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液晶显示器基本知识原理及驱动方式
发表时间:2018-08-21  浏览次数:

什么是TFT?

TFT(Thin Film Transistor)为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件,在每个像素点上设计一个场效应开关管,这样就容易实现真彩色、高分辨率的液晶显示器件。现在的TFT型液晶一般都实现了18bit以上的彩色(218色),在分辨率上,实现VGA(640×480)、SVGA(800×600)、XGA(1024×768)、SXGA(1280×1024)甚至UXGA(1600×1200)都已成为现实。

什么是LCD液晶显示器?

LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器使用了目前最新的全彩显示技术,而且原理简单易懂。基本上,整个液晶显示技术的概念是利用液晶的物理特性:通电时导通,排列变的有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。就技术面而言,液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材,称为Substrates,中间夹著一层液晶。当光束通过这层液晶时,液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状,因而阻隔或使光束顺利通过。

 

规则LCD遵守一系列与CRT显示不同的规则。LCD克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点,但也同时带来了造价过高、视角不广以及彩色显示不理想等问题。CRT显示可选择一系列分辨率,而且能按屏幕要求加以调整,但LCD屏只含有固定数量的液晶单元,只能在全屏幕使用一种分辨率显示(每个单元就是一个像素)。CRT通常有三个电子枪,射出的电子流必须精确聚集,否则就得不到清晰的图像显示。但LCD不存在聚焦问题,因为每个液晶单元都是单独开关的。这正是同样一幅图在LCD屏幕上为什么如此清晰的原因。LCD也不必关心刷新频率和闪烁,液晶单元要么开,要么关,所以在40-60Hz这样的低刷新频率下显示的图像不会比75Hz下显示的图像更闪烁。 但另一方面,LCD屏的液晶单元极易出现暇疵。对1024x768的屏幕来说,每个像素都由三个单元构成,分别负责红、绿和蓝色的显示一所以总共约需240万个单元(1024x768x3=2359296)。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是,其中一部分己经短路(出现"亮点"),或者断路(出现"黑点")。有些顾客可能认为如此高昂的价格应该买到完美的LCD显示屏-很不幸这不是现实,最多能挑到暇点不特别明显的屏幕而已。

LCD显示屏包含了在CRT技术中未曾用到的一些东西。为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有些时候,我们会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条。也可能出现一些不雅的条纹,一幅特殊的浅色或深色图像会对相邻的显示区域造成影响。此外,一些相当精密的图案(比如经抖动处理的图像)可能在液晶显示屏上出现难看的波纹或者干扰纹。 另外还有一个视角或者"观察角度"的问题。LCD之所以存在视角问题,是由于它采用的是光线透射机制,会对穿过屏幕的光线进行调节。而CRT是一种光线发射系统。对CRT来说,屏幕背后的特殊材料(荧光粉)能主动发射出光线。而在LCD中,虽然光线能穿透正确的像素,但倾斜的光线也会穿透相邻的像素,所以从正常视角之外观看时会发现颜色严重失真。

TFT液晶显示器原理

TFT型的液晶显示器较为复杂,主要的构成包括了,萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先液晶显示器必须先利用背光源,也就是萤光灯管投射出光源,这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶,这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩,并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。 

液晶屏幕的驱动方式

单纯矩阵驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成,选择要驱动的部份由水平方向电压来控制,垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。 

在TN与STN型的液晶显示器中,所使用单纯驱动电极的方式,都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动,如下图所示,因此如果显示部份越做越大的话,那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致,整体速度上就会变慢。讲的简单一点,就好象是CRT显示器的屏幕更新频率不够快,那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动;或着是当需要快速3D动画显示时,但显示器的显示速度却无法跟上,显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以,早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制,而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。 

主动式矩阵的驱动方式是让每个画素都对应一个组电极,它个构造有点像DRAM的回路方式,电压以扫描的(或称作一定时间充电)方式,来表示每个画素的状态。 

为了改善此一情形,后来液晶显示技术采用了主动式矩阵(active-matrix addressing)的方式来驱动,这是目前达到高资料密度液晶显示效果的理想装置,且分辨率极高。方法是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极,利用扫描法来选择任意一个显示点(pixel)的开与关。这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。 

在TFT型液晶显器中,导电玻璃上画上网状的细小线路,电极则由是薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关,在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣,虽然驱动讯号快速地在各显示点扫瞄而过,但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压,使液晶分子轴转向而成「亮」的对比,不被选择的显示点自然就是「暗」的对比,也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。

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