的左边是一个液晶显示器从正上方或是正下方看过去的结构图.当光线经由背光板发射出来时,并不是所有的光线都能穿过面板,像是给LCD so urce驱动晶片及gate驱动晶片用的信号走线,以及TFT本身,还有储存电压用的储存电容等等.这些地方除

了不完全透光外,也由於经过这些地方的光线并不受到电压的控制,而无法显示正确的灰阶,所以都需利用black matrix加以遮蔽,以免干扰到其他透光区域的正确亮度.所以有效的透光区域,就只剩下如同图17右边所显示的区域而已.这一块有效的透光区域,与全部面积的比例就称之爲开口率.

当光线从背光板发射出来,会依序穿过偏光板,玻璃,液晶,彩色滤光片等等.假设各个零件的穿透率如以下所示:

偏光板:50%(因爲其只准许单方向的极化光波通过)

玻璃:95%(需要计算上下两片)

液晶:95%

开口率:50%(有效透光区域只有一半)

彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率爲80%,但由於滤光片本身涂有色彩,只能容许该色彩的光波通过.以RGB三原色来说,只能容许三种其中一种通过.所以仅剩下三分之一的亮度.所以总共只能通过80%*33%=27%.)

以上述的穿透率来计算,从背光板出发的光线只会剩下6%,实在是少的可怜.这也是爲什么在TFT LCD 的设计中,要尽量提高开口率的原因.只要提高开口率,便可以增加亮度,而同时背光板的亮度也不用那么高,可以节省耗电及花费.

液晶显示器的工作原理

液晶显示器的工作原理我们很早就知道物质有固态、液态、气态三种型态。液体分子质心的排列虽然不具有任何规律性，但是如果这些分子是长形的(或扁形的)，它们的分子指向就可能有规律性。于是我们就可将液态又细分为许多型态。分子方向没有规律性的液体我们直接称为液体，而分子具有方向性的液体则称之为“液态晶体”，又简称“液晶”。液晶产品其实对我们来说并不陌生，我们常见到的手机、计算器都是属于液晶产品。液晶是在1888年，由奥地利植物学家Reinitzer发现的，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。一般最常用的液晶型态为向列型液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1nm～10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。 1. 被动矩阵式LCD工作原理 TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD之间的显示原理基本相同，不同之处是液晶分子的扭曲角度有些差别。下面以典型的TN-LCD为例，向大家介绍其结构及工作原理。在厚度不到1厘米的TN-LCD液晶显示屏面板中，通常是由两片大玻璃基板，内夹着彩色滤光片、配向膜等制成的夹板? 外面再包裹着两片偏光板，它们可决定光通量的最大值与颜色的产生。彩色滤光片是由红、绿、蓝三种颜色构成的滤片，有规律地制作在一块大玻璃基

板上。每一个像素是由三种颜色的单元(或称为子像素)所组成。假如有一块面板的分辨率为1280×1024，则它实际拥有3840×1024个晶体管及子像素。每个子像素的左上角(灰色矩形)为不透光的薄膜晶体管，彩色滤光片能产生RGB三原色。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下夹层中填充了多层液晶分子(液晶空间不到5×10-6m)。在同一层内，液晶分子的位置虽不规则，但长轴取向都是平行于偏光板的。另一方面，在不同层之间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90度。其中，邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向，与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。在接近上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。最后再封装成一个液晶盒，并与驱动IC、控制IC 与印刷电路板相连接。在正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上偏光板导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出，形成一个完整的光线穿透途径。而液晶显示器的夹层贴附了两块偏光板，这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。当液晶层施加某一电压时，由于受到外界电压的影响，液晶会改变它的初始状态，不再按照正常的方式排列，而变成竖立的状态。因此经过液晶的光会被第二层偏光板吸收而整个结构呈现不透光的状态，结果在显示屏上出现黑色。当液晶层不施任何电压时，液晶是在它的初始状态，会把入射光的方向扭转90度，因此让背光源的入射光能够通过整个结构，结果在显示屏上出现白

液晶显示器电源工作原理及维修

液晶显示器电源工作原理及维修详细介绍液晶显示器电源的作用、工作原理、维修及代换，一、电源的作用 1、电源的基本知识液晶电源的作用是为整机提供能量，常见的电源适配器外观如图所示它的输入是220V交流电，输出为12V、4A直流电。电源适配器的内部电路结构如图所示

