液晶显示器的工作原理

通过:杰夫泰森

一个尖锐的三维观察LCD面板。根据您查看它的方向,您可以看到三种不同的图像中的一个。查看更多HDTV图片
图片由夏普公司

您可能使用包含液晶液晶显示器) 每天。他们都在我们身边 - 进来笔记本电脑数字钟表手表微波炉CD播放机还有许多其他电子设备。LCD很常见,因为它们提供了其他展示技术的一些实际优势。乐动-软件它们更薄,更轻,比阴极射线管例如(CRT)。

但这些东西叫什么液晶呢?“液晶”这个名字听起来有点矛盾。我们认为晶体是像石英一样的固体物质,通常和岩石一样硬,而液体则明显不同。乐动体育网站5.0任何物质如何能将两者结合起来呢?

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我们在学校学习,有三种常见的物质状态:固体,液体或气态。固体采取行动方式,因为他们的分子总是保持定向并相对于彼此保持在相同位置。分子在液体正相反:它们可以改变方向,在液体中移动。但是有一些物质可以以一种奇怪的状态存在,既像液体又像固体。当它们处于这种状态时,它们的分子倾向于保持自己的方向,就像固体中的分子一样,但也会像液体中的分子一样移动到不同的位置。这意味着液晶既不是固体也不是液体。这就是为什么它们会有一个看似矛盾的名字。

那么,液晶是像固体,液体还是其他什么东西呢?事实证明,相比固体,液晶更接近于液态。把合适的物质从固体变成液晶需要相当多的热量,而把同样的液晶变成真正的液体只需要再多一点点的热量。乐动体育网站5.0这就解释了为什么液晶对温度以及为什么它们被用来制造温度计心情戒指。它也解释了为什么笔记本电脑展示可能在寒冷的天气或海滩的炎热日落起来。

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向甲型相液晶

大多数液晶分子是棒状的,并被广泛地分为热致或溶致两类。“width=
大多数液晶分子是棒状的,并被广泛地分为热致或溶致两类。
图片礼貌Oleg Lavrentovich,液晶研究所

正如有许多种类的固体和液体一样,也有各种各样的液晶物质。根据物质的温度和特定性质,液晶可以处于几种不同的相中的一种(见下文)。在本文中,我们将讨论液晶在向列相,使LCD成为可能的液晶。

液晶的一个特点是它们会受到电流。一种特殊的向列相液晶,叫做扭曲向列(TN),自然是扭曲的。根据电流的电压,将电流施加到这些液晶将使它们不变为不同程度。LCD使用这些液晶,因为它们可以以可控制的方式预测到电流通道。

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大多数液晶分子是棒状的,并被广泛地归类为两者之一向温的或者Lyotropic.

热致液晶会对温度或某些情况下的压力变化作出反应。溶致液晶用于制造肥皂和洗涤剂,其反应取决于与之混合的溶剂类型。热致液晶是两者之一各向同性或者迎接。关键的区别在于各向同性液晶物质中分子的排列是随机的,而向列分子的排列则有一定的顺序或模式。

分子在向列相中的取向是基于导演。导向物可以是任何东西,从磁场到有微小凹槽的表面。在向列相中,液晶可以根据分子自身相对于其他分子的方向进一步分类。净化的这种最常见的排列方式产生了分子层。近晶相有许多变化,例如近晶C,其中每一层的分子与前一层倾斜一定的角度。另一个常见的阶段是胆甾型乐动体育网站5.0,也被称为手性向列。在这个阶段,分子从一层稍微扭曲到另一层,导致螺旋的形成。

铁电液晶(FLCS)使用液晶物质在椎体晶体中具有手性分子的布置,因为这些分子的螺旋性质允许使FLC特别适合高级显示器的微秒切换响应时间。表面稳定铁电液晶(SSFLCs)通过使用玻璃板施加可控压力,抑制分子螺旋,使开关更加快速。

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创建液晶

(c) 乐动体育英超直播HowStuffWorks

制造液晶显示器不仅仅是简单地制造一层液晶。以下四个因素使液晶显示器成为可能:

  • 可以是极化的。(看太阳镜是如何工作的有关两极化的一些迷人信息!)
  • 液晶可以传递和改变偏振光。
  • 液晶的结构可以通过电流改变。
  • 有可以进行的透明物质

液晶显示器就是一种以一种令人惊讶的方式利用这四个事实的设备。

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要创建一个LCD,您需要两件极化玻璃。一种特殊的聚合物会在表面形成微小的沟槽,并在没有极化膜的玻璃一侧摩擦。沟槽必须与偏振膜的方向相同。然后添加一个向列相液晶的涂层到其中一个过滤器。凹槽将导致第一分子层与过滤器的方向对齐。然后加入第二块玻璃将胶片偏光成直角第一首。每一层TN分子都会逐渐扭曲,直到最上层与底部成90度角,与偏光玻璃滤光片相匹配。

当光撞击第一个过滤器时,它是极化的。然后,每个层中的分子引导它们接收到下一层的光。当光通过液晶层时,分子也改变光的振动平面以匹配它们自己的角度。当光到达液晶物质的远侧时,它以与分子的最终层相同的角度振动。如果最终层与第二偏振玻璃滤光器匹配,则光线将通过。

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如果我们申请电荷对于液晶分子,它们会松开。当它们变直时,它们会改变穿过它们的光线的角度,使其不再与顶部偏光滤光片的角度匹配。因此,没有光线可以通过液晶显示器的这个区域,这使得这个区域比周围的区域更暗。

建造一个简单的LCD比你想象的要容易。从上面描述的玻璃和液晶的夹层开始,在上面加上两个透明电极。例如,假设你想创建一个最简单的LCD,上面只有一个矩形电极。这些图层看起来是这样的:

