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液晶（Liquid Crystal）是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物,。液晶按照分子結(jié)構(gòu)排列的不同分為三種：類似黏土狀的Smectic液晶,、類似細(xì)火柴棒的Nematic液晶、類似膽固醇狀的Cholestic液晶,。用于液晶顯示器的是第二類的Nematic液晶,，采用此類液晶制造的液晶顯示器被稱為LCD（Liquid Crystal Display）。

一,、LCD的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

LCD器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

圖1 LCD的基本結(jié)構(gòu)

由于液晶的四壁效應(yīng)，在定向膜的作用下,，液晶分子在正,、背玻璃電極上呈水平排列，但排列方向互為正交,，而玻璃間的分子呈連續(xù)扭轉(zhuǎn)過渡,，這樣的構(gòu)造能使液晶對(duì)光產(chǎn)生旋光作用，使光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°,。

圖2顯示了液晶顯示器的工作過程,。

圖2 液晶顯示工作原理

當(dāng)外部光線通過上偏振片后形成偏振光，其偏振方向成垂直方向,。這種偏振光通過液晶材料之后,，被旋轉(zhuǎn)90。,，使偏振方向成水平方向,，此方向與下偏振片的偏振方向正好一致，因此此光線能完全穿過下偏振片而到達(dá)反射板,，經(jīng)反射后能沿原路返回,，從而呈現(xiàn)出透明狀態(tài)。如果在液晶盒的上,、下電極加上一定的電壓,，則電極部分的液晶分子轉(zhuǎn)成垂直排列，從而失去旋光性,。因此,，從上偏振片入射的偏振光不被旋轉(zhuǎn)，這種偏振光到達(dá)下偏振片時(shí)，其偏振方向與下偏振片的偏振方向垂直,，從而被下偏振片吸收,，而無法到達(dá)反射板形成反射，所以呈現(xiàn)出黑色,。由此,，我們可根據(jù)需要將電極做成各種文字、數(shù)字或點(diǎn)陣,，就可獲得所需的各種顯示,。

LCD是基于液晶電光效應(yīng)的顯示器件，它包括段顯示方式的字符段顯示器件,，矩陣顯示方式的字符,、圖形、圖像顯示器件,，矩陣顯示方式的大屏幕液晶投影電視液晶屏等,。液晶顯示器的原理是利用液晶的物理特性，在通電時(shí)導(dǎo)通,，使液晶排列變得有秩序,，從而使光線容易通過；不通電時(shí),，排列則變得混亂,，而阻止光線通過。LCD就是利用此原理來制成的,。

二,、液晶顯示器的類型及比較

（1）液晶顯示器的分類。

①按使用范圍分為兩種,。

·筆記本電腦液晶顯示器（Notebook LCD）,，是目前我國最為常見的液晶顯示器產(chǎn)品，它與筆記本電腦的其他部分連為一體,，以其輕便和小巧給使用者帶來了方便,。

·桌面計(jì)算機(jī)液晶顯示器（Desktop LCD），是CRT傳統(tǒng)顯示器的替代產(chǎn)品,。

②按物理結(jié)構(gòu)分為四種,。

·扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）,；

·超扭曲向列型（Super TN,，STN）；

·雙層超扭曲向列型（DualScan Tortuosity Nomograph,，DSTN）,；

·薄膜晶體管型（Thin Film Transistor,，TFT）。

前三種類型在名稱上只有細(xì)微的差別,，說明它們的顯示原理具有許多共性,，不同之處是液晶分子的扭曲角度各異。其中,，DSTN可以算是這三種的“杰出”代表,，由這種液晶體所構(gòu)成的液晶顯示器對(duì)比度和亮度仍比較差,、可視角度較小,、色彩也欠豐富，而它的結(jié)構(gòu)簡單,、價(jià)格低廉,，因此還占有著一定的市場。第四種TFT是現(xiàn)在最為常用的類型,。

（2）幾種液晶顯示器的比較,。TN、STN,、TFT三種類型液晶顯示器的比較如表1所示,。

TFT是指液晶顯示器上的每個(gè)液晶像素點(diǎn)都由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)。TFT液晶顯示器具有屏幕反應(yīng)速度快,、對(duì)比度好,、亮度高、可視角度大,、色彩豐富等特點(diǎn),，比其他三種類型更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)還克服了DSTN液晶顯示器固有的一些缺點(diǎn)，確實(shí)可以算是當(dāng)前液晶顯示器的主流設(shè)備,。因此,，目前已廣泛應(yīng)用于監(jiān)視器、筆記本電腦,、可視門鈴,、汽車VCD、可視電話,、數(shù)碼相機(jī),、安全監(jiān)控等產(chǎn)品中。

新型的TFT液晶顯示器與TN型的結(jié)構(gòu)基本上相同,，同樣采用兩夾層間填充液晶分子的設(shè)計(jì),，只不過把TN上部夾層的電極改為FET晶體管，而下層改為共同電極,。但兩者的工作原理還是有一定的差別的,。