2、液晶电源的常见存在形式常见的液晶电源有内置式和外置式两种。内置式电源一般是和高压板做在一起，形成二合一电源板，驱动板需要的各路电压均有电源板产生。外置式电源也就是通常所说的电源适配器，它一般是220V交流电输入，12V直流电输出，驱动板需要的其他电原在驱动板上进行变换。二、电源的工作原理由于LCD采用低电压工作，而一般市电提供提是110V或220V的交流电压，因此显示器需要配备电源。电源的作用是将市电的220V交流电压转变成12V或其它低压直流电，以向液晶显示器供电。 LCD显示器中的电源部分均采用开关电源。由于开关电源具有体积小、重量轻、变换效率高等优点，因此被广泛应用于各种电子产品中，特别是脉宽调制（PWM）型的开关电源。PW M型开关电源的特点是固定开关频率、通过改变脉冲宽度的占空比来调节电压。 PWM开关电源的基本工作原理是：交流电220V输入电源经整流滤波是路变成300V直流电压，再由开关功率管控制和高频变压器降压，得到高频矩形波电压，经整流滤波后获得显示器所需要的各种直流输出电压。脉宽调制器是这类开关电源的核心，它能产生频率固定具脉冲宽度可调的驱动信号，控制开关功率管的导通与截止的占空比，用来调节输出电压的高低，从而达到稳压的目的。以下将要介绍的电源适配器就是此类开关电源，我们以采用UC3842脉宽调制集成控制器的电源为例讲解相关电路。 1、UC3842的性能特点（1）它属于电流型单端PWM调制器，具有管脚数量少，外围是路简单、安装调试方便、性能优良、价格低廉等优点。而且通过高频变压器与电网隔离，适合构成无工频变压器的20-50W小功率开关电源。（2）最高开关频率为500KHZ，频率稳定度高达0.2%。电源效率高，输出电流大，能直接驱动双极型功率晶体管或VMOS管、DMOS管、TMOS管工作。（3）内部有高稳定的基准电压源，档准值为5V，允许有+0.1%的偏差，温度系数为

显示屏工作原理

2 显示扫描原理各个企业制造的LED显示屏的控制结构有所不同，但是，显示屏的显示扫描电路基本相同。双基色LED显示屏的显示扫描电路如图1所示。在图1中，IC1、IC2是数据锁存器电路74HC595，分别锁存红色、绿色数据，它们的性能是：①串行输入8位并行输出；②数据锁存、数据清除功能；③输出具有比较强的驱动能力。电阻RPB1、RPB2是限流电阻，根据颜色和模块的亮度来选择他们的数值。ML1是双色LED显示模块，共有8行×8列＝64个LED，其中，8个引脚是红色信号输入端，8个引脚是绿色信号输入端，8个引脚是行控制输入端，共有24个引脚。三极管 Q0，Q2，…Q7是行选通、驱动作用。IC3是3－8地址译码电路74HC138，8个选通输出端分别控制相应的行。图中电路是显示屏的原理电路，其数据传送方式是数据传送与行信号异步进行：首先，同时传送8位红、绿颜色数据到电路IC1、IC2并将数据锁存，然后再传送行控制信号点亮一行LED，接下来重复上述操作，只是行信号移至下一行，依次到第八行为止，即是一次完整的扫描过程。显示扫描电路板的设计要求具有比较低的生产成本，因此，许多企业都设计成双面电路板，这样可以节省约三分之一的电路板成本。在显示模块的相应尺寸范围内，要安放上图中的全部元器件，其对应的双层印刷电路板编制具有较大难度，所以IC1电路特别适合点阵扫描原理的LED显示模块的驱动。显示扫描电路都是采用串行方式传送数据，这样既可以节省电路板的位置，又适合显示屏与计算机之间的数据传送。 3 工作状态分析显示扫描电路的原理是动态扫描方式，不能静态测量其工作电流，因此，要计算出工作电流，就要分析动态参数。图２是一个LED的工作电路图。电路中Q8是驱动电路，正端接电源，控制端接74HC138的输出，输出端接LED发光二极管Ｄ，与限流电阻连接，电阻接74HC595的数据输出端。LED的点亮方式是：控制74HC138的片选信号无效，为不选通，之后74HC595输出电平，低电平为点亮信号，再选通74HC138，控制输出选通信号，此时，有电流I0从Q8输出，流过D、R1后，进入74HC595的数据输出端。在图中，V ab是加在LED上的电压，红、绿色高亮度发光二极管的压降均约2～3V，Vbc是加在限流电阻两端上的电压，通过调节限流电阻的数值，就可以改变电路的工作电流I0，当电阻R1＝0时，电路依靠74HC595的输出有源电阻作为限流电阻。在扫描电路中可以看出，电路结构比较简单，合理地调整各个部分工作参数就能够使电路工作在最佳状态。在选择电路时，还要准确掌握各个公司电路的性能，以及之间的技术参数的差别。不同型号的器件技术参数也有所区别，表1是74H C595的技术参数，表中给出了Texas Instru-ments,ST,Philips公司的74HC595的技术参数。在表中可以看出不同的公司生产的电路略有不同，因此，一块显示屏尽量要使用同一公司的电路器件，以免由于参数的差别影响显示屏的显示效果。在表1中，Iik为输入尖峰脉冲电流，Iok为输出尖峰脉冲电流，I0为连续输出电流，Vcc为最高供电电压，f max表示在25℃时的最大工作频率（随着负载电容的不同，工作频率也不同），ta为工作温度。表中元件SN74HC595、M74HC595、74HC595对应公司是Texas Instryments，ST，Philips。 4 亮度和颜色的调整 4.1 亮度和颜色的调整制造大屏幕时，首先要按照亮度指标选择LED或者显示模块，其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度比来确定哪一种颜色为基准，一般是将亮度比例低的一种作为亮度基准，当基准的一种已经达到最大亮度时，调整另外一种（双色）或两种（全彩）。显示屏幕是双色时，大多数情况下以绿色为基准，调整红色二极管的工作电流。一般是降低工作电流，以平衡颜色黄色为调整标准，这样就要减小整个显示屏幕的亮度。显示屏的颜色调整至最佳平衡状态，则会使屏的亮度降低。如果显示屏幕为了

