干货｜总结液晶显示器的工作原理，结构，性能和照明方法

指南: 液晶是一种有机化合物，也称为液晶. 它是在一定温度范围内某些有机物质的中间状态.

1）概述

液晶是一种有机化合物，也称为液晶. 它是在一定温度范围内某些有机物质的中间状态. 在这种状态下，它不仅具有液体的流动性和连续性，而且还表现出某些晶体的光学特性，例如光学各向异性，双折射，圆形双向色散等. 这种物质可以在电场和温度. 产生各种特殊的电光效果和热光效果，并利用这些效果实现显示目的.

某个温度范围是每种液晶材料的唯一参数，称为液晶的液晶相. 如果温度高于液晶相的上限（称为透明点），则液晶变为普通的透明晶体并失去上述光学性质，称为各向同性液体；如果温度低于液晶相的下限（称为熔点），则液晶变为普通晶体，失去流动性.

液晶共有三种类型: 近晶型，向列型和胆甾型. 它们具有自己的特性和不同的用途，其中大多数是当前用于数字显示器的向列型液晶.

LCD数字显示器是一种无源显示元件，它本身不发光，而仅调制环境光，类似于纸上印刷的显示器. 因此，与其他显示设备相比，它具有以下主要功能:

①低电压（36V），微功耗（0.3100μW）. 在相同的显示面积下，其功耗比普通数字电子管的功耗小几十到几百倍，适合直接与C-MOS电路匹配. 它可以用于各种自动化测试设备的数字显示，尤其是用于电池供电的数字仪器. 在应用领域，全电子数字手表和袖珍计算器特别有前途.

②不怕强光洗涤，可用于明亮的室内和室外环境. 其显示清晰度不会随环境亮度的增加而降低，并且可以在阳光下清晰显示.

③体积小，外形薄，平板显示器. 例如，手表的数字显示器的厚度通常为1.21.6mm，计算器显示器的厚度为1.62.2mm，仪表屏的厚度为2.2-5mm. 可以使用易于使用的斑马形导电橡胶将引线拉出.

④显示区域，字体大小和位数不限制在一定范围内. LCD数字显示器的弱点是:

响应时间长和余辉（毫秒级）；不能在黑暗的环境中显示它，并且需要辅助光源.

2）液晶显示器的工作原理，结构，性能和照明方法

LCD数字显示器的结构很简单，如下图所示.

扭曲向列LCD数字显示

将约10μm厚的薄液晶层注入在内表有电极的两个平板玻璃之间，以形成液晶显示器. 字体显示采用7段显示.

根据所使用的电光效应，液晶数字显示器可以分为两种类型: 动态散射效应和扭曲向列效应. 根据照明方式的不同，可以分为透射型和反射型.

①动态散射型显示器的工作原理: 不给电极施加电压时，液晶分子有序排列，显示器透明. 当施加到两个相应电极的电压超过液晶的阈值电压时，液晶中的离子基团（来自添加剂）被推到足以干扰液晶分子的排列，从而导致液晶的折射率改变，形成散射中心，并使入射光强烈散射. 因此原来的透明电极部分呈乳白色（类似于毛玻璃），达到了显示的目的，即动态散射效果. 当消除电极电压时，液晶分子恢复其原始排列并再次变为透明. 如果显示器的前后电极是透明的，则称为动态散射型透射显示器. 它必须添加适当的后光源以增强显示器的亮度和清晰度. 后光源越强，显示效果越好. 后光源应倾斜放置在设备后面，并应添加黑色背景以增强对比度，以使显示效果更好.

如果将背面电极改变为金属膜反射电极，则正面电极仍然是透明电极，这被称为动态散射型反射显示器. 它不需要后光源，但是必须充分利用环境光，并在整个机器的适当位置（设备的正面和顶部）加一个遮光罩，以增加黑色背景的对比度.

②失真向列效应. 该效应属于电场效应，其使用电场的开关来控制线性偏振光的偏振面是否旋转，因此必须配备. 当前使用的偏光镜具有黑白对比.

使用表面对准技术，对带有透明电极的玻璃进行表面处理，以使液晶盒中液晶分子的对准方向扭曲90°. 当线偏振光进入扭曲液晶盒时，偏振面旋转90°. 在施加电场之后，由于正介电各向异性，液晶分子的取向与电场方向一致. 此时，扭曲结构消失，其旋光效果也消失，从而线性偏振光可以直接通过液晶单元. 去除电场后，排列液晶分子以恢复扭曲的结构，并且线性偏振光的偏振面旋转90°. 该效应称为畸变效应，其电光曲线如下图所示.

畸变效应电光曲线图

将扭曲的液晶盒放在偏振器和检偏器之间，并更改偏振器和检偏器的相对位置（正交或平行），以在白色背景上获得黑色字符（称为常开型）或在黑色背景上获得白色字符背景（称为常闭）晶体显示形式.

此效应仅由分子的介电矩引起，因此所需的电压非常低，通常仅为3V，并且电流非常小，通常小于1μA或几μA，这使得扭曲的功耗设备非常小. 利用扭曲效应制成的显示装置是目前最优越，最有前途和使用最广泛的液晶数字显示装置. 国外生产的大型LCD手表和袖珍计算器LCD显示器都是使用这种变形效果制成的，这使得其他小显示器无法竞争.

对于扭曲的透射设备，使用后应将光源直接放置在设备后面，并应在光源前面添加扩散膜以扩大视角. 应该设计用于户外的透射装置，并将其放置在整个机器上的适当位置，以便充分使用. 自然光用作后光源.

扭曲反射装置使用高性能反射器来获得良好的清晰度.

与动态散射显示器相比，扭曲显示器的弱点在于视角更大，仅为约45°，并且视角随着工作电压和温度的降低而降低. 尽管动态散射型具有较大的视角，但它具有较高的工作电源（1520V）和较大的功耗. 另外，由于液晶材料的原因，器件寿命较短，因此目前很少使用动态散射型器件.

③液晶显示器的主要参数是: 响应时间，余辉，阈值电压和对比度.

响应时间τr是开始添加脉冲电压后光透射率达到饱和值的90％所需的时间;

余辉τd是开始去除脉冲电压直到光透射率降低到光透射率值的10％所需的时间；

阈值电压为Vth;

对比度是指零伏特的透光率与工作电压下的透光率之比.

响应时间和余辉的波形图如下图所示.

响应时间和余辉的波形图

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