薄薄的液晶显示器是若何显示各类图案？带你理解液晶显示事理

平板显示屏

想要知道屏幕的显示事理，我们还得从以下开始理解

一.什么是液晶

我们从自然界中常见的的物质三态——固态、液态、气态提及。
在常日状况下，物质呈现三态的缘故原由可以从微不雅观构造去认识它，例如我们看到的固体如食盐晶体等，有一定的形状和体积。

晶体原子构造

因它的分子在特定方向按固有规则排列紧密而整洁，平衡位置相对固定，只能在小范围内振动，且各向异性；液体如水，其分子间间隔较大，平衡位置随时改变，活动范围较广，分子取向没有规则，宏不雅观上表现为无一定形状，但有一定体积，具有流动性；而气体既无一定形状，也无一定体积，其分子可自由运动。

流动的液体

物质天下中还存在着介于固态和液态之间的物质。
它便是液晶。
19世纪末奥地利植物学家赖尼策尔在研究一种叫做“胆甾醇苯甲酸酯”的有机物时，创造它被加热到145.5℃时，熔化成一种浑浊的液体，在178.5℃溘然全部变成透明液体。
当冷却时，呈现出蓝紫色，不久后即自行消逝，再次呈现混浊状液体，连续冷却，再次涌现蓝紫色，然后固化成白色的晶体。
面对这样的征象赖尼策尔无法阐明，于是他将样品及不雅观察记录寄给德国物理学家勒曼。
勒曼研究后认为这是流动的晶体，并给这种形态的物质取名为“液晶”。
现在已创造几千种有机化合物具有液晶态，它是介于固态与液态之间的中间态。
与液体分子模型比较较，液晶分子没有位置序，但有取向序即分子取向十分同等

不同物质状态分子构造

几种液晶分子构造

综合而言，所谓液晶，是指其形状像液体，而其微不雅观构造和光学性子又完备类似于晶体的一类物质。
那么它又是如何在显示器中发挥浸染的呢？

我们先从大略运用的来理解

二.液晶的黑白态显示事理

人们已经创造液晶具有许多性子和效应，如电光效应、热光效应、光电效应、超声效应和理化效应等液晶显示紧张利用液晶的电光效应所谓“电光效应”是指在电场的浸染下，液晶光学性子的变革。
下面先容液晶如何在显示屏中发挥浸染，首先，液晶必须装在由玻璃构成的液晶盒内

液晶盒及内部晶体

上图是液晶盒的构造示意图。
两块标准的平面平行度极好的平板玻璃，称为玻璃板。
在高下玻璃板的外侧装有偏振膜，或称偏振片，偏振片的浸染便是让与偏振片的方向平行的光波通过，只有光波振动方向与偏振片的缝同等的光才能通过，因此可以将具有光源中具有各个取向的光波过滤为单一取向的光波。
由于高下两个偏振光片相互垂直，通过第一片偏振片的光波想要通过第二片偏振片光波须要旋转90才行，于是就到了液晶发挥它的旋光浸染，通过在液晶的高下两边加上不同的电场来改变内部液晶的行为。
为了给液晶加电场，要在玻璃板的表里面装上二氧化锡透明电极，电极的形状可根据显示的须要设计成各种形状，为了使液晶分子能连续扭曲成90，要对液晶盒表里面做沿面排列处理，这样一个液晶盒就完成了。
末了在液晶盒内填入添加了旋光物质的液晶，四周再用胶框粘接，液晶盒就成为液晶显示器了。
由于内部的液晶分子具有旋光性，可将通过偏振光的光波方向旋转90，再通过下部的偏振片，于是我们便瞥见了光亮的背景。
当我们在液晶两边外加电场，在电场的浸染下，液晶肃清了原来的扭曲状态，液晶分子有序排成一个平面，与高下电极面相互垂直。
入射偏振光的振动方向在穿过液晶时保持原来的状态不变，即入射光的振动方向与下偏振片的偏振化方向垂直，入射光将被接管，因而没有光被反射回来，也就看不到反射板，于是电极部位呈暗态，与不加电场的情景恰好相反。

