LCD（液晶显示）工作原理

LCD（液晶显示）工作原理

1. 引言 2. 什么是液晶？ 3. 向列相液晶 4. 怎样制造LCD？ 5. 自制LCD

6. 背光型LCD与反射型LCD 7. LCD系统 8. 无源矩阵LCD 9. 有源矩阵LCD

10. 彩色LCD 11. LCD的未来

引言

您可能每天都在使用包含LCD（液晶显示）的物品。它们无处不在——笔记本电脑、电子钟、表、微波炉、CD机以及许多其他的电子设备上都有LCD。和其他的显示屏技术相比，LCD确实有一些实实在在的优点，因此它们被普遍应用。例如，它们比阴极射线管（CRT）更薄更轻，并且耗电也更少。

计算器上简单的LCD显示屏

但这些叫做液晶的东西究竟是什么呢？“液晶”这个名字听起来好像有些自相矛盾。我们认为晶体是像石英那样的固体材料，通常像石头一样坚硬，而液体和它明显不同。一种材料怎么可能既含“液”又是“晶”呢？

在本文中，您能够了解液晶是如何拥有这一特性的，我们还将探讨使LCD得以发挥功效的技­术。您还会了解人们如何利用液晶的特性来制造一种新型的光阀，以及这些开开合合的光阀所构成的网格又如何呈现各种图案来表示数字、文字和图片！

什么是液晶？

物质有三种常见的形态：固态、液态和气态。固体之所以呈固态是因为其分子排列方向保持不变，分子之间的相对位置也保持固定。液体中的分子则正好相反：它们可以变换方向，也能够在液体中任意移动。但是有些物质能够处在一种奇异的状态，有些像液体，又有些像固体。当它们处在这种状态时，其分子像在固体中一样倾向于保持它们的方向，同时又拥有液体分子的性质，可以移动到不同的位置。也就是说，液晶既不是固体也不是液体。这就是它为什么叫“液晶”这个显得有些自相矛盾的名字的原因。

那么，液晶的性质到底是像固体、液体，还是某种其他的物质？事实表明液晶更接近于液态而不是固态。把一种适合的物质从固体转变为液晶需要相当多的热量，而再将其从液晶转变为真正的液体只需要再吸收一点点热量。这就解释了为什么液晶对温度十分敏感，以及为什么它们被用来制造温度计和心情戒指。这也解释了为什么在很冷的天气里或炎热的海滩上，笔记本电脑的屏幕可能会呈现怪异的显示效果！

向列相液晶

固体和液体都有许多不同的种类，同样地，液晶材料也有许多种。根据温度和物质特性的不同，液晶可以处在一系列不同的相中的某一个相中。在本文中，我们将讨论用来制造LCD的液晶，即处在向列相下的液晶。

液晶的一大特点是它们的性质会受到电流的影响。有一种特殊的向列相液晶称为扭曲向列相（TN）液晶 ，它在自然状态下是扭曲的。当给这种液晶加上电流后，它们将依所加电压的大小反向扭曲相应的角度。这种液晶对于电流的反应很精确，因此可以被用来控制光的流通，从而用于制造LCD。

液晶的种类大多数液晶分子为棒状，大体上可以把它们分为热致液晶和溶致液晶。 液晶研究所Oleg Lavrentovich博士 供图 热致液晶对于温度（或压力）的变化产生反应。溶致液晶的反应则取决于它们与何种溶剂相混合，这被用于制造肥皂和清洁剂中。热致液晶可能是各向同性的或向列的。两者最主要的区别在于，各向同性液晶中的分子排布是随机的，而向列液晶中的分子排布有着特定的顺序或模式。 向列相液晶中的分子排列方向取决于指向矢。指向矢可以是任何物质，比如磁场或有着细微刻槽的表面。向列相液晶可以按照分子间的相对取向做进一步的分类。层列相是最常见的排布方式，分子一层一层地排列。层列相又有许多的变体，例如C型层列相液晶每层的分子排列方向相对上一层呈一定的倾斜角度。另一种常见的相是胆固醇相，或叫做手性向列相。这种相中，每层的分子排列方向与相邻层有轻微的扭曲，从而形成一个螺旋状的结构。 铁电液晶（FLC）使用手性分子呈C型层列相排布的液晶材料，因为分子排列的螺旋特性使换向反应时间处于微秒量级，故FLC特别适用于先进的显示屏。表面稳定型铁电液晶（SSFLC）利用玻璃板加一个可调的压力，从而抑制分子的螺旋性，进一步缩短响应时间。

怎样制造LCD？

制造一台LCD比制造一片液晶要复杂得多。制造LCD需要的条件是：

• 光具有偏振性。（参见太阳镜面面观中关于偏振的内容。）
• 液晶可以传输和改变偏振光。
• 液晶的结构可以依电流而改变。
• 存在可以导电的透明物质。

LCD设备巧妙地利用了这四个条件。

制造一台LCD需要两块偏振玻璃片。有一种特殊聚合物可以在物体表面制作出细微刻槽，这种聚合物擦在玻璃上没有偏光膜的一面。刻槽必须与偏光膜同向。接着在一片滤光片上加一层向列相液晶。刻槽会使液晶中第一层分子的取向和滤光片的