LCD 工作原理揭秘

LCD 工作原理揭秘 了解液晶 顾名思义，液晶显示器(Liquid Crystal Display，简称 LCD)就是使用了 “液晶”(Liquid Crystal)作为材料的显示器，那什么是液晶呢,其实，液晶是一种介于固态和液态之间的物质，当被加热时，它会呈现透明的液态， 而冷却的时候又会结晶成混乱的固态，液晶是具有规则性分子排列的有机化 合物。液晶按照分子结构排列的不同分为三种:类似粘土状的 Smectic 液晶、 类似细火柴棒的 Nematic 液晶、类似胆固醇状的 Cholestic 液晶。这三种液 晶的物理特性都不尽相同，用于液晶显示器的是第二类的 Nematic 液晶，分 子都是长棒状的，在自然状态下，这些长棒状的分子的长轴大致平行。 随着研究的深入，人们开始掌握液晶的许多其他性质:当向液晶通电时， 液晶体分子排列得井然有序，可以使光线容易通过;而不通电时，液晶分子 排列混乱，阻止光线通过。通电与不通电就可以让液晶像闸门般地阻隔或让光线穿过。这种可以控制光线的两种状态是液晶显示器形成图像的前提条件， 当然，还需要配合一定的结构才可以实现光线向图像转换，我们先来看看最原始的单色液晶显示器。 液晶通光原理 液晶显示器有很多种不同的结构，但从原理来看，基本上是相似的，现在我们就举例说明一下。 TN(扭曲向列型)单色液晶显示器的液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材，称为 Substrates，中间夹着一层液晶，结构就好像一块“三明治”。 我们重点来看一下中间层，也就是液晶层，液晶并不是简单地灌入其中，而是灌入两个内部有沟槽的夹层，这两个有沟槽的夹层主要是让液晶分子可以 整齐地排列好，因为如果排列不整齐的话，光线是不能顺利地通过液晶部分 的。为了达到整齐排列的效果，这些槽制作得非常精细，液晶分子会顺着槽排列，槽非常平行，所以各分子也是完全平行的。 这两个夹层我们通常称为上下夹层，上下夹层中都是排列整齐的液晶分子，只是排列方向有所不同，上部夹层的液晶分子按照上部沟槽的方向来排 列，而下部夹层的液晶分子按照下部沟槽的方向排列。在生产过程中，上下 沟槽呈十字交错(垂直 90 度)，即上层的液 晶分子的排列是横向的，下层的液晶分子排列是纵向的，这样就造成了位于上下夹层之间的液晶分子接近上层 的就呈横向排列，接近下层的则呈纵向排列。 如果从整体来看，液晶分子的排列就像螺旋形的扭转排列，而扭转的关键地方正是夹层之间的分子。而夹层中设置了一个关键的设备，叫做极化滤 光片，这两块滤光片的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同，假设在 正常情况下光线从上向下照射时，通常只有一个角度的光线能够穿透下来，通过上滤光片导入上部夹层的沟槽中，再通过液晶分子扭转排列的通路从下 滤光片穿出，形成一个完整的光线穿透途径。而一旦通过电极给这些液晶分 子加电之后，由于受到外界电压的影响，液晶分子不再按照正常的方式排列， 而变成竖立的状态，这样光线就无法通过，结果在显示屏上出现黑色。这样会形成透光时(即不加电时)为白、不透光时(加电时)为黑，字符就可以显示在屏幕上了，这便是最简单的显示原理。看到这里，可能大家会问，为什么 加电时设置为不透光呢,因为在通常状态下显示器都是亮着的，所以设置加电时不透光更节约能源。 液晶显示器是如何工作的 1. 普通液晶显示器工作原理 现在，我们知道了液晶的通光原理，但光是从哪里来的呢,因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，同时在液晶显 示屏背面有一块背光板和反光膜，背光板是由荧光物质组成的，可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。在这里，背光板发出的光线在穿过 偏振过滤层(也就是上文中提到的夹层)之后进入包含成千上万水晶液滴的液 晶层，液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单 元格构成屏幕上的一个像素，而这些像素可以是亮的，也可以是不亮的，大量排列整齐的像素中亮与不亮便形成了单色的图像。 