在黑白液晶的实际利用中，常用的是七段数字显示办法，如图所示。

七段数字显示器

变革的数字显示

数字的笔画由相互分离的七段透明电极组成，并使每个电极与译码电路连接，这样译码电路的状态就可以通过七段显示器用阿拉伯透明电极引线数字显示出来这种显示都有一段相对稳定的韶光，故称静态显示。

显示的办法有正显示与负显示。
当电极间加上一定电压后，有电压的那几段就会变为暗态，从而显示出一组白底黑字的数字，这种显示叫正显示，常日用的液晶电子腕表，袖珍打算器均为正显示型数字显示器。
如果使两偏振片的偏振化方向平行，则不加电压时，入射光被接管，我们得到的是玄色背景。
在须要显示数字的电极上加上电压，则偏振光能够通过液晶，并被反射回来，于是我们可以看到白色的数字呈现在黑背景上，形成黑底白字的负显示型数字显示器。
同样，根据实际须要，风雅地制作各种各样的电极，还可实现对笔墨，符号以及图像的液晶显示。

三.液晶的动态黑白动态显示事理

动态显示常采取点阵式矩阵显示办法。
将电极做成平行状，并使上玻璃片的电极和下玻璃片的电极成立体正交构造。
这样相互交叉的部分便是点阵式像元，如图中用小方块表示。
当x方向的电极和y方向的电极条数都为n时，用2n个电极就可以构成n个像元。
当像元的面积越小，单位面积内数量越多，显示的图像就越细腻。

液晶像元

当x方向的电极从上到下按韶光顺序逐行扫描，y方向的电极按显示旗子暗记加上选与非选的旗子暗记，那么所有选通点都呈亮态，别的呈暗态。
由于x方向电极的扫描速率很快，以是选通点将不断变革，由于韶光间隔很小，利用视觉暂留，可以使不雅观察者看到一幅完全的画面。
逐行扫描的过程与阴极射线显像管的行扫描过程十分类似，当x方向的电极由上而下逐行扫描次，完成一帧这样不断地扫描，同时给列电极加上选或非选的旗子暗记就实现了所有像元的显示功能。
如果在行电极完成的n帧扫描期间，列电极不断地重复每帧期间的选择旗子暗记波形，就可以在显示屏上得到一幅静态的画面。
如果列电极的选择旗子暗记波形一帧与一帧不同，这样就形成了动态的画面。
下图便是通过电极的快速扫描显示的出绚丽的黑白动画

动态黑白显示照片

以上便是黑白液晶显示器的显示事理，利用液晶旋光性来掌握光芒是否通过来改变明暗从而形成图案。

四.彩色液晶屏的显示事理

彩色液晶显示与黑白显示的事理类似，但是构造稍有变革，掌握电路增多，拥有更多的像素点，每个像素点都由一个晶体管独立掌握。
彩色显示器所用光源一样平常置于屏幕内部，光源从内到外穿过液晶形成光亮的图案。

下面我们就来大略讲解TFT—LCD液晶屏的构造及显示事理。

TFT—LCD液晶屏的构造

TFT—LCD液晶屏在构造上由里到外紧张由背光源、偏光片、透明电极（掌握电路）、液晶、彩色滤光片、偏光片所构成。

LCD显示器构造

液晶的光学效果

液晶包含在两个槽状表面中间，且槽的方向相互垂直，如下图所示，高下表面偏振片偏振方向相互垂直，液晶分子的排列为：上表面为纵向，下表面为横向，介于高下表面中间的分子产生旋转的效应，因此，液晶分子在两槽状表面间产生90的旋转。

当线性偏振光射入上层槽状表面时，此光芒随着液晶分子的旋转也产生旋转；当线性偏振光射出下层槽状表面时，此光芒已经产生了90的旋转。
当在高下表面之间加电压时，液晶分子会顺着电场方向排列，形成直立排列的征象。
此时入射光芒不受液晶分子影响，直线无法射出下表面。
不同电压值，决定液晶偏转的角度。

