LCD的分类、结构和工作原理详解

液晶（Liquid Crystal）是一种既具有液体流动性又有晶体光学特性的有机化合物，具有晶体特有的双折射性和液体的流动性，在电场和温度作用下能产生各种电光效应和热光效应，其透明度和颜色受外加电场的控制。

（1）黑白LCD的结构

将上、下两块具有透明电极的玻璃叠放（中间留有一定间隔），四周用封接胶封接。从注入口抽真空并注入液晶材料后密封。在玻璃的上下表面各贴上一片偏振方向相互垂直的偏振片，底部加反射板，如图2-94所示。

图2-94 黑白LCD

当入射光通过上偏振片（其偏振方向与上电极面液晶分子排列方向相同）形成偏振光射入液晶层时，其被液晶层扭转了90°，液晶盒为透明状态，可以看到反射板。

当液晶盒上、下两电极间加上一定的交流电压时，电极部位的液晶分子在电场的作用下会转变成与上、下玻璃面垂直的排列状态，液晶层失去旋光性，不能改变偏振光方向，因此看不到反射极，只能看到电极部位为黑色，而电极则可制成数字、字符或图形，如图2-95所示。

图2-95 LCD制成的字符

（2）其他的LCD分类

LCD按光电效应的物理方式不同可分为扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）、超扭曲向列型（Super TN，STN）、双层超扭曲向列型（Dual Scan Tortuosity Nomograph，DSTN）和薄膜晶体管型（Thin Film Transistor，TFT）。

图2-96所示为扭曲向列型LCD的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜、液晶材料以及导电的玻璃基板。TN的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间，液晶分子会依附向膜的细沟槽方向，按序旋转排列。如果电场未形成，光线就会顺利地从偏光板射入，液晶分子将向其行进方向旋转，然后从另一边射出。两片导电玻璃通电之后，玻璃间就会形成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样得到光暗对比的现象，称作扭转式向列场效应（Twisted Nematic Field Effect，TNFE）。

图2-96 扭曲向列型

图2-97所示为超扭曲向列型液晶显示器的简易构造图，STN与TN的基本显示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已，STN的液晶分子扭曲角度为180°甚至270°，TN的液晶分子扭曲角度为90°。从液晶显示原理来看，STN的原理是通过电场改变原为180°以上扭曲的液晶分子的排列，达到改变旋光状态的目的。外加电场则通过逐行扫描的方式改变电场，因此在电场反复改变电压的过程中，每一点的恢复过程都较慢，这样就会产生余辉现象。用户能感觉到拖尾（余辉）现象，也就是一般俗称的“伪彩”。

图2-97 超扭曲向列型(www.xing528.com)

图2-98所示为双层超扭曲向列型液晶显示器的简易构造图，DSTN与TN的基本显示原理都相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已，DSTN的液晶分子扭曲角度为180°甚至270°，TN的液晶分子扭曲角度为90°。扫描屏幕被分为上下两部分，CPU同时并行对这两部分进行刷新（双扫描），这样的刷新频率虽然要比单扫描（STN）重绘整个屏幕快一倍，提高了占空率，改善了显示效果，但是当DSTN分上下两屏同时扫描时，上下两部分就会出现刷新不同步的问题。所以当内部电子元件的性能不佳时，显示屏中央可能会出现一条模糊的水平亮线。

图2-98 双层超扭曲向列型

（3）LCD的技术参数

1）可视面积。LCD所标示的尺寸就是实际可以使用的屏幕范围，一个15.1in（1in=2.54cm）的LCD约等于17in CRT屏幕的可视范围。

2）可视角度。LCD的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。当背光源的入射光通过偏光板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。

3）点距等于可视宽度/水平像素（或者可视高度/垂直像素），即285.7mm/1024=0.279mm（或214.3mm/768=0.279mm）。一般14in LCD的可视面积为285.7mm×214.3mm，它的最大分辨率为1024×768。

4）色彩度。LCD重要的是色彩表现度，自然界的任何一种色彩都是由红、绿、蓝三种基本色组成的。LCD面板上是由1024×768个像素点组成显像的，每个独立的像素色彩由红、绿、蓝（R、G、B）三种基本色控制。大部分LCD每个基本色（R、G、B）达到6位，即64种表现度，那么每个独立的像素就有64×64×64=262144种色彩。也有使用所谓FRC（Frame Rate Control）技术以仿真的方式来表现出全彩画面的，也就是每个基本色（R、G、B）能达到8位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达256×256×256=16777216种色彩。

（4）液晶显示模块（LCM）

LCM是一种将LCD、连接件、集成电路、PCB电路板、背光源和结构件装配在一起的组件，根据其构造和用途可分为以下几类。

1）数显液晶模块。这是一种由段型LCD与专用的集成电路组装成一体的功能部件，只能显示数字和一些标识符号。段型LCD大多应用在便携、袖珍设备上。常见的数显LCM有以下几种：

①计数模块。它是一种由不同位数的7段型LCD与译码驱动器，或再加上计数器装配成的计数显示部件。它具有记录、处理、显示数字的功能。一般来说，这种计数模块大都由斑马导电橡胶条、塑料（或金属）压框和PCB将LCD与集成电路装配在一起而成。其外引线端有焊点式、插针式、电路板插脚式几种。

②计量模块。它是一种有多位段型LCD和具有译码、驱动、计数、A-D转换功能的集成电路片组装而成的模块。由于所用的集成电路具有A-D转换功能，所以可以将输入的模拟量电信号转换成数字量显示出来。

③计时模块。将一个LCD与一块计时集成电路装配在一起就是一个功能完整的计时器。计时模块虽然用途很广，但通用、标准型的计时模块却很难在市场上买到，只能到电子钟表生产厂家选购或定购合适的表芯。计时模块和计数模块虽然外观相似，但它们的显示方式不同，计时模块显示的数字是由两位一组的数字组成的，而计数模块每位数字均是连续排列的。由于不少计时模块还具有定时、控制功能，因此这类模块被广泛装配到一些家电设备上，如收录机、CD机、微波炉、电饭煲等电器。

2）液晶点阵字符模块。液晶点阵字符模块是由点阵字符LCD和专用的行、列驱动器、控制器及必要的连接件、结构件装配而成的，可以显示数字和英文字符。这种点阵字符模块本身具有字符发生器，显示容量大，功能丰富。一般该种模块最少也可以显示8位1行或16位1行以上的字符。这种模块是由5×7、5×8或5×11的一组组像素点阵排列组成的。每组为1位，每位间有一点的间隔，每行间也有一行的间隔，所以不能显示图形。

3）点阵图形液晶模块。这种模块也是点阵模块的一种，其特点是点阵像素连续排列，行和列在排布中均没有间隔。因此可以显示连续、完整的图形。由于它也是由X-Y矩阵像素构成的，所以除显示图形外，也可以显示字符。