1.液晶显示器的工作原理

液晶是一种介于固体与液体之间（当加热时液态，冷却时就结晶为固态）、具有规则性分子排列的有机化合物，本身不发光。

液体分子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（或扇形的），它们的分子指向就可能有规律性。于是，就可以将液态又细分为许多形态。分子方向没有规律性的液体可直接称为液体，而分子具有方向性的液体则称之为液态晶体（Liquid Crystal），简称液晶。液晶性物质的固体态、液晶态、液体态之间随温度变化而发生状态转换的关系如图5-1所示。

图5-1 液晶性物质随温度变化而发生状态转换

液晶显示器的工作原理就是利用液晶的物理特性（即液晶分子的排列在电场作用下发生变化，通电时排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过），将液晶置于两片导电玻璃基板之间，靠两个透明电极间电场的驱动引起液晶分子扭曲向列的电场效应，在电源接通断开控制下影响其液晶单元的透光率或反射率，从而控制光源透射或遮蔽功能，依此原理控制每个像素，产生具有不同灰度层次及颜色的图像。

液晶电视屏幕由超过200万个红、绿、蓝三色液晶显示单元组成，液晶显示单元在极低的电压驱动下被激活，此时位于液晶屏后的背光灯发出的光束从液晶屏通过，产生1024×768点阵（点距为0.297mm）、分辨力极高的图像。同时，先进的电子控制技术使液晶显示单元产生1677万种颜色变化（红256×绿256×蓝256），还原真实的亮度、色彩度，再现自然纯真的画面。液晶显像从根本上改变了传统彩电以“行”为基础的模拟扫描方式，实现了以“点”为基础的数字显示技术。

2.实际的彩色液晶显示单元结构

彩色液晶显示单元的结构如图5-2所示，它背部设有光源，照亮屏幕。中间有以下一些零件。

（1）偏光板：控制光的进出。

（2）玻璃基片：终止电极的电场。

（3）透明电极：这些电极驱动LCD。为了不干扰图像的完整性，要用高度透明的材料。

（4）调节层：用膜片将分子调节到一个固定的方向。

（5）液晶。

（6）垫片：使玻璃板之间有均匀的空间。

（7）滤色器：彩色是通过R、G、B滤色器显示出来的。滤色器的作用是吸收某些波长的光，让某些波长的光通过。

图中R、G、B三色的色滤波器集中放在玻璃基板上，依次排好。每个像素由三种颜色的单元（或叫次像素成分）组成。当光通过放在前面的玻璃基板上的一个彩色滤色系统时就可获得彩色。靠给每个单元供给能量来改变其强度，就可以控制传送到彩色滤色系统和观看者的光强。用这种方法可得到全色，每种颜色都是由三个不同的点混合而成的。这意味着分辨力为1280×1024的LCD屏，准确地说有3840×1024个像素成分存在。

图5-2 彩色液晶显示单元的结构(www.daowen.com)

图5-3所示为液晶平板电视机显示屏的结构示意图。

3.液晶显示器的驱动方法

CRT采用的是扫描方法，一行中连续扫描，一帧中一行接一行地扫描。在平板显示中不能用CRT中采用的扫描方法，它采用矩阵驱动方法。

图5-3 液晶平板电视机显示屏的结构示意图

LCD像素驱动有两种方法：无源矩阵显示和有源矩阵显示。无源矩阵显示和有源矩阵显示有明显的不同。无源矩阵显示主要应用在计算器、手表中；有源矩阵显示器比相应的无源矩阵显示器价格贵一倍，有源矩阵显示可产生很漂亮、很明亮的图像，没有回波，可以和CRT的质量相媲美。液晶平板电视机采用TFT LCD技术，在扫描电极和信号电极的交叉处，安装透明的薄膜晶体管（TFT）开关与液晶像素串联，使液晶电极之间的交叉效应减少，使液晶像素的阈值特性变陡。

图5-4所示为薄膜场效应晶体管驱动的有源矩阵液晶的一个像素的示意图。图中，x_i为第i个扫描电极；y_j为第j个信号电极；BK为背电极；V为x_i和y_j交叉处的开关晶体管：C为液晶像素电容，用来储存模拟信号的一个像素；R为液晶像素的绝缘电阻，其阻值很大，可以视为开路。

每一个像素配置一个开关晶体管，晶体管导通、截止状态接近理想开关。因此各个像素之间的寻址完全独立，从而消除了液晶像素之间的交叉串扰，大大改善了液晶显示图像的对比度和清晰度。当晶体管选“导通”时它可以让充电电流通过它，选“断开”时，它阻止或至少是限制充电电流通过。假如把液晶比做百叶窗，光线通过液晶就像通过百叶窗一样，TFT就是控制百叶窗的开关。

图5-5所示为薄膜晶体管（TFT）有源矩阵显示的结构。行和列交叉隔离，薄膜晶体管和透明的像素电极都是用金属板印刷技术放在一个玻璃板上的。另一个板含有相反的电极。采用这种技术，即使扫描脉冲当时不在这个像素上，这个像素仍然有一个稳定的驱动电压。

图5-4 薄膜场效应晶体管驱动的有源矩阵液晶的一个像素的示意图

图5-5 薄膜晶体管（TFT）有源矩阵显示的结构

液晶显示器内部主要由液晶显示模块与液晶控制模块两大部分组成，如图5-6所示。LCD显示模块将行驱动集成电路、列驱动集成电路、电源电路和液晶板制作为一体；液晶控制模块一般都集成了输入输出电路、刷新/存储电路以及控制电路。

【知识链接】

组成液晶电视显示屏的液状晶体有三种：红、绿、蓝，叫做三基色，它们按照一定的顺序排列，通过电压来刺激这些液状晶体，就可以呈现出不同的颜色，不同比例的搭配可以呈现出千变万化的色彩。因此，精确到“点”的液晶电视比“逐行扫描”的普通电视又高出了一个层次。液晶电视高清晰、高亮度、宽视角、影像逼真、画质细腻而富立体感是液晶电视带给观者的第一印象；而轻薄、省电、无闪烁、无辐射亦是液晶电视傲视传统CRT电视的突出特点。

图5-6 LCD屏原理框图