那么屏幕一样平常是内部LED作为光源，发射出白色的光芒，那么我们知道白光是由多种不同频率光波组合而成光波。
那么我们可以通过滤光膜得到我们想要的颜色。
虽然每一种颜色的可见光的波长有一定的范围，但我们在处理颜色时并不须要将每一种波长的颜色都单独表示。
由于自然界中所有的颜色都可以用红、绿、蓝(RGB)这三种颜色波长的不同强度组合而得，这便是人们常说的三基色事理。
因此，这三种光常被人们称为三基色或三原色。
通过滤光膜过滤出这三种颜色，再通过驱动电压的改变调度液晶翻转的角度,进而改变通过RGB子象素的光量,由加法混色的事理得到丰富的色彩表现。

RGB三基色

驱动电压改变晶体的旋转角度从而改变光通过率

彩色滤光膜

彩色滤光膜构造

彩色滤光膜的各像素对应液晶屏的各像素，每像素包含红、绿、蓝三个子像素，光芒透过彩色滤光膜形成红、绿、蓝三基色分量，如图上所示。

TFT—LCD电路掌握事理

TFT—LCD电路的紧张浸染是掌握液晶两表面的电压值，以掌握液晶的偏转角度，改变液晶分子对线性偏振光的旋转角度，并通过前面偏光片的取向浸染，终极实现掌握通过光芒的强弱。
薄膜场效应晶体管（thin film transistor，TFT）对应掌握的每一个子像素，薄膜晶体管TFT是开关器件，它的导通与截止状态靠近空想开关。
以分辨率为1024768像素的显示屏为例，每个像素由R、G、B三基色的子像素，即合计有10247683 TFT晶体管。
如下图所示

1024768分辨率像素点

一个子像素掌握电路

晶体管掌握构架

掌握面板

门极线有768，源极线有10243。
掌握电路采取分时驱动的办法，按顺序分别置门极线高电平，从而掌握打开该行 TFT晶体管，此时源极线上的电压即加到该行液晶各子像素上，从而掌握该行液晶的偏转角度和终极实现光芒的透射率的掌握。

TFT—LCD显示事理

以1024768像素的液晶屏为例，液晶板后面的背光源投射出纯白光源，光源经由第一个a方向的偏光片，过滤成a方向的偏极光，通过透明电极（TFT掌握电路）,经由液晶，这时液晶分子偏转角度和透射率受 TFT掌握电路掌握，通过液晶后，经由彩色滤光片，形成 10247683束偏转方向受控的RGB基色光芒，再通过第二个b方向的偏光片，把偏转方向受控的各束RGB基色光芒过滤成强弱受控的RGB基色光芒，投射出屏幕。
通过改变驱动液晶的电压值就可以掌握末了涌现的光芒强度与色彩，并进而能在液晶面板上变革出有不同深浅的颜色组合。

高下偏振片偏振光方向相互垂直

五.彩色液晶屏显示特点

可视角度

LCD 有视角各向异性和视角范围比较小的弱点，宽视角技能一贯是液晶技能的主要研究课题。
这是由于当背光源之入射光通过偏光片!液晶及所谓的取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也便是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。
即如果偏离显示屏法线方向不雅观察，比拟度明显低落，不雅观看一个全白的画面，我们可能会看到玄色或是色彩失落真。

不同角度下存在色差

相应韶光

相应速率慢是液晶的一大弊病。
液晶的相应韶光表示液晶显示器各像素点，对付旗子暗记输入后的反应速率，便是每点由暗转亮或由亮转暗所需的韶光，相应韶光当然是越小越好。
这样用户在不雅观看运动的画面时就不会涌现类似尾影拖拽的觉得。
液晶显示器的这项指标直接影响到对动态画面的还原，跟其它显示办法比较，液晶显示器由于过长的相应韶光，导致其在还原动态画面时有比较明显的拖尾征象，画面不足生动。

这是由于液晶显示屏是利用液晶分子旋转掌握光的通断，而液晶分子的旋转须要一个过程，以是LCD显示器的相应韶光明显比其它显示办法长。
特殊在介于全黑、全白间的较小幅度灰阶变革，需施加较小电压来进行准确而风雅的角度掌握，因此液晶分子旋转速率反而要慢一些。

因此屏幕刷新率还受液晶材料的限定，现在很多手机厂商就推出了很多高频率刷新手机屏，显示动画更加细腻流畅，相信未来的显示技能会更加多样化，给我们带来更佳的体验感。

天下之大，只有你想不到，没有做不到。

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比心

编辑：zeng