LCD ekrāna darbības princips ir balstīts uz mijiedarbību starp šķidro kristālu molekulu optiskajām īpašībām un elektriskā lauka vadību. Tās būtība ir mainīt šķidro kristālu molekulu izvietojumu, izmantojot elektrisko lauku, tādējādi kontrolējot gaismas pārraidi vai bloķēšanu, lai sasniegtu displeja funkciju. Tālāk ir sniegts detalizēts konkrētā principa skaidrojums:
Šķidro kristālu optiskās īpašības: Šķidrie kristāli ir īpašas vielas starp cietu un šķidru stāvokli, un to molekulārais izvietojums ir virzīts. Kad gaisma iziet cauri šķidrajiem kristāliem, molekulārā izvietojuma dēļ ceļš ir savīti vai bloķēts. Piemēram, bez pielietota elektriskā lauka šķidro kristālu molekulas tiek sakārtotas regulāri, ļaujot gaismai iziet cauri; pēc elektriskā lauka pielietošanas tiek mainīts molekulārais izvietojums, un gaisma var būt savīti vai pilnībā bloķēta.
Molekulārā izkārtojuma elektriskā lauka kontrole: LCD pamata struktūra sastāv no diviem caurspīdīgu elektrodu slāņiem (piemēram, indija alvas oksīda, ITO) un šķidro kristālu slāņa, kas atrodas starp tiem. Kad elektrodiem tiek pielikts spriegums, elektriskais lauks maina šķidro kristālu molekulu izlīdzināšanas virzienu. Piemēram:
TN tips (twisted Nematic): bez elektriskā lauka šķidro kristālu molekulas ir sakārtotas spirālveida veidā. Gaisma tiek pagriezta par 90 grādiem pēc tam, kad tā iziet cauri polarizatoram un pēc tam caur citu polarizatoru, parādot spilgtu stāvokli; pēc elektriskā lauka pielietošanas molekulārais izvietojums kļūst perpendikulārs, un gaisma tiek bloķēta, parādot tumšu stāvokli.
IPS (In-Plane Switching): kontrolē molekulāro rotāciju caur horizontālu elektrisko lauku, piedāvājot plašāku skata leņķi, bet prasa lielāku piedziņas spriegumu.
Fona apgaismojums un displejs: LCD paši neizstaro gaismu un paļaujas uz fona apgaismojuma moduli (piemēram, LED). Gaisma iziet cauri šķidro kristālu slānim un tiek filtrēta ar krāsu filtriem, veidojot sarkanus, zaļus un zilus (RGB) apakšpikseļus, kas apvienojas, veidojot krāsainu attēlu. Piemēram, katrs pikselis sastāv no trim apakš-pikseļiem, un krāsu sajaukšana tiek panākta, kontrolējot katra apakš-pikseļa caurlaidību.
Braukšanas metodes:
Īpaša draivera IC: parastās draiveru mikroshēmas (piemēram, 1621) kontrolē šķidro kristālu molekulas, mainot pozitīvas un negatīvas viļņu formas, neļaujot līdzstrāvai izraisīt molekulāro imobilizāciju (elektroķīmisko degradāciju). Piemēram, TN LCD ir nepieciešams mainīgs pozitīvais un negatīvais spriegums, lai pagarinātu to kalpošanas laiku.
Mikrokontrollera analogais draiveris: vienkārši LCD ekrāni (piemēram, punktmatricas ekrāni, kas parāda tikai skaitļus) var tieši izmantot mikrokontrollera I/O portus, lai modelētu viļņu formas, tādējādi samazinot izmaksas, taču ir jānodrošina, lai viļņu formas frekvence un amplitūda atbilstu LCD prasībām.
Vides pielāgošanās spēju optimizācija ir ļoti svarīga. Zema temperatūra var palēnināt šķidro kristālu reakcijas ātrumu, tādēļ ir nepieciešami tādi risinājumi kā sildīšanas moduļi vai zemu temperatūru izturīgu materiālu izmantošana. Augstas-izšķirtspējas displeja prasībām ir nepieciešams palielināt fona apgaismojuma spilgtumu vai izmantot LED ekrānus. Piemēram, āra instrumentiem ir jādarbojas normāli vidē, kas ir zemāka par -20 grādiem, tāpēc ir jāizvēlas plaša-temperatūras diapazona šķidro kristālu materiāli.
Rezumējot, LCD nodrošina attēla displeju, kontrolējot šķidro kristālu molekulu izlīdzināšanu, izmantojot elektrisko lauku, apvienojumā ar fona apgaismojumu un krāsu filtriem. Braukšanas metodei jābūt saskaņotai ar šķidro kristālu tipu, un, lai optimizētu veiktspēju, jāņem vērā spēja pielāgoties videi.
