【科普】LCD屏幕基本工作原理


【科普】LCD屏幕基本工作原理

2021-02-23 北山閒話茶館

♫。 ♪〜♬..♩〜♫ ♪..♩〜♫ ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩♫。 ♪〜♬..♩〜♫ ♪..♩〜♫ ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩♫。 ♪〜♬..♩〜♫ ♪..♩〜♫ ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩♫。 ♪〜♬..♩〜♫ ♪..♩〜♫ ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩..♩〜♫。 ♪〜♬..♩

大家好,我預想的本號後面推送文章的內容大概是消費電子產品科普向的,主要是新名詞解析,做這方面內容的主要目的是祛魅。「祛魅」(分解)是個哲學詞彙,當然我並不懂哲學;我這裡用祛魅這個詞想表達的意思是對於科學和知識的神祕性、神聖性、魅惑力的消解。想這樣做,自然是源於個人對目前網際網路浮誇營銷的抵制,被浮誇營銷侵蝕不僅導致看不清網際網路,還容易看不清自己。毫無疑問,科學研究是高尚的,每一項新技術的面世都包含了研究人員大量的心血,但現行的營銷方式卻讓大量技術成就變了味。我希望的是,每當有新技術出現,人們急切地去了解其原理、優缺點,然後由衷地說一句「原來是這樣,很棒,挺有意思的」,而不是「牛逼!驚呆!沸騰!顛覆!」

我目前想做的就是對網上比較火的技術或者概念進行解析,以儘量平實的語言去說明其技術原理與優缺點,而不是見啥都先來一句「牛逼」。不過我自己懂得也不多,何況懂了也不代表就能講明白,這對我自己是很大的考驗,接下來會努力查資料,然後和大家分享自己的體會;現學現賣很容易出現紕漏,歡迎大家指正。

從今天開始,我們先把目光投向屏幕,說一說目前網上在屏幕方面關注得比較多的內容。要說屏幕,首先就得說到液晶屏,也就是液晶顯示器(liquid-crystal display)。不過在這之前我們先要說說顏色與像素。

素質教育階段我們學習了三原色相關的知識,然後我們來看看在屏幕上要如何實現各種顏色的顯示。

屏幕像素(pixel)的概念應該不用多解釋,一個像素就是一個顯像點,橫向、縱向各若干像素點排列成一塊屏幕。不同像素點呈現不同顏色時,整個屏幕上就出現了圖像。

可是具體的某個像素點是如何顯示出不同顏色的呢?當然還是RGB三原色的混合。一個像素包含紅、綠、藍三個微小色塊,這個色塊可以叫做子像素

三個子像素各自參與顯示的量不同,像素呈現出的顏色就不同。那子像素在顯示時的參與量又是如何調節的呢?下面我們正式開始了解LCD屏幕的顯示原理。

LCD屏幕需要背光源(back-light),背光源爲白光,白光穿透有顏色的薄膜就能顯示出彩色。看我的靈魂PPT繪圖

但屏幕顯示內容會變化,也就是需要調節背光,這通過液晶層(liquid-crystal)來實現。而在這之前,我們先給屏幕加兩張偏光片(光的偏振呢,就只能自己去翻物理書了,我也不懂),一張豎直、一張水平。背光通過第一張偏光片時,只有與偏光片偏振方向相應的部分光能通過,但由於方向與第二張偏光片垂直,所以無法通過,屏幕是黑的。

然後就用液晶來調整第一張偏光片後的偏正光方向,使其能夠通過第二張偏光片。

液晶,即液態晶體(Liquid Crystal,LC),它具有獨特的光學性質,光線會沿著液晶的晶體方向傳播,所以液晶會扭曲偏振光的方向。通過合適的排列,就能旋轉通過第一張偏光片後的偏振光,使其通過第二張偏光片。

不過這時候顯示在屏幕上的還是白色,怎麼調整爲其他顏色呢?液晶還有一種獨特的電磁學性質,處於靜電場中的液晶分子會誘發感應電荷並產生靜電扭力,從而使液晶分子的排列發生變化。液晶分子排列方向被靜電場改變,那通過的光線旋轉方向自然也發生改變。所以,還需要在液晶層兩側加一對電極板,並通過調整電極板之間的電壓來控制液晶分子排列的扭曲程度,從而控制通過第二塊偏光片的光量,最終呈現出各種各樣的顏色。

好了,上面就是LCD屏幕的大體工作原理,不知道大家有沒有看懂我的靈魂繪圖。這還有一張從維基百科複製過來的更詳細的示意圖

B站up主啃芝士有個關於LCD屏幕的視頻動畫做得挺不錯的,感興趣的同學也可以看看,av號:47794394

下期,我們將講解OLED屏幕的工作原理,敬請期待。