LCD ekrano veikimo principas pagrįstas sąveika tarp skystųjų kristalų molekulių optinių savybių ir elektrinio lauko valdymo. Jo esmė yra pakeisti skystųjų kristalų molekulių išdėstymą naudojant elektrinį lauką, taip valdant šviesos perdavimą arba blokavimą, kad būtų pasiekta rodymo funkcija. Toliau pateikiamas išsamus konkretaus principo paaiškinimas:
Skystųjų kristalų optinės savybės: Skystieji kristalai yra specialios medžiagos tarp kietųjų ir skystųjų būsenų, o jų molekulinis išsidėstymas yra kryptingas. Kai šviesa praeina per skystuosius kristalus, dėl molekulinio išsidėstymo kelias pasisuka arba užblokuojamas. Pavyzdžiui, be pritaikyto elektrinio lauko skystųjų kristalų molekulės yra išdėstytos reguliariai, leidžiant šviesai praeiti; pritaikius elektrinį lauką, pasikeičia molekulinis išsidėstymas, šviesa gali pasisukti arba visiškai užblokuoti.
Molekulinio išdėstymo elektrinio lauko valdymas: LCD ekrano pagrindinę struktūrą sudaro du skaidrių elektrodų sluoksniai (pvz., indžio alavo oksidas, ITO) ir tarp jų esantis skystųjų kristalų sluoksnis. Kai elektrodams įjungiama įtampa, elektrinis laukas keičia skystųjų kristalų molekulių išlyginimo kryptį. Pavyzdžiui:
TN tipas (Twisted Nematic): be elektrinio lauko skystųjų kristalų molekulės yra išdėstytos spiraliniu būdu. Šviesa pasisuka 90 laipsnių kampu po to, kai praeina per poliarizatorių, o paskui per kitą poliarizatorių, rodant ryškią būseną; pritaikius elektrinį lauką, molekulinis išdėstymas tampa statmenas, o šviesa užblokuojama, rodoma tamsi būsena.
IPS (In-Plane Switching): valdo molekulinį sukimąsi per horizontalų elektrinį lauką, siūlydamas platesnį žiūrėjimo kampą, bet reikalauja didesnės važiavimo įtampos.
Foninis apšvietimas ir ekranas: patys LCD neskleidžia šviesos ir apšvietimui priklauso foninio apšvietimo modulis (pvz., LED). Šviesa praeina per skystųjų kristalų sluoksnį ir filtruojama spalvų filtrais, kad susidarytų raudoni, žali ir mėlyni (RGB) sub{1}}pikseliai, kurie kartu sukuria spalvotą vaizdą. Pavyzdžiui, kiekvienas pikselis susideda iš trijų sub-pikselių, o spalvų maišymas pasiekiamas valdant kiekvieno sub-pikselio pralaidumą.
Vairavimo būdai:
Speciali tvarkyklės IC: įprasti tvarkyklės lustai (pvz., 1621) valdo skystųjų kristalų molekules kintančiais teigiamomis ir neigiamomis bangų formomis, neleidžiant nuolatinei srovei sukelti molekulinės imobilizacijos (elektrocheminio skilimo). Pavyzdžiui, TN LCD reikia kintamos teigiamos ir neigiamos įtampos, kad prailgintų jų tarnavimo laiką.
Mikrovaldiklio analoginė tvarkyklė: paprasti skystųjų kristalų ekranai (pvz., taškiniai-matriciniai ekranai, kuriuose rodomi tik skaičiai) gali tiesiogiai naudoti mikrovaldiklio įvesties/išvesties prievadus, kad imituotų bangų formas ir sumažintų išlaidas, tačiau būtina užtikrinti, kad bangos formos dažnis ir amplitudė atitiktų LCD reikalavimus.
Aplinkos prisitaikymo optimizavimas yra labai svarbus. Žema temperatūra gali sulėtinti skystųjų kristalų atsako greitį, todėl reikalingi sprendimai, pvz., šildymo moduliai arba žemai temperatūrai atsparių medžiagų naudojimas. Didelės-raiškos ekrano reikalavimams reikia padidinti foninio apšvietimo ryškumą arba naudoti LED ekranus. Pavyzdžiui, lauko prietaisai turi normaliai veikti žemesnėje nei -20 laipsnių aplinkoje, todėl reikia pasirinkti plataus-temperatūrų diapazono skystųjų kristalų medžiagas.
Apibendrinant galima pasakyti, kad skystųjų kristalų ekranai rodo vaizdą, valdydami skystųjų kristalų molekulių išlyginimą per elektrinį lauką, kartu su foniniu apšvietimu ir spalvų filtrais. Vairavimo būdas turi būti suderintas su skystųjų kristalų tipu, o norint optimizuoti veikimą, reikia atsižvelgti į prisitaikymą prie aplinkos.
