LCD（液晶显示）工作原理

文章摘要：<-- Page Break -->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方向相同。接下来再加上第二片玻璃，使其偏光膜的方向和第一块玻璃的偏光膜方向成直角。因此后续每一层

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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方向相同。接下来再加上第二片玻璃，使其偏光膜的方向和第一块玻璃的偏光膜方向成直角。因此后续每一层向列相分子都会扭曲一个角度，直到最上面一层和最下面一层相差90°，从而和偏振玻璃滤光片相吻合。

当光照射在第一个滤光片上时，它发生偏振。每一层分子都会将它们接收到的光引领至下一层。当光穿过液晶的每一层时，相应的分子同时也改变光的偏振面使其符合分子自身方向的角度。当光到达液晶材料的最远端时，它的偏振方向和最后一层分子的角度相同。如果液晶的最后一层和第二块偏振玻璃滤光片的方向吻合，光就可以穿过。

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如果我们给液晶分子加上电荷，它们的扭曲就会被消除。伸直后的液晶分子改变了光穿过它们的角度，从而使光的方向和顶部偏振滤光片的方向不再匹配。因此，LCD上的这一特定区域便没有光能够通过，从而比周围的区域暗。

制造一个简单的LCD比您想像中的要容易。首先准备一个如上所述的玻璃-液晶-玻璃的“三明治”，然后再加上两个透明的电极。比如说，假设您准备制造一种最简单的LCD，只包含一个矩形电极。它的各个层是这样的：

这是LCD非常基本的功能。最后面是一块镜子（A），能够进行反射。接着，我们再加上一片底部具有偏光膜的玻璃（B），玻璃的上部是一块普通的氧化铟锡电极板（C）。普通电极板覆盖了整个LCD。在这上面是一层液晶材料（D）。接下来是另一片玻璃（E），它的底部是一块矩形电极，顶部是另一层偏光膜 （F），其方向与第一层偏光膜成直角。

电极连在电池等电源上。当没有电流通过时，从LCD前面射入的光只是简单地打在镜子上并反射出来。但有电流通过时，普通电极板和矩形电极板之间的液晶的扭曲将被消除，从而阻止了光从这块区域通过。这使得LCD中的矩形部分显示为黑暗区域。

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请注意，我们这个简易的LCD需要一个外部光源。液晶材料本身并不发光。小型廉价的LCD通常是反射型的，也就是说它们必须反射外部光源的光来显像。请看这只LCD手表：小电极对液晶充电从而消除液晶层分子的扭曲，光线不能透过偏振膜，这样数字便显现出来了。

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大部分计算机屏幕靠LCD上方、侧面或背后的内置荧光管来提供光源。LCD后面的一块白色漫射板将光均匀地进行反射和散射，以保证屏幕亮度的一致性。大量的光在通过滤光片、液晶层和电极层时散失掉了——通常会损失一半以上的光！

在上面的例子中，我们使用的是一块普通电极板和一个单独的电极条来控制哪些液晶受电荷的影响。如果在单独的电极条那一层中加入其他一些电极，就可以制造出更加复杂的显示屏了。

普通平板LCD适用于那些反复显示同样图案的简单显示器，比如手表和微波炉定时器上的屏幕。在这些设备中，前述的六角形棒状是最常见的电极排列，而实际上电极可以排成任何形状。只要看看那些很普通的掌上游戏机，玩纸牌游戏机、外星人游戏机、钓鱼游戏机和老虎机等，里面五花八门的图案不过是各种形状的电极而已。

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