在光源設(shè)計(jì)上，TFT的顯示采用“背透式”照射方式,，即假想的光源路徑不是像TN液晶那樣從上至下,，而是從下向上，即在液晶的背部設(shè)置類似日光燈的光管,。光源照射時(shí)先通過下偏光板向上透出,，并借助液晶分子來傳導(dǎo)光線，由于上下夾層的電極改成FET電極和共同電極,，在FET電極導(dǎo)通時(shí),，液晶分子的表現(xiàn)如TN液晶的排列狀態(tài)一樣會(huì)發(fā)生改變，它也是通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的的,。其不同的是,，因FET晶體管具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài),，先前透光的液晶分子會(huì)一直保持這種狀態(tài),，直到FET電極下一次再加電時(shí)才改變其排列方式。而TN就沒有這個(gè)特性,，液晶分子一但沒有施壓,，就立即返回原始狀態(tài)。這就是TFT液晶和TN液晶顯示的最大不同之處,，也是TFT液晶的優(yōu)越之處,。

三、大尺寸TFT液晶顯示屏

大尺寸TFT LCD顯示屏的每個(gè)像素都是由紅,、綠,、藍(lán)三個(gè)基本光點(diǎn)組成的,，這與CRT顯示器熒光屏涂紅、綠,、藍(lán)熒光粉的原理是一樣的,。每個(gè)顏色光點(diǎn)由若干比特的數(shù)字信號(hào)控制，其比特?cái)?shù)的多少與屏的分辨率有關(guān),。數(shù)字信號(hào)控制的是每色點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度,，紅、綠,、藍(lán)就組成不同的色彩,。對(duì)于一個(gè)800x600的屏就有480000個(gè)像素。一個(gè)800x600分辨率的液晶屏的結(jié)構(gòu),，如圖3所示,。

圖3 800x600液晶屏的結(jié)構(gòu)

大尺寸液晶顯示屏是由屏,、矩陣電路和背光源組成的,，一般矩陣電路是圍在屏的四周，但也有電路在屏的背后,，這種屏就不適宜去掉背光源用于投影,。屏的后面是散射膜，再后面是反射膜,，在散射膜與反射膜之間的上部,，是細(xì)長的冷陰極熒光管。反射膜的作用是增加光效率,，散射膜的作用是使光能均勻透過,，使正面觀看時(shí)整個(gè)液晶屏亮度均勻。15英寸以上的屏用到2根,、4根,，甚至6根冷陰極熒光管（目前，新的液晶顯示器的背光源已改為白光LED燈）,。

如果將液晶屏用于投影,，則要將背光源拆掉，并且屏的結(jié)構(gòu)還要合適才行,。一般,，日立的所有屏結(jié)構(gòu)都適宜做投影，而東芝,、夏普,、三星、愛普生的屏有的行,，有的不行,。

液晶屏的顯示也同傳統(tǒng)的CRT一樣是一行一行和一場一場地掃描的,，但它是逐行掃描。液晶屏靠有源矩陣電路來選通一個(gè)個(gè)像素,，所以除了行同步信號(hào)和場同步信號(hào)外,，還需要一個(gè)像素時(shí)鐘，把每個(gè)像素所需要的數(shù)字色彩信息施加上,。

液晶屏控制驅(qū)動(dòng)電路就是將模擬的圖像信號(hào)數(shù)字化,，選通屏上的對(duì)應(yīng)像素，用數(shù)字信號(hào)控制像素的亮度和色彩,，顯示完整和連續(xù)的圖像,。一個(gè)液晶屏的像素?cái)?shù)是由其物理結(jié)構(gòu)決定的，是固定不變的,，這也就決定了液晶屏的最大分辨率,。如一個(gè)分辨率為800x600的屏，可以顯示640x480的圖像,，但不能滿屏顯示,，如果要顯示1024x768的圖像，則只能顯示一部分,，所以一個(gè)液晶屏的最大分辨率也是其最佳分辨率,。控制電路的一個(gè)重要作用就是對(duì)輸入的圖像信號(hào)進(jìn)行識(shí)別,，如果不符合液晶屏最佳分辨率的,，就要進(jìn)行再加工，使圖像能在最佳分辨率下完整顯示,。液晶屏控制驅(qū)動(dòng)電路都有微處理器進(jìn)行控制,。圖4所示為液晶屏控制驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖4 液晶屏控制驅(qū)動(dòng)電路

液晶屏顯示發(fā)光靠屏后的一根或兩根冷陰極熒光管作為光源,，通過散射膜使光均勻照射在屏的背后,。冷陰極熒光管需要背光電源點(diǎn)亮，背光電源實(shí)際上就是一個(gè)小型逆變器,，它產(chǎn)生熒光管所需要1000V左右,、30~60kHz的高壓脈沖。