那怎样可以控制好这大量像素中的点是亮还是不亮呢,这主要是由控制电路来控制，在无钠玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列， 在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶体的是否通光状态，在这个 时候，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀，控制光的通过与不通过。在液晶材料周边还有控制电路部分和驱动电路部分，这样就可以用信号来控制 单色图像的生成了。 2.TFT 液晶显示器原理 刚才我们提到的是最基本的液晶显示器的原理，目前液晶显示技术已经经过飞速的发展，TFT(薄膜晶体管)液晶显示器已成为主流，我们有必要了解 一下这种液晶显示器的工作原理。 其实新型的 TFT 液晶显示器的工作原理也是建立在 TN 液晶显示器原理的基础上的。两者的结构亦基本上相同，同样采用两夹层间填充液晶分子的设 计，只不过把 TN 上部夹层的电极改为 FET 晶体管，而下层改为共同电极。但 两者的工作原理还是有一定的差别。在光源 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 上，TFT 的显示采用“背透 式”照射方式，即假想的光源路径不是像 TN 液晶那样的从上至下，而是从下向上，这样的作法是在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出，它也借助液晶原理来传导光线，由于上下夹层的电极改成 FET 电极和共通电极。在 FET 电极导通时，液晶分 子的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现如 TN 液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显 示的目的。但不同的是，由于 FET 晶体管具有电容效应，能够保持电位状态， 先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到 FET 电极下一次再加电改变其排列方式。相对而言，TN 就没有这个特性，液晶分子一旦没有施压，立刻 就返回原始状态，这是 TFT 液晶和 TN 液晶显示的最大不同之处，也是 TFT 液 晶的优越之处。 综上所述，液晶显示器是通过 DVI 接口接收来自电脑显示卡的数字信号， 这些信号通过数据线传递到控制电路，控制电路调节液晶显示器的薄膜晶体管和透明显示电板，实现液晶的通光与不通光特性。这样，背景光源通过偏光镜和光线过滤层，最终实现显示效果。 彩色液晶显示器如何形成颜色 刚才我们只是提到单色的液晶显示器，那么彩色的液晶显示器又是怎样形成色彩的呢,通常，在彩色 LCD 面板中，每一个像素都是由三个液晶单元 格构成的，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色的过滤片。看 到这里相信大家也知道了，光线经过过滤片的处理照射到每个像素中不同色彩的液晶单元格之上，利用三原色的原理组合出不同的色彩。 PET/CT示踪剂 18F-FDG(氟代脱氧葡萄糖) 氟代脱氧葡萄糖 氟代脱氧葡萄糖是2-脱氧葡萄糖的氟代衍生物。其完整的化学名称为2-氟-2-脱氧-D- 葡萄糖，通常简称为18F-FDG或FDG。FDG最常用于正电子发射断层扫描(PET)类的医学成像设备:FDG分子之中的氟选用的是属于正电子发射型放射性同位素的氟-18(fluorine-18，F-18，18F，18氟)，从而成为18F-FDG(氟-[18F]脱氧葡糖)。在向病人(患者，病患)体内注射FDG之后，PET扫描仪可以构建出反映FDG体内分布情况的图像。接着，核医学医师或放射医师对这些图像加以评估，从而作出关于各种医学健康状况的诊断。 历史 二十世纪70年代，美国布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的Tatsuo Ido首先完成了18F-FDG的合成。1976年8月，宾夕法尼亚大学的Abass Alavi首次将这种化合物施用于两名正常的人类志愿者。其采用普通核素扫描仪(非PET扫描仪)所获得的脑部图像，表明了FDG在脑部的浓聚(参见下文所示的历史参考文献)。 作用机理与代谢命运 作为一种葡萄糖类似物，FDG将为葡萄糖高利用率细胞(high-glucose-using cells)所摄取，如脑、肾脏以及癌细胞。在此类细胞内，磷酸化过程将会阻止葡萄糖以原有的完整形式从细胞之中释放出来。