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1、1 / 12液晶基本原理液晶显示器(Liquid Crystal Display,简称LCD)就是使用了“液晶”(Liquid Crystal)作为材料的显示器.其实,液晶是一种 介于固态和液态之间的物质,当被加热时,它会呈现透明的液态,而冷却的时候又会结晶成混乱的固态,而热致型液晶则不一样, 当其固态受热后, 并不会直接变成液态, 会先溶解形成液晶态. 当持续加热时, 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.液晶是具有规则性分子排列的有机化合物.液晶按照分子结构排列的不同分为四种: 类似粘土状的层 状Smectic液晶、类似细火柴棒的线状Nematic液晶、类似胆固醇状
2、的胆固醇 Cholestic液晶以及类似碟状的碟状Disk液晶。 这四种液晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是层状液晶。热致型液晶分布液晶种类2 / 12LCD基本结构底偏光片面偏光片下玻璃基片上玻璃基片PI定向层框胶、导电胶液晶分子PI定向层玻璃粉ITO电极主要部分: 玻璃、PI膜、液晶、导通材料、偏光片、框胶、间隙子 玻璃: ITO玻璃,ITO起电极作用 TOP膜: 起保护电极作用,位于ITO与PI膜之间 PI膜: 配向膜,使液晶分子按一定方向排列 间隙子: Spacer有LCD內部间隙子、框胶內部间隙子、导电间隙子 LCD內部间隙子:起支撑上下片玻璃作用,为朔胶或玻璃材料,圆柱状
3、框胶: 起密封作用 导通材料: 有碳胶、银胶、导电间隙子,起导通上下片电极作用 偏光片: 利用光柵作用,使光源沿某一个方向前进,有反射、半透、全透等类型 封口胶: 属UV胶，灌液后起封口作用3 / 12LCD屏结构TFT型工作原理4 / 12TFT型工作原理偏光板 Polarizer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.而 偏光板(如图1)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 光板对着光源看,会感觉
4、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.当旋转两片偏 光板的相对角度,会发现随着相对角度的不同,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.(如图2)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.偏光板的光透过图（1）偏光板的工作原理（2）5 / 12TFT型工作原理偏光板 PolarizerTN型LCD的结构（3）(如图3)上下两层玻璃主要起到夹住液晶的作用.在下面 的那
5、层玻璃中有薄膜晶体管, 而上面的那层玻璃则贴有 彩色滤光片(Color filter). 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,会沿着沟槽排列. 如此一来, 液晶分子的排列才会整齐. 因为如果是光滑 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.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), 然后再用布去做磨擦的动作,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,它的作用就像玻璃
6、的 凹槽一样, 提供液晶分子呈均匀排列的接口条件, 让液 晶依照预定的顺序排列.6 / 12TN型LCD的工作原理（4）(如图4)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.对于 TN型的液晶来说,上下的配向膜的角度差恰为90度. 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, 由于液晶分子总共 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. 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
7、 加电压时,由于TN型液晶多为介电系数异方性为正 型的液晶(/,代表着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于电场方向.), 所 以液晶分子的排列都变成站立着的.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. TFT型工作原理偏光板 Polarizer光源光源7 / 12Normally white与Normally blackTN型LCD的Normally white与Normally black结构（5）所谓的NW(Normally white)是指当我们对液晶面板不施 加电压时
8、,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,就称之为NB(Normally black). 另外从图5我们 可以知道,对TN型的LCD而言, 位于上下玻璃的配向膜都 是互相垂直的, 而NB与NW的差别就只在于偏光板的相对 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, 光线会因为液晶旋转90 度的极性而无法透光.由于不同的应用环境,派生了NW与 NB这两种不同的偏光板配置；一般应用于台式计算机或 是笔记本,大多为NW的配置.因为
9、, 一般计算机软件的使 用环境,整个屏幕大多是亮点,也就是说计算机软件多为 白底黑字的应用.既然亮着的点占大多数,因此使用NW比 较方便.也因为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的应用环境就大多属于显示屏为黑 底的. TFT型工作原理8 / 12背光板 Back light TFT LCD的切面结构图（6）一般的CRT屏幕,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, 进而产生亮光,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,来提供一个亮度,而且亮度分布均匀的 光源.我们在(
10、图6)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,通过导光板,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.最后通过 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则通过电压控制 液晶的转动,控制通过光线的亮度, 进而形成不同的 灰阶. TFT型工作原理9 / 12背光板在液晶电视机中的作用背光板也称Inverter板即逆变器板,它的作用是将一个直流电压转变为多个交流电压,作为液晶屏灯 管的工作电
11、压,它的输入、输出连接框图如下图.背光板有三个输入信号, 分别是供电电压、开机使能信 号、亮度控制信号,其中供电电压由电源板提供,一般为直流24V（个别小屏幕为12V）;开机使能信号ENA 即开机控制电平由数字板提供，高电平3V时背光板工作，低电平0V时背光板不工作;亮度控制信号DIM由 数字板提供，它是一个0-3V的模拟直流电压，改变这它可以改变背光板输出交流电压的高低，从而改变 灯管亮度.背光板有多个交流输出电压，一般为AC 800V，每个交流电压供给一个灯管。TFT型工作原理10 / 12TFT型工作原理背光板工作原理方框图背光板电路由输入接口电路、PWM控制电路、MOS管导通与直流变换电路、LC振 荡及高压输出回路、取样反馈电路等几部分组成，其工作原理方框图如下：11 / 12框胶与spacerTFT LCD的切面结构图（6）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,是围绕于面板四周,将液晶分子框限于 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. TFT型工作原理
