1.1　掌握液晶顯示屏的組成結構

1.什么是液晶

液晶，就是液態晶體，是介于固態與液態之間的，具有晶體光學性能和液態流動性的一種物質，它是相態的一種，因為它具有黏性、彈性和極化性的特點，于20世紀中期開始被廣泛應用于輕薄型的顯示技術上。

所謂相態就是自然物質存在的狀態，例如我們說的固態、氣態和液態，液晶作為相態的一種，要具有特殊形狀分子組合時才會產生。現在液晶的組成物質是一種有機化合物，它同時具有兩種物質的液晶，是以分子間力量組合的，因為它的特殊光學性質以及對電磁場的強度敏感，極具使用價值。

液晶作為顯示材料，目前最常見的用途是用于電子表和計算器的顯示板。圖1-1所示為常見的液晶材料。

2.液晶的特性

當通電時，液晶排列變得有秩序，此時光線會很容易通過；不通電時排列混亂，此時阻止光線通過。在液晶顯示屏中，液晶面板包含了兩片相當精致的無鈉玻璃素材，中間夾著一層液晶，當光束通過這層液晶時，液晶本身會排排站立或扭轉，呈不規則狀態，因而阻隔或使光束順利通過。光束的通過與阻隔表現為明暗的變化，于是人們通過對電場的控制最終控制光束的明暗變化，從而達到顯示圖像的目的。

大多數液晶都屬于有機復合物，由長棒狀的分子構成。在自然狀態下，這些長棒狀分子的長軸大致平行。將液晶倒入一個經過精良加工的開槽平面，液晶分子會順著槽排列，所以假如那些槽非常平行，則各分子也是完全平行的。液晶是一種介于晶體狀態和液態狀態之間的中間物質。它兼有液體和晶體的某些特點，表現出一些獨特的性質。

3.液晶顯示屏的分類

通常液晶顯示屏按照液晶驅動方式的不同，可以分為4種：扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）、超扭曲向列型（Super TN，STN）、雙層超扭曲向列型（Dual Scan Tortuosity Nomograph，DSTN）、薄膜晶體管型（Thin Film Transistor，TFT）。從技術層次和價格水平上看，從TN到TFT的排列順序是依次遞增的。下面將依次進行介紹。

（1）TN液晶顯示屏

TN液晶顯示屏的構造相對簡單，應用也十分廣泛，常用于電子表、計算器、掌上游戲機、工業數字儀表等。圖1-2所示為TN液晶顯示屏。

TN液晶顯示屏的基本結構是將涂有ITO（納米銦錫金屬氧化物）透明導電層的玻璃光刻上一定的透明導電電極圖形，將兩片這種玻璃基板夾持一層液晶材料，四周進行密封，形成一個厚度僅為幾微米的扁平液晶盒。由于在玻璃內表面涂有一層定向膜（也稱配向膜），并進行了定向處理，盒內的液晶分子沿玻璃表面平行排列，且由于定向膜定向處理的方向互相垂直，液晶分子在兩片玻璃之間呈90°扭轉。因此TN液晶顯示屏也稱為扭轉向列液晶顯示屏。圖1-3所示為TN液晶顯示屏的基本結構示意圖。

當TN液晶顯示屏在不通電的情況下，光線經過偏光板后通過液晶層，偏光被液晶層（扭轉排列）旋轉90°。在離開液晶層時，偏光方向與另外一偏光板的方向相同，所以光線能夠順利通過，此時液晶層是透明狀態，可以看到反射基板的透明電極。而當TN液晶屏通電時，液晶分子便會重新垂直排列，使光線能直射過去，而不發生扭轉，此時液晶不能透光，在這種情況下，看不到反射基板的電極，于是在電極部位出現黑色。

通過上述內容可以知道，通電情況下將光線阻斷（有顯示），不通電則使光線通過（無顯示），只要將電極制成不同的字的形狀，就可以看到不同的黑色字，如圖1-4所示。

（2）STN液晶顯示屏

STN液晶顯示屏也稱為超扭曲向列型液晶顯示屏，它的顯示原理與TN相類似，不同的是，相對于TN液晶顯示屏的液晶分子式將入射光線旋轉90°，STN液晶顯示屏則是將入射光線旋轉180°～270°。而且單純的TN液晶顯示屏本身只有明暗（黑白）兩種顯示，沒有辦法做到色彩的變化。STN液晶顯示屏在配合一彩色濾光片后可以顯示多種色彩。圖1-5所示為STN液晶顯示屏結構。

（3）DSTN液晶顯示屏

DSTN液晶顯示屏又稱雙掃描無源陣列顯示屏，它是由超扭曲向列型顯示屏發展而來的，在DSTN顯示屏中，利用電場改變原為180°以上扭曲的液晶分子的排列來改變光線方向的，而電場的改變又由外加電場逐行掃描而成。因此顯示屏上的像素就會由屏幕兩側的晶體管來控制，而每個像素點的亮度和對比度都不能獨立的工作，所以它的對比度和亮度比較低，目前此類顯示屏不再被使用。

（4）TFT液晶顯示屏

TFT液晶顯示屏就是常說的薄膜場效應晶體管液晶顯示屏，屬于有源矩陣類型液晶顯示屏中的一種。TFT是當前市面主流采用的液晶顯示屏，它屬于主動式有源矩陣類型液晶顯示屏，是在TN型液晶顯示屏的基礎上發展而來的。圖1-6所示為TFT液晶顯示屏。

與TN技術相比不同的是，TFT的顯示方式采用“背透式”照射方式，它工作時光源的照射路徑不是像TN液晶那樣從上至下，而是從下向上。這樣的做法是在液晶的背部設置特殊光管，光源照射時通過下偏光板向上透出。由于上下夾層的電極改成FET電極和共通電極，在FET電極導通時，液晶分子的表現也會發生改變，可以通過遮光和透光來達到顯示的目的，響應時間大大提高到80ms左右。因其具有比TN-LCD更高的對比度和更豐富的色彩，熒屏更新頻率也更快，故TFT俗稱“真彩”。

如果按照液晶顯示接口類型進行分類的話，又可將液晶顯示屏分為模擬接口類型液晶顯示屏和數字接口類型液晶顯示屏兩種。

（1）模擬接口類型液晶顯示屏

模擬接口類型液晶顯示屏是目前市面上的主流類型，此類接口只能接收信號，由于計算機中運行的數據為數字信號，因此計算機上的數字信號需要顯卡轉換成模擬信號后通過連接線傳輸到顯示屏上，然后以數組信號的形式表現出來。常見的模擬接口類型有VGA視頻信號接口。圖1-7所示為模擬接口。

（2）數字接口類型液晶顯示屏

數字接口類型液晶顯示屏是近年來隨著數字化顯示設備的發展而發展起來的一種顯示接口。計算機直接以數字信號的方式將顯示信息傳送到顯示屏等設備中，避免了以往經模擬/數字轉換的過程，因此從理論上講，采用數字接口類型液晶顯示屏的圖像質量要更好，此類接口類型的液晶顯示屏將會逐漸替代模擬接口類型的顯示屏。圖1-8所示為數字接口。