液晶显示器学习笔记

液晶显示器学习笔记

1．液晶显示器的结构

液晶显示器件从结构上说，属于平板显示器件。其基本结构，呈平板形。不同类型的液晶显示器件其部分部件可能会有不同，如：相变型、PDLC、多稳态型液晶显示器件没有偏振片，有源矩阵型液晶显示器件在基板上制作有有源矩阵电路等，但是所有液晶显示器件都可以认为是由两片光刻有透明导电电极的基板，夹持一个液晶层，封接成一个偏平盒，有时在外表面还可能贴装上偏振片等构成。典型液晶显示器件基本结构如图3-7所示。它主要由偏光片、前玻璃基板、封接边、后玻璃基板、偏光片这几大部分组成，如图3-8所示。

构成液晶显示器件的三大基本部件和特点介绍如下：

（1）玻璃基板是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片。表面蒸镀有一层In2O3或SnO2

透明导电层，即ITO膜层。经光刻加工制成透明导电图形。这些图形由像素图形和外引线图形组成。因此，外引线不能进行传统的锡焊，只能通过导电橡胶条或导电胶带等进行连接。如果划伤、割断或腐蚀，则会造成器件报废。

（2）液晶材料是液晶显示器的主体。不同器件所用液晶材料不同，液晶材料大都是由几种乃至十几种单体液晶材料混合而成。每种液晶材料都有自己固定的清亮点T L和结晶点Ts。因此也要求每种液晶显示器件必须使用和保存在Ts~T L之间的一定温度范围内，如果使用或保存温度过低，结晶会破坏液晶显示器件的定向层；而温度过高，液晶会失去液晶态，也就失去了液晶显示器件的功能。

（3）偏振片又称偏光片，由塑料膜材料制成。涂有一层光学压敏胶，可以贴在液晶盒的表面。前偏振片表面还有一保护膜，使用时应揭去，偏振片怕高温、高湿条件下会使其退偏振或起泡。

2．液晶显示器的工作原理

目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器（Twisted Nematic TFT LCD），TFT就是“Thin Film Transistor”的简称，一般代指薄膜液晶显示器，而实际上指的是薄膜晶体管（矩阵）——可以“主动的”对屏幕上的各个独立的象素进行控制，这也就是所谓的主动矩阵TFT（active matrix TFT）的来历。那么图象究竟是怎么产生的呢？基本原理很简单：显示屏由许多可以发出任意颜色的光线的象素组成，只要控制各个象素显示相应的颜色就能达到目的了。在TFT LCD中一般采用背光技术，背光通过CCFL（冷阴极射线荧光管）发出，为了能精确地控制每一个象素的颜色和亮度就需要在每一个象素之后安装一个类似百叶窗的开关，当“百叶窗”打开时光线可以透过来，而“百叶窗”关上后光线就无法透过来。当然，在技术上实际上实现起来就不像刚才说的那么简单。LCD（Liquid Crystal Display）就是利用了液晶的特性（当加热时为液态，冷却时就结晶为固态）。一个成品TFT显示屏，一般由一个夹层组成，组成这个夹层的每一层大致是偏光板、彩色滤光片组成，这两层之间就是液晶层。偏光板、彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生成何种颜色的光。这个夹层位于两层玻璃基板之间。在上层玻璃基板上有FED晶体管，而下层是共同电极，他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排列方式。下图是扭曲向列TFT显示器的工作示意图：

从上图结构上看，液晶屏由两片线性偏光器和一层液晶所构成。其中，两片线性偏光器分别位于液晶面板的内外层，每片只允许透过一个方向的光线，它们放置的方向成90度交叉（水平、垂直），也就是说，如果光线保持一个方向射入，必定只能通过某一片线性偏光器，而无法透过另一片，默认状态下，两片线性偏光器间会维持一定的电压差，滤光片上的薄膜晶体管就会变成一个个的小开关，液晶分子排列方向发生变化，不对射入的光线产生任何影响，液晶显示屏会保持黑色。一旦取消线性偏光器间的电压差，液晶分子会保持其初始状态，将射入光线扭转90度，顺利透过第二片线性偏光器，液晶屏幕就亮起来了。彩色滤光器方式

LCD 的结构如图3-3-4所示。

液晶显示器的驱动是在两透明电极之间施加电场以改变液晶分子对光的透射率。根据液晶显示器的不同结构，其驱动方式有多种，有段电极驱动（显示字符）、无源矩阵电极驱动（可显示图像，但多路驱动时有串扰）、有源矩阵电极驱动（像素独立寻址，多路驱动无串扰、阈值陡）等。对彩显液晶显示屏的驱动，目前主要采用有源矩阵电极驱动。

有源矩阵液晶显示屏分为晶体管驱动和非线性元件驱动两类。目前应用最多的晶体管驱动显示屏。薄膜场效应晶体管（TFT, Thin Film Transistor ）驱动的液晶显示器的一个像素，薄膜晶体管TFT 是开关器件。它的导通与截止状态接近理想开关，因此，各个像素之间的寻址完全独立，从而，消除了各个液晶像素之间的交叉串扰。大大改善了液晶显示图像的对比度和清晰度。TFT 象素架构如下图示，彩色滤光镜依据颜色分为红、绿、蓝三种，依次排列在玻璃基板上组成一组（dot pitch ）对应一个象素每一个单色滤光镜称之为子象素（sub-pixel ）。也就是说，如果一个TFT 显示器最大支持1280×1024分辨率的话，那么至少需要1280×3×1024个子象素和晶体管。对于一个15英寸的TFT 显示器（1024×768）那么一个象素大约是0.0188英寸（相当于0.30mm ），对于18.1英寸的TFT 显示器而言（1280×1024），就是0.011英寸（相当于0.28mm ）

扫

描（行

）电极

X2 X3 Xn

Y1Y2Y3 …… Ym …… 信号（列）电极 图3-3-6 无源矩阵电极结构 行、列电极交叉点即为显示像素，如Y3、

X3电极同时选通了像素P 33，P 33发光

当TFT 栅极被扫描选通时，栅极加入一正高压脉冲Vg ，TFT 导通，若此时源极有信号V LD 输入，液晶像素即加上了信号电压V LD 。Vg 消失后，C LD 上的电荷将保持相当长的时间，直至再次被选通后新的V LD 到来，C LD 上的电荷才改变。TFT 驱动时序如下图所示。

TFT —LCD 驱动矩阵的结构如图3-3-9、图3-3-10所示。当行线Xi 加高电平脉冲时，连接在Xi 上的TFT 全部被选通，图像信号经缓冲器同步加在源极母线（Y1～Ym ）上，经TFT 将信号电荷加在液晶像素上。Xi 每帧被选通一次，Y1～Ym 每行都要被选通。

V 图 3-3-8 TFT 驱动时序

t T1—选通时间 T2—非选通时间

源极母线

图3-3-9 有源矩阵电极驱动电路

彩色TFT —LCD 有源矩阵显示器在下玻璃板上制作扫描线（X ）和寻址线(Y)，在其交叉处制作TFT 及像素电极（透明），上玻璃下的整体透明电极是公用电极，在其上用精细加工方法制作RGB 滤色膜，滤色膜与TFT 像素矩阵上下对应。最后经封盒、灌注、堵孔、贴偏振片、表面防眩处理等一系列工艺制成器件，如图3-3-11所示。

极母

极母

电

极

TFT

玻璃

图3-3-11 彩色TFT 有源矩阵液晶显示器