液晶显像原理介绍

液晶显像原理介绍

1、液晶显示屏的基本构造

图1

1、背光板：LCD的显像原理是靠液晶阻挡光线的分量达到控制明暗，所以必须要有光源才可能在屏幕上看到图像，所以背光板负责为液晶屏显像提供最基本的光源。

2、下偏光板：背光板送出来的光线方向性不一致，呈放射状，如果这样的光线通过液晶分子的扭转，我们在屏幕上还是看不到正常的图像，看到的可能是白茫茫的一片，或者是花花绿绿的色块，而不会是我们想看到的图像。下面的偏光板承担了将光线的方向规范成一致后再送往液晶层的工作。

3、薄膜基板：液晶分子的扭转角度是由TFT控制。

4、液晶：这层液晶分子在TFT控制下发生扭转，达到将方向一致的光线通亮进行控制，从而在通往后面像素单元的光线明暗度发生了改变。

5、彩色滤光片：如果你有幸关于20世纪80年代记忆的话，相信你会记得当时的黑白电视屏幕前经常会有一片彩色的塑料片片，安装上了这片塑料片后，黑白电视机似乎变成了彩色电视机，我们可以看到某些时候人的脸蛋变粉红了、嘴唇变红了、其他的景物都有了颜色，虽然有时候颜色并不符合实际。其实这片塑料片就是彩色滤色片（这个东西的发明者估计灵感来自液晶显示器）。

   液晶本身没有颜色,所以用滤色片产生各种颜色,液晶屏中每个液晶子像素显示的颜色取决于色彩过滤器，而不是子像素, 背光源发出的是白色的光线，白色光线经过各种颜色的滤色片后，我们在滤色片后面可以看到与滤色片对应颜色的光线被传出，所以在液晶显示屏中，彩色滤色片的功能是上色，与CRT显示器的荧光粉功能对应。液晶子像素只能通过控制光线的通过强度来调节灰阶,只有少数主动矩阵显示采用模拟信号控制,大多数则采用数字信号控制技术。大部分数字控制的 LCD 都采用了 8 位控制器（也有的数字控制采用10位控制器），可以产生 256 级灰阶。每个子像素能够表现 256 级,那么你就能够得到 256×3种色彩,每个像素能够表现 16,777,216 种成色，也就是我们常见的所谓1677.7216万色。因为人的眼睛对亮度的感觉并不是线性变化的,人眼对低亮度的变化更加敏感,所以这种 24 位的色度已经能完全达到理想要求。工程师们通过脉冲电压调节的方法以使色彩变化看起来更加统一。

6、上偏光板：原本方向一致光线经过了液晶层的扭转后又变得方向不一致，所以如果不把呈漫射状的光线再次规整，则在屏幕前看到的依然是白茫茫一片，被液晶扭转过了的光线并没有体现出来，所以必须在此将漫射光进行规整，使用一片与下偏光片偏光方向正交偏光片将经过液晶扭转的光心重新进行偏转，不同角度的光线经过上偏光板的亮度不同，所以我们可以在屏幕上可以看到明暗交替画面，因为被偏转的光线是经过了彩色滤色片的彩色光，所以我们在屏幕前可以看到我们需要的图像。具体原理如图2所示。
 

图2

图3 无上偏光板 

图4 有上偏光板与无上偏光板效果对比

图5 加上偏光板的完整画面

2、LCD的彩色成像原理

LCD的彩色成像原理与CRT一样，还是通过红、绿、蓝三基色组成各种颜色。不同的是CRT通过高速电子束击打三基色荧光粉产生彩色光，LCD通过规律涂有三基色的滤色片后产生彩色。通过控制滤色片每个基色下的液晶分子是透过液晶分子的光线亮度发生变化，从而达到有不同亮度的基色模拟自然界的各种色彩。由于滤色片在上偏光板的下面，所以造成了LCD屏看成像有视角要求，不过这个问题现在已经解决的相当的好了。

 三基色组合成各种彩色的示意如图3。

图6

3、LCD的成像质量关联

 如图7，我们可以知道彩色滤色片的基色排列有不一样。根据彩色滤色片基色的位置不一样，其下面对应液晶分子单元控制顺序必须作相应的更改，否则显示出来的图像只能是花屏。

 图7种的三种彩色滤色片基色排列中条形排列是最为简单的，因为基色排列简单成纵横线，所以控制起来相对简单，但是这种排列顺序的排列得到的图象并不完美，它可能出现显示的线条粗细不均匀，而且图像斜线面的锯齿现象严重。所以发展了马赛克排列状的绿色片，这种排列可以比较好地解决图像锯齿问题，但是这种排列顺序依然无法解决线条的精细显示问题，这种排列得到的图象线条可能有时正常，但是有时候却会粗细不一，所以戴尔形排列得彩色滤光片产生了，这种排列可以很好地解决锯齿、线条粗细均匀的问题，但是这种排列的液晶分子控制是最复杂的。

图7

4、LCD的限制

   LCD屏幕的出现使显像屏幕实现了平板化，使便携设备品种得以快速发展，特别是娱乐设备。

   1、背光源与电能消耗：由于LCD屏幕显像原理的限制，也由于LCD屏幕的结构限制，我们在屏幕面前看到的图像亮度与背光源的亮度相去甚远，屏幕显示白屏的亮度大约是背光源亮度的10%，这就造成了很大的光源浪费，而且为了得到高亮度和高对比度的图像而必须加大背光源的光功率，这将使得电能的消耗变得异常的大，而且非常不利于便携设备的续航，而且这个能量消耗比例与屏幕尺寸成正比。虽然现在LCD的发展在不断地提高其光通率来尽量降低图像质量对背光源亮度的要求，但是总体效果还是不尽人意。

   2、显像效果差强人意：由于LCD屏幕的背光源从上电开始一直处于开启状态，屏幕对黑色的表现通过偏转液晶分子尽量阻挡光线的通过。但是液晶分子并不能完全阻隔光线的通过，所以我们如果向液晶屏送一幅黑色图像，我们在屏幕上看到的图像并不是全黑的图像，而是一幅灰色的画面，在晚上的时候尤其明显。虽然现在的液晶电视一般都采用PWM式的背光控制电路来控制背光亮度，在画面整体亮度比较暗的时候适当降低背光的亮度，这样可以达到节省电能消耗和适当提高图像的对比度，但是这只是一种这种得办法，对画面质量和其基本恒定的电能消耗没有根本解决。

    3、观众眩晕：由于液晶分子在接收到控制信号的时候不能瞬间作出响应，所以在现实运动的画面时由于液晶分子的滞后响应导致了图像的拖尾，观众看到的图像是似乎重影的图像，给人眩晕的感觉，此类现象在现实高速运动画面的时候最为突出，所以在液晶电视的卖场我们看到的演示画面都是经过处理的慢镜画面，这是厂家的一种营销手段。

    4、视角问题：其实这个问题在现在已经得到了相当好的改善，虽然还没有达到跟CRT一样的效果。