TFT-LCD液晶显示器的工作原理(上)

TFT-LCD液晶显示器的工作原理(上) 谢崇凯我一直记得，当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时，常常遇到的困扰，就是不知道怎么跟人家解释，液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境，来解释给人家听。在最早的时候是告诉人家，就是掌上型电动玩具上所用的显示屏，随着笔记型计算机开始普及，就可以告诉人家说，就是使用在笔记型计算机上的显示器。随着手机的流行，又可以告诉人家说，是使用在手机上的显示板。时至今日，液晶显示器，对于一般普罗大众，已经不再是生涩的名词。而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品，更由于其轻薄的特性，因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT，cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广。如同我前面所提到的，液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器。而今日对液晶显示器这个名称，大多是指使用于笔记型计算机，或是桌上型计算机应用方面的显示器。也就是薄膜晶体管液晶显示器。其英文名称为Thin-film transistor liquid crystal display，简称之TFT LCD。从它的英文名称中我们可以知道，这一种显示器它的构成主要有两个特征，一个是薄膜晶体管，另一个就是液晶本身。我们先谈谈液晶本身。液晶(LC，liquid crystal)的分类我们一般都认为物质像水一样都有三态，分别是固态液态跟气态。其实物质的三态是针对水而言，对于不同的物质，可能有其它不同的状态存在。以我们要谈到的液晶态而言，它是介于固体跟液体之间的一种状态，其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1)，只要材料具有上述的过程，即在固态及液态间有此一状态存在，物理学家便称之为液态晶体。

液晶屏的工作原理

液晶屏的工作原理（资料来源：中国联保网）简单的来说，屏幕能显示的基本原理就是在两块平行板之间填充液晶材料，通过电压来改变液晶材料内部分子的排列状况，以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一，错落有致的图象，而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层，就可实现显示彩色图象。认识了它的结构和原理，了解了它的技术和工艺特点，才能在选购时有的放矢，在应用和维护时更加科学合理。液晶是一种有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。 LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交)，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。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。 LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身，自然光线是朝四面八方随机发散的，极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线，极化滤光片的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光片的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配，光线才得以穿透。一方面，LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光片后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光片中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光片挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。当然，也可以改变LCD 中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。主动矩阵式液晶屏 TFT-LCD液晶显示器的结构与TN-LCD液晶显示器基本相同，只不过将TN- LCD上夹层的电极改为FET晶体管，而下夹层改为共通电极。 TFT-LCD液晶显示器的工作原理与TN-LCD却有许多不同之处。TFT- LCD液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极，在FE T电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目

液晶显示器高压板电路基本工作原理

液晶显示器高压板电路基本工作原理2010-06-11 10:21

高压板电路是一种DC/AC(直流/交流)变换器，它的工作过程就是开关电源工作的逆变过程。开关电源是将市电电网的交流电压转变为稳定的12V直流电压，而高压板电路正好相反，将开关电源输出的12V直流电压转变为高频(40～80kHz)的高压(600～800V)交流电。电路主要由驱动电路(振荡电路、调制电路)、直流变换电路、Royer结构的驱动电路、保护检测电路、谐振电容、输出电流取样、CCFL等组成。在实际的高压板中，常将振荡器、调制器、保护电路集成在一起，组成一块小型集成电路，一般称为PWM控制IC。驱动电路采用Royer结构形式。Royer结构的驱动电路也称为自激式推挽多谐振荡器，主要由功率输出管及升压变压器等组成，、组成一个具有亮度调整和保护功能的高压板电路。图中的ON/OFF为振荡器启动/停止控制信号输入端，该控制信号来自驱动板(主板)微控制器(MCU)。当液晶显示器由待机状态转为正常工作状态后，MCU向振荡器送出启动工作信号(高/低电平变化信号)，振荡器接收到信号后开始工作，产生频率40～80kHz的振荡信号送入调制器，在调制器内部与PWM激励脉冲信号，送往直流变换电路，使直流变 Royer L1(相当于电感)组成自激振荡电路，产生的振荡信号经功率放大和升压变压器升压耦合，输出高频交流高压，点亮背光灯管。为了保护灯管，需要设置过电流和过电压保护电路。过电流保护检测信号从串联在背光灯管上的取样电阻R上取得，输送到驱动控制IC IC。当输出电压及背光灯管工作电流出现异常时，驱动控制IC控制调制器停止输出，从而起到保护的作用。调节亮度时，亮度控制信号加到驱动控制IC，通过改变驱动控制IC输出的PWM脉冲的占空比，进而改变直流变换器输出的直流电压大小，也就改变了加在驱动输出管上的电压大小，即改变了自激振荡的振荡幅度，从而使升压变压器输出的信号幅度、CCFL两端的电压幅度发生变化，达到调节亮度的目的。该电路只能驱动一只背光灯管。由于背光灯管不能并联或串联应用，所以，若需要驱动多只背光灯管，必须由相应的多个升压变压器输出电路及相适配的激励电路来驱动。

