液晶显示器基础知识.

液晶显示器基础知识

（一）、液晶显示器的显像原理

1、什么是液晶

液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特

性，所以液晶可以说是处于一个中间相的物质。而要了解液晶的所产生的光电效应，

我们必须先来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（ visco-sity ）与弹性

（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的

观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量的不同方向，会有不同

的效果。就好像是将一簇细短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初

显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，

达到排列状态，这表示黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。

此外，液晶除了有黏性的特性反应外，还具有弹性的表现，它们都是对于外加的力，

呈现出方向性的特点。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照液晶分子的排列方

式传播行进，产生了自然的偏转现象。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强

的电子共轭运动能力，所以，当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化

产生感应偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。

而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压

控制，再通过液晶分子的光折射特性，以及对光线的偏转能力来获得亮暗差别（或

者称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。

2、液晶的光学特性

液晶同固态晶体一样具有特异的光学各向异性。而且这种光学各向异性伴随分

子的排列结构不同将呈现不同的光学形态。例如，选择不同的初期分子取向和液晶

材料，将分别得到旋光性、双折射性、吸收二色性、光散射性等各种形态的光学特

性。一旦使分子取向发生变化，这些光学特性将随之变化，于是在液晶中传输的光

就受到调制。由此可见，变更分子的排列状态即可实行光调制。由于液晶是液体，

分子排列结构不象固态晶体那样牢固。另一方面液晶又具有显著的介电各向异性△

ε和自发偶极子P0。一旦给液晶层施加上电压，则在介电各向异性△ε和自发偶极

子P0 和电场的相互作用下，分子排列状态很容易发生变化。因此利用外加电场即可

改变液晶分子取向，产生调制。这种由电场产生的光调制现象叫做液晶的电光效应

（electro-optic effect）。它是液晶显示的基础。这种光学特性可通过表面处理、

液晶材料选择、电压及其频率的选择获得。

3、液晶的物理特性

液晶的物理特性是：当通电施加上电场时，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透，从技术上说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃薄板，中间夹着一层液晶。

当光束通过这层液晶时，液晶本身会一排排站立或扭转呈不规则状，因而阻隔或使

光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态

下，这些棒状分子的长轴大致平行。但将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液

晶分子长轴会顺着槽排列。所以，假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。

4、液晶显示器的分类

液晶显示器，英文通称为LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器

的一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动（Static）、被动矩阵驱动（Simple

Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭

转式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；

STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型

（ThinFilm Transistor；TFT）及二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）

二种方式。

静态驱动分段型TN

被动矩阵驱动

扭转向列型

（TN）超扭转向列型（STN）

强诱电型（FLC）

高分子分散型（PDLC）

二极体元件（MIM）

薄膜式电晶体（TFT）

主动矩阵驱动

TN、STN 及TFT 型液晶显示器因其利用液晶分子扭转原理之不同，在视角、彩

色、对比及动画显示品质上有高低程次之差别（如图6），使其在产品的应用范围分

类亦有明显区隔。以目前液晶显示技术所应用的范围以及层次而言，主动式矩阵驱

动技术是以薄膜式晶体管型（TFT）为主流，多应用于笔记型计算机及动画、影像处

理产品。而单纯矩阵驱动技术目前则以扭转向列（TN）、以及超扭转向列（STN）为

主，目前的应用多以文书处理器以及消费性产品为主。在这之中，TFT 液晶显示器

所需的资金投入以及技术需求较高，而TN 及STN 所需的技术及资金需求则相对较

低。

5、显示器的显像原理

目前液晶显示技术大多以TN、STN、TFT 三种技术为主轴，因此我们就这从这三种技术来探讨它们的运作原理。

TN 型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器

也可说是以TN 型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。

其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分

子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光线会顺利的从偏光

板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出，形成了亮的效果

如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的