三星公司推出了兩款大型LCD顯示器：第一款顯示器Sync Master 403 TN是一款40英寸LCD監(jiān)視器,，其顯示分辨率為1280x768,，水平和垂直視角分別為170°，亮度500cd/m2,，對(duì)比度600:1,，具有以太網(wǎng)連接，安裝了三星的MagicNet軟件,，該軟件允許用戶同時(shí)控制多臺(tái)顯示器,，并由一臺(tái)計(jì)算機(jī)向多部顯示器提供信號(hào),；第二款顯示器SyncMaster460P是三星面向商用推出的最大顯示器，規(guī)格為46英寸,，其分辨率1366x768,，對(duì)比度800：1，亮度500cd/m2,，響應(yīng)時(shí)間8mso這兩款顯示器提供多種接口,，包括復(fù)合視頻、S視頻,、HDTV組合視頻,，以及PC的RGB模擬和數(shù)字接口等。

此外,，還可用LCD液晶拼接大屏幕墻,，這種“數(shù)字液晶拼接墻”由多個(gè)專業(yè)液晶屏作為顯示單元，以矩陣排列（如2x2,、3x3,、4x4及更大的自由無限拼接）組成的一個(gè)大屏幕顯示屏；每個(gè)子屏幕顯示大圖像的一部分,，共同顯示一個(gè)大的圖像,，也可分屏顯示不同圖像。

大屏幕顯示墻由三大部分組成,，即拼接顯示墻、多屏拼接處理器和信號(hào)源,。其中多屏拼接處理器是關(guān)鍵技術(shù)的核心,，支持不同像素的圖像在大屏顯示墻上顯示，以及在大屏顯示墻上任意開窗口,、窗口放大縮小,、跨屏漫游顯示。

液晶拼接顯示屏,，除了拼接數(shù)量任意選擇外,，屏幕組合方式亦有多種選擇，可滿足不同使用場所的需要,。大屏幕拼接畫面宏大,、視覺沖擊強(qiáng)烈，具有很好的展示,、演示,、廣告、宣傳的效果,。并且安裝簡便,、不受空間限制,，廣泛應(yīng)用于視頻監(jiān)控、電信,、公共事業(yè),、過程處理、交通控制,，以及國防,、舞臺(tái)娛樂、電視演播廳,、股票證券,、大型會(huì)展、商場,、銀行,、辦公大廳、公司迎客屏,、專賣店,、調(diào)度指揮等。

四,、液晶顯示器的優(yōu)缺點(diǎn)

（1）相對(duì)CRT顯示器來說,，液晶顯示器具有以下的優(yōu)點(diǎn)。

·工作電壓低,、功耗?。?/span>

·沒有絲毫輻射,、對(duì)人體健康無損害,；

·完全平面、又薄又輕,，LCD同尺寸比純平CRT可視面積大,；

·顯示字符銳利、畫面穩(wěn)定無閃爍,、環(huán)保護(hù)眼,；

·精確還原圖像，無失真,，屏幕邊沿圖像清晰度與屏幕中心相同,；

·屏幕調(diào)節(jié)方便；

·抗干擾能力比CRT強(qiáng),；

·壽命長,，至少可達(dá)5萬小時(shí)以上；

·可達(dá)到高清晰度電視200萬像素的顯示格式,。

（2）LCD的缺點(diǎn)如下,。

·需靠背光源發(fā)光,、亮度和對(duì)比度低；

·可視角度小,、最多達(dá)140°,；

·對(duì)輸入信號(hào)響應(yīng)速度偏慢、一般在40ms左右,；

·大部分低價(jià)LCD采用模擬接口,、數(shù)字接口尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：

·與CRT相比價(jià)格偏高；

·出現(xiàn)壞點(diǎn)無法維修,。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與提高,，現(xiàn)在最新的TFT-LCD顯示器，在克服這些缺點(diǎn)方面己有了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步,。當(dāng)前,，LCD已經(jīng)成為平板顯示領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)，其產(chǎn)品從直視的超小型頭盔顯示（Head Mount）到40英寸的高清晰度（HDTV）LCD顯示,。目前,，LCD顯示已基本取代CRT而得到更廣泛的應(yīng)用。

由于液晶是一種自身不能發(fā)光的物質(zhì),，需借助背光源才能工作,，這一物理特性是無法改變的，因此液晶技術(shù)的“進(jìn)化”自然需要從背光系統(tǒng)下手,。液晶技術(shù)的背光系統(tǒng)主要經(jīng)歷了冷陰極熒光燈管（Cold Cathode Fluorescent Lamp,，CCFL）和白色發(fā)光二極管（White Light Emitting Diode.WLED）兩個(gè)階段，目前量子點(diǎn)發(fā)光二極管（Quantum DotsLight Emitting Diode,，QD-LED或QLED）背光極有可能是繼CCFL背光和WLED背光之后,，液晶發(fā)展史上的最后一次革命。因此有人稱,，量子點(diǎn)QLED技術(shù)，將會(huì)把液晶技術(shù)進(jìn)化至“完美的終極形態(tài)”,，詳情可參見后面介紹QLED的文章,。