LCD液晶显示屏工作原理

LCD 液晶显示屏工作原理一、工作原理和概念术语 1、液晶显示屏的工作原理液晶（Liquid Crystal ）：是一种介于固态和液态之间的具有规则性分子排列，及晶体的光学各向异性的有机化合物，液晶在受热到一定温度的时候会呈现透明状的液体状态，而冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态，因为物理上具有液体与晶体的特性，故称之为“液晶”。液晶显示器LCD （Liquid Crystal Display ）：是新型平板显示器件。显示器中的液晶体并不发光，而是控制外部光的通过量。当外部光线通过液晶分子时，液晶分子的排列扭曲状态不同，使光线通过的多少就不同，实现了亮暗变化，可重现图像。液晶分子扭曲的大小由加在液晶分子两边的电压差的大小决定。因而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。（1）、液晶分子的电－光特性（如图2-1所示）（2）、液晶的电光控制特性（如图2-2所示） (a) （光光控制电压010 9050%液晶显示器的电光特性（常暗模式） 101009050%b ）液晶显示器的电光特性（常亮模式）液晶显示器的电光控制特性图中Uth —阈值电压（临界电压）；Usat —饱和电压透过率透过率控制电压图2-1液晶的电－光特性图图2-2 旋光性

（3）、液晶分子排列状态的改变可实现对光的控制液晶分子在偏光板间排列成多层，在不同层间，液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90°，与偏光板的偏振光方向一致的偏振光，垂直射向无外加电场的液晶分子时，入射光将因其偏振方向随液晶分子轴的扭曲而旋转射出。故称为扭曲向列型液晶显示器。当给液晶层施以某一电压差时，液晶分子会改变它的初始排列状态而不扭转，不改变光的极化方向，因此经过液晶的光会被第二层偏光片吸收而整个结构呈现不透光的状态。 2、概念和术语（1）、光学的各向异性液晶的特有性质，改变液晶两端电压，可改变液晶某一方向折射出的光的大小（2）、偏振片（器）只能在特定方向上透过光线的器件（3）、像素、子像素、节距、分辨率(如图2-3所示) （4）、视角当背光源的入射光通过偏极片、液晶后，输出光便具备了特定的方向特性，假如从一个非常斜的角度观看一个全白的画面，我们可能会看到黑色或是色彩失真。这个效应在某些场合有用，但在大部分的应用上是我们不希望要的。制造商们已经花了很多时间来试图改善液晶显示器的视角特性，有数种广视角技术被提出：IPS(IN-PLANE -SWITCHING 、MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL ALIGNMENT)、TN+FILM 。这些技术都能把液晶显示器的视角增加到160度，甚至更多，就如同CRT 屏幕的视角特性一样。最大视角的定义是对比值至少能达到10:1的视角(通常有四个方向，上/下/左/右)，如图2-4。平板显示器的象素结构绿、蓝三个组成一个像1024 列）图2-3 平板显示器的像素结构水平视角显示器件的视角图2-4 显示器件的视角

液晶显示器工作原理

液晶显示器工作原理现在市场上的液晶显示器都采用了TFT液晶面板，这种液晶面板的是目前最先进的液晶显示器技术，从结构上看，液晶屏由两片线性偏光器和一层液晶所构成。其中，两片线性偏光器分别位于液晶显示器的内外层，每片只允许透过一个方向的光线，它们放置的方向成90度交叉（水平、垂直），也就是说，如果光线保持一个方向射入，必定只能通过某一片线性偏光器，而无法透过另一片，默认状态下，两片线性偏光器间会维持一定的电压差，滤光片上的薄膜晶体管就会变成一个个的小开关，液晶分子排列方向发生变化，不对射入的光线产生任何影响，液晶显示屏会保持黑色。一旦取消线性偏光器间的电压差，液晶分子会保持其初始状态，将射入光线扭转90度，顺利透过第二片线性偏光器，液晶屏幕就亮起来了。当然这是一个很简单的原理模型，真正的液晶显示器内还有更复杂的电路结构。红绿蓝三原色大家都知道，当这三种颜色同时混合时就会产生白色，这当然实在三原色强度一样的情况下才能够显示器纯正的白色，这样，从图中我们可以看见液晶面板的每一个像素中都有三种原色，这三种原色如果强度不同变化就可以产生不同的混色效果，这样全屏就有1024×768这样的像素，所以真实分辨率就是1024×768。低端的液晶显示板,各个基色只能表现6位色,即2的6次方=64种颜色.可以很简单的得出,每个独立像素可以表现的最大颜色数是64×64×64=262144种颜色,高端液晶显示板利用FRC技术使得每个基色则可以表现8位色,即2的8次方=256种颜色,则像素能表现的最大颜色数为

