TFT液晶显示屏工作原理

　　目前液晶屏透光性能有两种不同类型的屏：第一种是在电极板上不加电压时，屏幕是亮的，在电极板上加电压时，屏幕是黑的；第二种是在电极板上不加电压时，屏幕是黑的，在电极板上加电压时，屏幕是亮的。这两种屏在构造上仅是两块偏振片的偏振轴一个是相互垂直；另一个两块偏振片的偏振轴一个是相互平行的。在本文中我们以第一种在电极板上不加电压时，屏幕是亮的为例，加以介绍。
　　
　　(1)液晶屏中液晶分子的“自然态”（没有行位移脉冲），如下图所示
　　
　　在下图状态，g1电极线没有行脉冲，开关k断开，列电极信号电压不能通过开关k加到电极板上，该像素显示单元的电极板和公共电极之间没有施加任何电压，液晶分子是处于无控制电场的自然状态。
　　
　　由于在液晶分子两边的上下极板刻有相互垂直的槽，下面一块极板是水平槽，上面一块极板是垂直槽，所以在这一个像素的显示区域内，最下面的一个液晶分子水平卧在下面极板水平槽里；最上面一个分子则垂直卧在上面极板的垂直槽里面。而最上和最下两个分子中间的分子，由于分子和分子之间引发的“粘性”作用，则以逐渐扭曲90°的状态在而最上和最下两个分子中间排列。在图20中，两个极板中间长棒型液晶分子的扭曲90°状态，这种没有加电场扭曲90°的状态，我们称之为液晶分子的“自然态”。
　　
　　液晶分子在“自然态”扭曲90°时，从下面向上射入的水平偏振光经过扭曲90°状态的液晶分子的引导，也跟随液晶分子扭曲90°；由水平偏振光扭曲成为了垂直偏振光（在图20中，红色光由下向上水平射入：扭曲90°由上极板垂直射出所示），由于射出的是垂直偏振光，而最上面的一块偏振片（偏振镜）的偏振轴（垂直排列的线）是垂直的。所以射出的垂直偏振光顺利的越过垂直偏振轴的偏振片，也就是光线全部穿过液晶屏达到液晶显示屏平面上，我们可以看到一个很明亮的屏幕，这就是前面所说的，第一种在电极板上不加电压时，屏幕是亮的一种屏。

　　(2)当行位移脉冲来到g1电极线时，开关k被连通，如下图所示
　　
　　这时行位移脉冲来到g1电极线上，行脉冲控制着开关k迅速接通一次，列驱动电路把相应的图像的像素电信号经过s1列电极线及被连通的开关k加到了液晶分子上下两边的极板上，并对两个极板并接的电容器c充电，如下图所示。
　　
　　加到极板上的电压，在极板间形成电场，电场控制了液晶分子产生位置及角度的变化，在图21中看到：液晶的分子在电场的作用下全部竖立起来，不再是90°的扭曲状态。所以原来穿过液晶屏扭曲90°，由水平偏振光变成垂直偏振光的光线，又还原成了水平偏振光，由上面的电极板射了出来。但是，此射出的水平偏振光，在要穿过最上面一块偏振片时，遇到了阻力。由于穿过液晶分子层射出来的偏振光是水平偏振光，无法通过最前面的垂直偏振轴的偏振片，光线不能达到穿过液晶屏。现在我们看到液晶屏就成了不亮的“黑屏”。

　　(3)当行位移脉冲来又离开g1电极线时，开关k又被切断，如下图所示
　　
　　由于行脉冲是逐行触发的位移脉冲，在gl电极线只停留约50μs，当g1电极线上的行脉冲离开后，开关k立即由断开，两个产生电场的极板就会又失去电压，控制液晶分子的电场又会立即消失，液晶的分子又会回到“自然态”，液晶屏又会变成“白屏”。但是这时并联在电极板上的电容器c就发挥作用了，由于行脉冲控制开关接通时，并对电容器c充电；充电到像素亮度电平的电压，行脉冲离开g1电极线后，开关g1即断开，电容器上面的电压继续保持着电极板间的电场强度，控制维持着液晶分子扭曲变化的状态，并保持对穿过偏振光的控制作用。也就是说，尽管行位移脉冲已经离开g1电极线，但是液晶屏的亮度继续维持着“黑屏”的亮度状态。
　　
　　行位移脉冲离开g1行电极线后，开关k被切断，这时电容器c上面充电维持的电压没有放电回路，电压会永远保持下去的，直到下一个行驱动控制周期（下一场图像）到来时，行位移脉冲又来到g1行电极线，触发接通了行电极线上的控制的开关k；开关k接通s1列电极线上面的像素电信号，又可以通过开关对电容器进行再充电（开关k导通后是一个双向开关，电容器c可以通过开关充电，也可以通过开关放电，主要是由s1列电极线再次送来的像素电信号的幅度决定）。这时如果列电极线s1送来的像素电信号的电压幅度比上一次大，就继续对电容器c进行更高电压的充电；电场的控制光线的强度继续加大，如果这时列电极线s1送来的像素电信号的电压幅度比上一次小，那么，电容器c上原来充电的较高电压就通过开关放电，始终保持在每一个场时间内；电容器c上的电压和s1列电极线上送来的像素电信号电压一致，这样也就保证了这一个像素点的亮度随图像每场的规定要求一致变化，全屏所有几百万个被控制的像素点都达到这样的变化。那么，液晶屏上正确的动态图像就显示出来了。

　　(4)像素电信号电压的大小对通过液晶屏光线强度的影响
　　
　　我们知道加到液晶屏列驱动电极上面的信号是模拟信号，要用这个模拟信号来控制液晶分子扭曲的角度，以便达到控制通过光线的强度，从而实现显示图像的灰度（图像的层次）。
　　
　　液晶电视机之所以能沾上“数字”的边，是因为内部的处理信号的电路是数字电路，特别是需要把给cpt（显像管）电视机显像用的像素排列关系是“串行”的信号变换为液晶屏能显示的像素排列关系是以行为单位的“并行”的电信号的“时序控制电路”(t-con)，必须是数字电路。因为只有数字电路才能对信号进行存储，才能重新改变信号排列的序列关系（等离子电视机加到等离子屏上面的是数字像素的电信号，它采用子场显示方式达到重现图像的灰度）。
　　
　　所以说，液晶屏的列驱动电路，加到列电极线上面的像素电信号是一个电压幅度跟随图像的内容是不断变化的模拟信号。这个不断变化的电压，也不断地改变电容器c上面的充电电压；也不断地改变电极板之间的电场大小；也不断地改变液晶分子扭曲的角度；也不断地改变通过光线的大小；也不断地改变了液晶屏上像素点亮度的大小（这个改变周期是每一场图像时间改变一次）。

　　像素电信号电压的幅度变化和液晶分子扭曲的角度大小和控制的通过液晶分子光线的大小，是严重不成比例的，是一个非线性关系。如果不经过精心、精确的校正重现的图像会非常难看。这个校正是一个非常精细、麻烦的事情，但是必须校正，这就是常听到的“伽马校正”(gamma)。这方面的原理及电路以后分析t-con电路时会详细介绍。
　　
　　通过上面的介绍，现在可以有一种液晶屏，可以显示不同标准的视频信号，也就是任何场频标准的视频信号都可以显示。这是利用“电容器c两端电压不能突变”的道理创造、发明的。这种屏叫tft（薄膜场效应管）液晶屏（为什么叫tft屏以后再说明）。

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