葡萄糖之中的2位氧乃是后续糖酵解所必需的;因而，FDG与2-脱氧-D-葡萄糖相同，在细胞内无法继续代谢;这样，在放射性衰变之前，所形成的FDG-6-磷酸将不会发生糖酵解。结果，18F-FDG 的分布情况就会很好地反映体内细胞对葡萄糖的摄取和磷酸化的分布情况。 在FDG发生衰变之前，FDG的代谢分解或利用会因为其分子之中2'位上的氟而受到抑制。不过，FDG发生放射性衰变之后，其中的氟将转变为18O;而且，在从环境当中获取一个H+之后，FDG的衰变产物就变成了葡萄糖-6-磷酸，而其2'位上的标记则变为无害的非放射性“重氧”(heavy oxygen，oxygen-18);这样，该衰变产物通常就可以按照普通葡萄糖的方式进行代谢。 临床应用 在PET成像方面，18F-FDG可用于评估心脏、肺脏以及脑部的葡萄糖代谢状况。同时，18F-FDG还在肿瘤学方面用于肿瘤成像。在被细胞摄取之后，18F-FDG将由己糖激酶(在快速生长型恶性肿瘤之中，线粒体型己糖激酶显著升高)),加以磷酸化，并为代谢活跃的组织所滞留，如大多数类型的恶性肿瘤。因此，FDG-PET可用于癌症的诊断、分期(staging)和治疗监测(treatment monitoring)，尤其是对于霍奇金氏病(Hodgkin's disease，淋巴肉芽肿病，何杰金病)、非霍奇金氏淋巴瘤(non-Hodgkin's lymphoma，非何杰金氏淋巴瘤)、结直肠癌(colorectal cancer)、乳腺癌、黑色素瘤以及肺癌。另外，FDG-PET还已经用于阿耳茨海默氏病(Alzheimer's disease，早老性痴呆)的诊断。 在旨在查找肿瘤或转移性疾病(metastatic disease)的体部扫描应用当中，通常是将一剂FDG溶液(通常为5至10毫居里，或者说200至400兆贝克勒尔)迅速注射到正在向病人静脉之中滴注生理盐水的管路当中。此前，病人已经持续禁食至少6小时，且血糖水平适当较低(对于某些糖尿病病人来说，这是个问题;当血糖水平高于180 mg/dL = 10 mmol/L时，PET扫描中心通常不会为病人施用该放射性药物;对于此类病人，必须重新安排PET检查)。在给予FDG之后，病人必须等候大约1个小时，以便FDG在体内 充分分布，为那些利用葡萄糖的器官和组织所摄取;在此期间，病人必须尽可能减少身体活动，以便尽量减少肌肉对于这种放射性葡萄糖的摄取(当我们所感兴趣的器官位于身体内部之时，这种摄取会造成不必要的伪影(artifacts，人工假象))。接着，就会将病人置于PET扫描仪当中，进行一系列的扫描(一次或多次);这些扫描可能要花费20分钟直至1个小时的时间(每次PET检查，往往只会对大约体长的四分之一进行成像)。 生产与配送手段 医用回旋加速器(medical cyclotron)之中用于产生18F的高能粒子轰击条件(bombardment conditions)会破坏像脱氧葡萄糖(deoxyglucose，脱氧葡糖)或葡萄糖之类的有机物分子，因此必须首先在回旋加速器之中制备出氟化物形式的放射性18F。这可以通过采用氘核(deuterons，重氢核)轰击氖-20来完成;但在通常情况下，18F的制备是这样完成的:采用质子轰击富18O水(18O-enriched water，重氧水)，导致18O之中发生(p,n)核反应(中子脱出，或者说散裂(spallation))，从而产生出具有放射性核素标记的氢氟酸(hydrofluoric acid，HF)形式的18F。接着，将这种不断快速衰变的18F -(18-氟化物，18-fluoride)收集起来，并立即在“热室(hot cell)(放射性同位素化学制备室)”之中，借助于一系列自动的化学反应(亲核取代反应或亲电取代反应)，将其连接到脱氧葡萄糖之上。之后，采取尽可能最快的方式，将经过放射性核素标记的FDG化合物(18F的衰变限定其半衰期仅为109.8分钟)迅速运送到使用地点。为了将PET扫描检查项目的地区覆盖范围拓展到那些距离生产这种放射性同位素标记化合物的回旋加速器数百公里之遥的医学分子影像中心，其中可能还会使用飞机空运服务。 最近，用于制备FDG，备有自屏蔽(integral shielding，一体化屏蔽，一体化防护)以及便携式化学工作站(portable chemistry stations)的现场式回旋加速器(on-site cyclotrons)，已经伴随PET扫描仪落户到了偏远医院。这种技术在未来具有一定的前景，有望避免因为要将FDG从生产地点运送到使用地点而造成的忙乱。