256×256×256=16777216种颜色.这种显示板显示的画面色彩更丰富,层次感也好.现在基本上显示器都拥有FRC技术，可以显示器16777216种颜色什么是TFT-LCD 其中彩色LCD又分为STN和TFT两种屏,其中TFT-LCD是英文Thin Film T ransistor-Liquid Crystal Display的缩写,即薄膜晶体管液晶显示器,也就是大家常说的真彩液晶显示屏,显示效果较好;而DSTN-LCD,即双扫瞄液晶显示器,则是STN-LCD的一种显示液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板。由于两块偏光板的偏振方向成90度，再加上电压的变化和一些其它的装置，液晶显示器就能显示我们想要的颜色了。液晶显示有主动式和被动式两种，其实这两种的成像原理大同小异，只是背光源和偏光板的设计和方向有所不同。主动式液晶显示器又使用了fet场效晶体管以及共通电极，这样可以让液晶体在下一次的电压改变前一直保持电位状态。这样主动式液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等。现在最流行的主动式液晶屏幕是tft(thin film transistor薄膜晶体管)，被动式液晶屏幕有stn(super tn超扭曲向列lcd)和dstn(double

液晶显示器工作原理

液晶显示器工作原理现在市场上的液晶显示器都采用了TFT液晶面板，这种液晶面板的是目前最先进的液晶显示器技术，从结构上看，液晶屏由两片线性偏光器和一层液晶所构成。其中，两片线性偏光器分别位于液晶显示器的内外层，每片只允许透过一个方向的光线，它们放臵的方向成90度交叉（水平、垂直），也就是说，如果光线保持一个方向射入，必定只能通过某一片线性偏光器，而无法透过另一片，默认状态下，两片线性偏光器间会维持一定的电压差，滤光片上的薄膜晶体管就会变成一个个的小开关，液晶分子排列方向发生变化，不对射入的光线产生任何影响，液晶显示屏会保持黑色。一旦取消线性偏光器间的电压差，液晶分子会保持其初始状态，将射入光线扭转90度，顺利透过第二片线性偏光器，液晶屏幕就亮起来了。当然这是一个很简单的原理模型，真正的液晶显示器内还有更复杂的电路结构。红绿蓝三原色大家都知道，当这三种颜色同时混合时就会产生白色，这当然实在三原色强度一样的情况下才能够显示器纯正的白色，这样，从图中我们可以看见液晶面板的每一个像素中都有三种原色，这三种原色如果强度不同变化就可以产生不同的混色效果，这样全屏就有1024×768这样的像素，所以真实分辨率就是1024×768。低端的液晶显示板,各个基色只能表现6位色,即2的6次方=64种颜色.可以很简单的得出,每个独立像素可以表现的最大颜色数是64×64× 64=262144种颜色,高端液晶显示板利用FRC技术使得每个基色则可以表现8位色,即2的8次方=256种颜色,则像素能表现的最大颜色数为 256×256×256=16777216种颜色.这种显示板显示的画面色彩更丰富,层次感也好.现在基本上显示器都拥有FRC技术，可以显示器16777216种颜色什么是TFT-LCD 其中彩色LCD又分为STN和TFT两种屏,其中TFT-LCD是英文Thin Film Transi stor-Liquid Crystal Display的缩写,即薄膜晶体管液晶显示器,也就是大家常说的真彩液晶显示屏,显示效果较好;而DSTN-LCD,即双扫瞄液晶显示器,则是STN-LCD的一种显示液晶是一种介于液体和固体之间的特殊物质，它具有液体的流态性质和固体的光学性质。当液晶受到电压的影响时，就会改变它的物理性质而发生形变，此时通过它的光的折射角度就会发生变化，而产生色彩。液晶屏幕后面有一个背光，这个光源先穿过第一层偏光板，再来到液晶体上，而当光线透过液晶体时，就会产生光线的色泽改变，从液晶体射出来的光线，还得必须经过一块彩色滤光片以及第二块偏光板。由于两块偏光板的偏振方向成90度，再加上电压的变化和一些其它的装臵，液晶显示器就能显示我们想要的颜色了。液晶显示有主动式和被动式两种，其实这两种的成像原理大同小异，只是背光源和偏光板的设计和方向有所不同。主动式液晶显示器又使用了fet场效晶体管以及共通电极，这样可以让液晶体在下一次的电压改变前一直保持电位状态。这样主动式液晶显示器就不会产生在被动式液晶显示器中常见的鬼影、或是画面延迟的残像等。现在最流行的主动式液晶屏幕是tft(thin film transistor薄

TFT-LCD液晶显示器的驱动原理

TFT-LCD液晶显示器的驱动原理 LCD显示器在近年逐渐加快了替代CRT显示器的步伐，你打算购买一台LCD吗？你了解LCD吗？液晶显示器和传统的CRT显示器，在其发光的技术原理上有什么不同？传统的CRT 显示器主要是依靠显象管内的电子枪发射的电子束射击显示屏内侧的荧光粉来发光，在显示器内部人造磁场的有意干扰下，电子束会发生一定角度的偏转，扫描目标单元格的荧光粉而显示不同的色彩。而TFT-LCD却是采用“背光（backlight）”原理，使用灯管作为背光光源，通过辅助光学模组和液晶层对光线的控制来达到较为理想的显示效果。液晶是一种规则性排列的有机化合物，它是一种介于固体和液体之间的物质，目前一般采用的是分子排列最适合用于制造液晶显示器的nematic细柱型液晶。液晶本身并不能构发光，它主要是通过因为电压的更改产生电场而使液晶分子排列产生变化来显示图像。液晶面板主要是由两块无钠玻璃夹着一个由偏光板、液晶层和彩色滤光片构成的夹层所组成。偏光板、彩色滤光片决定了有多少光可以通过以及生成何种颜色的光线。液晶被灌在两个制作精良的平面之间构成液晶层，这两个平面上列有许多沟槽，单独平面上的沟槽都是平行的，但是这两个平行的平面上的沟槽却是互相垂直的。简单的说就是后面的平面上的沟槽是纵向