完成这项工作所需的液晶显示器是非常基本的。它有一面镜子(一种)在后面,这使它成为反思。然后,我们加一块玻璃(B.),其底面为偏光膜,并有一个共同的电极平面(乐动体育网站5.0C)由氧化铟锡制成的顶部。公共电极平面覆盖LCD的整个区域。上面是液晶物质层(D.)。接下来是另一块玻璃(E.)电极,底部的矩形形状,在顶部,另一件偏振膜(乐动体育网站5.0F)乐动体育网站5.0,与第一个直角。

电极挂在电源上,如a电池。当没有电流时,光线进入液晶显示器的正面将简单地击中镜子并反弹回来。但当电池向电极提供电流时,位于公共平面电极和矩形电极之间的液晶就会松开,阻挡该区域的光通过。这使得液晶显示器将矩形显示为一个黑色区域。

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背光和反射

请注意,我们的简单LCD需要一个外部光源。液晶材料没有他们自己的。小而便宜的液晶显示器通常反光的,这意味着显示任何它们必须反射来自外部光源的光。看看LCD手表:数字出现在小电极充电的位置,使得层不受偏光,使得光不通过偏振膜。

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大多数计算机显示器都亮起内置荧光管上面,旁边,有时在后面。液晶屏后面的白色扩散面板将光线均匀地重新定向和散射,以确保均匀显示。在它穿过滤光器、液晶层和电极层的过程中,大量的光丢失了——通常超过一半!乐动体育网站5.0

在我们的示例中,我们具有一个公共电极平面和一个电极杆,其控制哪个液晶响应电荷。如果您拍摄包含单个电极并添加更多的图层并开始构建更复杂的显示器。

普通平面基于平面的LCD适用于需要一遍又一遍地显示相同信息的简单显示。手表和微波定时器属于此类别。尽管先前所示的六角形条形是这种装置中最常见的电极布置形式,但几乎可以任何形状。乐动体育网站5.0看看一些廉价的手持游戏:扑克牌,外星人、鱼和老虎机只是你们会看到的一些电极形状。

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无源和有源矩阵

无源矩阵LCDS使用简单的网格将充电提供给显示屏上的特定像素。创建网格是一个很好的过程!它始于两个玻璃层基板。一个衬底是由透明导电材料制成的列,另一个衬底是由透明导电材料制成的列。这通常是铟锡氧化物。行或列是相连的集成电路当一个电荷被发送到特定的列或行时的控制。液晶材料夹在两个玻璃基板之间,并在每个基板的外侧添加偏光膜。乐动体育网站5.0为了打开一个像素,集成电路将电荷送入一个基板的正确列,然后在另一个基板的正确行上激活地面。行和列相交在指定的像素处,并将电压输送到该像素处的液晶。乐动体育网站5.0

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无源矩阵系统的简单性很美,但它具有显着的缺点,值得注意的是响应时间慢不精确的电压控制。响应时间是指LCD刷新所显示图像的能力。在被动矩阵LCD中观察慢响应时间的最简单方法是移动鼠标快速地从屏幕的一边指向另一边。你会注意到指针后面有一系列的“幽灵”。不精确的电压控制会阻碍被动矩阵只影响一个的能力像素一次。当将电压施加到一个像素时,它周围的像素也部分地解开,这使得图像显得模糊和缺乏相反。

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主动矩阵LCD取决于薄膜晶体管(TFT)。基本上,TFT是微小的开关晶体管和电容器。它们布置在玻璃基板上的基质中。为了解决特定像素,打开正确的行,然后将充电发送到正确的列。乐动体育网站5.0由于列交叉的所有其他行被关闭,因此仅当指定像素处的电容器接收充电。电容器能够保持电荷,直到下一个刷新周期。如果我们仔细控制所提供给晶体的电压量,我们只能使其足够不足以允许一些光线。

通过非常精确地,非常小的增量,液晶显示器可以创建一个灰度。今天大多数显示器提供256级亮度每像素。

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彩色液晶显示器

可以显示颜色的LCD必须具有三个亚像素用红色,绿色和蓝色滤色器来创建每个颜色像素。

通过仔细控制和施加电压的变化,每个子像素的强度都可以范围内256年阴影。组合子像素产生一个可能的调色板1680万种颜色(256个红色阴影x 256个绿色阴影x 256个蓝色阴影),如下图所示。乐动体育网站5.0这些彩色显示器需要大量的晶体管。例如,一个典型的膝上型乐动体育网站5.0计算机支持决议1024 x768。如果我们把1024列乘以768行再乘以3个亚像素,我们就得到2359296个晶体管蚀刻在玻璃上!如果这些晶体管有任何问题,它就会在显示屏上产生一个“坏像素”。大多数活动矩阵显示器都有一些分散在屏幕上的坏像素。

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LCD技乐动-软件术在不断发展。今天的液晶显示器采用了多种液晶技术的变种,包括超级扭曲向列(STN)、双扫描扭曲向列(DSTN)、铁电液晶(F乐动-软件LC)和表面稳定铁电液晶(SSFLC)。

显示屏尺寸被制造商面临的质量控制问题所限制。简单地说,为了增加显示器的尺寸,制造商必须增加更多的像素和晶体管。随着像素和晶体管数量的增加,它们也增加了在显示器中包含坏晶体管的可能性。现有大型液晶显示器的制造商通常会拒绝生产装配线上大约40%的面板。拒收率的高低直接影响到液晶显示器的价格,因为好的液晶显示器的销售必须覆盖好和坏的液晶显示器的生产成本。只有在制造技术上的进步,才能让人们买得起更大尺寸的显示器。

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