排列的话，那么前面的平面就是横向排列的。位于两个平面间液晶分子的排列会形成一个Z轴向90度的逐渐扭曲状态。背光光源即灯管发出的光线通过液晶显示屏背面的背光板和反光膜，产生均匀的背光光线，这些光线通过后层会被液晶进行Z 轴向的扭曲，从而能够通过前层平面。如果给液晶层加电压将会产生一个电场，液晶分子就会重新排列，光线无法扭转从而不能通过前层平面，以此来阻断光线。 LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。液晶显示器的缺点在于亮度、画面均匀度、可视角度和反应

液晶显示器的工作原理

液晶高压板维修及代换实例 2009.6.5整理修液晶高压板故障：其实任何高压板只要装得下，那么它就是＂万能＂的，不知道买来高压板的参数，别看高压板接口有这么多条线，其实很简单,首先确定电源线正极和负极,有保险丝的一般来说是正极,负极多是接在电容的负极上. 然后确定电压,确定电压的最好办法是看电容的标记了,假如6V左右那么就是3.3V的,假如电容上标12V左右,那么输入电压肯定是5V,假如是24V左右或以上,那么就是12V,以次类推,把电容上所标的伏数除以二,最接近几伏就是几伏了. 有时按这样接了,还是不亮,或者只是闪一下就灭了,是的有很多高压板多是这样的,那怎么办呢?找出控制脚,看看那只脚是接到一个小三极管上的,一般是直接引接到三极管上的,最多中间有个小电容,应该很容易辨认的,控制脚一般是3.3V和5V,也有个别是接地的,所以我们在不知道的情况下,先接地试一下,不行再接3.3V再接5V,假如输入电压和控制电压多是3.3V的情况是,可以直接合并. 多余的脚让他空着好了,不用理它. 高压板坏后最常见的有以下几种故障: 1、瞬间亮后马上黑屏该问题主要为高压板反馈电路起作用导致，如：高压过高导致保护、反馈电路出现问题导致无反馈电压、反馈电流过大、灯管PIN松脱、IC输出过高等等都会导致该问题，原则上只要IC 有输出、自激振荡正常，其它的任何零件不良均会导致该问题，该现象是液晶显示器升压板不良的最常见之现象。维修时最主要的方法是：（1）短接法----一般情况下，脉宽调制IC中有一脚是控制或强制输出的，对地短路该脚则其将不受反馈电路的影响，强制输出脉冲波，此时升压板一般均能点亮，并进行电路测试，但要注意：因此时具体故障点位还未找到，因此短路过久可能会导致一些异常不到的现象，如：高压线路接触不良时，强制输出可能会导致线路打火而烧板！！！（2）、对比测试法：因液晶显示器灯管采用均为2个以上，多数厂家在设计时左右灯管均采用双路输出，即两个灯管对应相同的两个电路，此时，两个电路就可以采用对比测试法，以判定故障点位！当然，有的机子用一路控制两个灯管时，此法就无效！另一方面，在不明情况下，最好不要乱短路IC各脚，否则可能会出现异想不到的后果！ 2、通电灯亮但无显示此问题主要为升压板线路不产生高压导致，如：12V未加入或电压不正常、控制电压未加入、接地不正常、IC无振荡/无输出、自激振荡电路产生不良等均会出现该现象！

LCD液晶显示器工作原理

LCD液晶显示器工作原理今天的液晶显示器分为平板显示器、双扫描液晶显示器、无源矩阵液晶显示器和有源矩阵液晶显示器。液晶显示器面世以来已有30年了，但由于过去一直以为研发效率甚低，发展很慢，LCD显示的画面质量不尽人意。今天，由于其圆滑的外表、纤细的身材、酷酷的造型、占用空间小、重量轻、功耗低（约15-30瓦），并且成为财富和身份的象征，液晶显示器市场需求日益增加，快速流行起来。随着时间的推移，液晶显示器的价格降到了可以接受的水平，并在亮度、清晰度和锐度等方面有了很大改善，画质大大改进。出于这些原因，消费者和终端用户开始从传统的选择CRT（阴极射线管显示器）转向液晶显示器。早前的液晶显示技术反应时间慢、效率低、对比度差。后来用了矩阵技术，采用无源矩阵（被动矩阵），能显示高清晰度的文本，但当显示画面快速改变时，会在画面上留下飘忽的“鬼影”，不适用于动态视频播放。今天，多数黑白掌上电脑、寻呼机和移动电话都使用有源矩阵（积极矩阵）液晶显示器。有源矩阵液晶显示器对每一个象素独立编址，能显示出比CTR显示器更尖锐清晰的文本，不象CRT显示器那样，在聚焦不好的时候会使每构成画面的每一个像素变得模糊不清。液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display）的显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩霞色滤光片，则可显示彩色影像。

何谓液晶液晶于1888年由奥地利植物学者Reinitzer发现，是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物，一般最常用的液晶型式为向列（nematic）液晶，分子形状为细长棒形，长宽约1nm~10nm，在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列，产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。液晶分子形状子构造液晶显示原理在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿者沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做90度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色（如图左）；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色（如图右）。液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。液晶配列显示原理图

LED显示屏的的工作原理及驱动电路

LED点阵显示控制 1原理与方案 1.1原理对于点阵型LED显示可以采用共阴极或共阳极，本系统采用共阳极，其硬件电路如图1所示。当行上有一正选通信号时，列选端四位数据为0的发光二极管便导通点亮。这样只需要将图形或文字的显示编码作为列信号跟对应的行信号进行逐次扫描，就可以逐行点亮点阵。只要扫描速度大于24 Hz，由于扫描时间很快，人眼的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的图形或文字。图1 硬件电路本次设计要完成基于单片机的LED点阵显示控制的设计，总体方案是以单片机为控制核心，通过行列驱动电路，在LED点阵屏上以左移方式显示文字。在设计过程中驱动电路运用动态扫描显示，动态扫描简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套列驱动器。由于动态扫描显示（并行传输）的局限性，故采用动态扫描显示（串行传输），显示模式用LED点阵屏模块作显示屏。 1.2 总体方案本次设计单片机采用AT89C51，行电路使用逐行扫描的方式，列电路使用串入并出的数据传输方式，显示屏使用由16x16的点阵LED组成的点阵模块。使用到的芯片有传入并出移位寄存器74LS595、4线-16线译码器74LS154和三极管8550。总体设计框图如图2所示。

2.3 复位电路 AT89C51的复位引脚（RESET）是第9脚，当此引脚连接高电平超过2个机器周期时，即可产生复位的动作。以24 MHz的时钟脉冲为例，每个时钟脉冲为05μs，两个机器周期为1 μs，因此，在第9脚上连接1个2μs的高电平脉冲，即可产生复位动作。最简单的就是只有1个电阻跟1个电容就可构成可靠复位的电路，电阻选择10 kΩ，电容选择10μF，如图4所示。图4 复位电路 2.4 点阵显示驱动电路设计采取分立元件三极管作驱动电路，驱动电路如图5所示。图5 点阵显示驱动电路 3 系统软件设计显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向点阵屏传送特定组合的显示数据，并负责产生行扫描信号和其他控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由显示子程序实现；系统环境设置（初始化）由系统初始化程序完成；显示效果处理等工作，则由主程序通过调用子程序来实现。

立体液晶显示器工作原理

立体液晶显示器工作原理 newmaker 前言由于人类的眼睛已经习惯日常生活中三次元立体影像，因此认为包含电影在内及其它显示器所显示的画面也应该是立体影像，然而令人讶异的是这种潜意识的需求，长久以来却碍于科技上的束缚，快速且毫无抗拒的接受平面二次元影像。数字信息革命后除了带动多媒体社会提早来临之外，也再次点燃医疗、动画、CAD/CAM等领域对于三次元立体影像的殷切需求。有鉴于此本文将介绍有关利用液晶显示器制作三次元立体影像技术动向。三维影像分割器(image splitter) 日本SANYO公司是最早从事有关三维立体影像技术的研究，早在94年曾推出不需专用眼镜的三维立体影像分割器，利用这种影像分割器可用来观赏立体动态影像，基本上它是根据视差障碍(parallax barrier)原理使影像交互排列先通过细长的纵列光栅后才由两眼捕捉观察，由于进入左、右眼的纵向影像因视差障碍器被分开，造成左、右眼所捕捉的影像产生微小偏离，最后经由视网膜当作三维影像读取(图1)。利用这种原理可以针对观视者观赏画面时的最适当位置，除了提供观视者左右两眼影像之外，由影像正面的显示区到最适距离所函盖的区域，对观视者而言就变成正常的立体三次元影像。不过两眼视线相邻处的影像，会被左、右两眼在无意识状态下捕捉读取形成所谓

的逆视领域，换句话说使用这种三维立体影像分割器的观视者必需固定在一定的观视位置才能产生立体视觉效果(图2)。为了改善上述缺失因此开发出头部检测系统(head tracking system)，利用这种检测系统可随时侦测观视者头部位置，一旦产生逆视领域时显示器会立即切换左右两眼所读取的影像，如此一来不但可以防止逆视问题的发生，还可以扩大三次元立体影像的可观视范围(图3)。然而实际使用上头部检测系统时，却发现图3的A处部位的各菱形区域界面非长狭窄，造成观视者感受到微妙的重叠影像、失真(crosstalk)与黑色纵纹(moire)等观视性不佳及眼睛极易酸痛疲劳反效果。有鉴于此SANYO将该系统改成由液晶所构成的电子驱动型可动式头部检测系统(图4)，如果观视者的头部移动至界面区域时，该新型头部检测系统可以立即检测，同时移动上述三维立体影像分割器的开口部(图5)，也就是说它是利用检测器随时侦

单色LCD液晶显示屏的显像原理

https://www.360docs.net/doc/4c3334230.html, 单色LCD液晶显示屏的显像原理 LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。 LCD液晶显示屏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。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。 LCD是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。 LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。然而，可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。 1

TFT-LCD液晶显示器的工作原理(一)

TFT-LCD液晶显示器的工作原理（一） 2009-10-14 00:15:36 分类：我一直记得, 当初刚开始从事有关液晶显示器相关的工作时, 常常遇到的困扰, 就是不知道怎么跟人家解释, 液晶显示器是什么? 只好随着不同的应用环境, 来解释给人家听. 在最早的时候是告诉人家, 就是掌上型电动玩具上所用的显示屏, 随着笔记型计算机开始普及, 就可以告诉人家说, 就是使用在笔记型计算机上的显示器. 随着手机的流行, 又可以告诉人家说, 是使用在手机上的显示板. 时至今日, 液晶显示器, 对于一般普罗大众, 已经不再是生涩的名词. 而它更是继半导体后另一种可以再创造大量营业额的新兴科技产品, 更由于其轻薄的特性, 因此它的应用范围比起原先使用阴极射线管(CRT, cathode-ray tube)所作成的显示器更多更广. 如同我前面所提到的, 液晶显示器泛指一大堆利用液晶所制作出来的显示器. 而今日对液晶显示器这个名称, 大多是指使用于笔记型计算机, 或是桌上型计算机应用方面的显示器. 也就是薄膜晶体管液晶显示器. 其英文名称为 Thin-film transistor liquid crystal display, 简称之TFT LCD. 从它的英文名称中我们可以知道, 这一种显示器它的构成主要有两个特征, 一个是薄膜晶体管, 另一个就是液晶本身. 我们先谈谈液晶本身. ·液晶(LC, liquid crystal)的分类我们一般都认为物质像水一样都有三态, 分别是固态液态跟气态. 其实物质的三态是针对水而言, 对于不同的物质, 可能有其它不同的状态存在. 以我们要谈到的液晶态而言, 它是介于固体跟液体之间的一种状态, 其实这种状态仅是材料的一种相变化的过程(请见图1), 只要材料具有上述的过程, 即在固态及液态间有此一状态存在, 物理学家便称之为液态晶体.

TFT LCD液晶显示器的驱动原理详解

TFT LCD液晶显示器的驱动原理 TFT LCD液晶显示器的驱动原理（一）我们针对TFT LCD的整体系统面来做介绍, 也就是对其驱动原理来做介绍, 而其驱动原理仍然因为一些架构上差异的关系, 而有所不同. 首先我们来介绍由于Cs(storage capacitor)储存电容架构不同, 所形成不同驱动系统架构的原理. Cs(storage capacitor)储存电容的架构一般最常见的储存电容架构有两种, 分别是Cs on gate与Cs on common这两种. 这两种顾名思义就可以知道, 它的主要差别就在于储存电容是利用gate走线或是common走线来完成的. 在上一篇文章中, 我曾提到, 储存电容主要是为了让充好电的电压,能保持到下一次更新画面的时候之用. 所以我们就必须像在CMOS的制程之中, 利用不同层的走线, 来形成平行板电容. 而在TFT LCD的制程之中, 则是利用显示电极与gate走线或是common走线,所形成的平行板电容,来制作出储存电容Cs.

图1就是这两种储存电容架构, 从图中我们可以很明显的知道, Cs on gate由于不必像Cs on common一样, 需要增加一条额外的common走线, 所以它的开口率(Aperture ratio)会比较大. 而开口率的大小, 是影响面板的亮度与设计的重要因素. 所以现今面板的设计大多使用Cs on gate的方式. 但是由于Cs on gate的方式, 它的储存电容是由下一条的gate走线与显示电极之间形成的.(请见图2的Cs on gate与Cs on common的等效电路) 而gate走线, 顾名思义就是接到每一个TFT的gate端的走线, 主要就是作为gate driver送出信号, 来打开TFT, 好让TFT对显示电极作充放电的动作. 所以当下一条gate走线, 送出电压要打开下一个TFT时 ,便会影响到储存电容上储存电压的大小. 不过由于下一条gate走线打开到关闭的时间很短,(以1024*768分辨率, 60Hz更新频率的面板来说. 一条gate走线打开的时间约为20us, 而显示画面更新的时间约为16ms, 所以相对而言, 影响有限.) 所以当下一条gate走线关闭, 回复到原先的电压, 则Cs储存电容的电压, 也会随之恢复到正常. 这也是为什么, 大多数的储存电容设计都是采用Cs on gate 的方式的原因. 至于common走线, 我们在这边也需要顺便介绍一下. 从图2中我们可以发现, 不管您采用怎样的储存电容架构, Clc的两端都是分别接到显示电极与common. 既然液晶是充满在上下两片玻璃之间, 而显示电极与TFT都是位在同一片玻璃上, 则common电极很明显