TFT-LCD顯示器的原理是什么？

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。所謂薄膜晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶像素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)。從而可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器。

TFT-LCD液晶顯示屏 [2] 是薄膜晶體管型液晶顯示屏，也就是“真彩”(TFT)。TFT液晶為每個(gè)像素都設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)，每個(gè)像素都可以通過(guò)點(diǎn)脈沖直接控制，因而每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對(duì)獨(dú)立，并可以連續(xù)控制，不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示色階，所以TFT液晶的色彩更真。

在眾多的平板顯示器激烈競(jìng)爭(zhēng)中，何以TFT-LCD能夠脫穎而出，成為新一代的主流顯示器決不是偶然的，是人類科技發(fā)展和思維模式發(fā)展的必然。液晶先后避開了困難的發(fā)光問(wèn)題，利用液晶作為光閥的優(yōu)良特性把發(fā)光顯示器件分解成兩部分，即光源和對(duì)光源的控制。作為光源，無(wú)論從發(fā)光效率、全彩色，還是壽命，都已取得了輝煌的成果，而且還在不斷深化之中。

LCD發(fā)明以來(lái)，背光源在不斷地進(jìn)步，由單色到彩色，由厚到薄，由側(cè)置熒光燈式到平板熒光燈式。在發(fā)光光源方面取得的最新成果都會(huì)為L(zhǎng)CD提供新的背光源。隨著光源科技的進(jìn)步，會(huì)有更新的更好的光源出現(xiàn)并為L(zhǎng)CD所應(yīng)用。余下的就是對(duì)光源的控制，把半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的技術(shù)和工藝移植過(guò)來(lái)，成功研制了薄膜晶體管(TFT)生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液晶光閥的矩陣尋址控制，解決了液晶顯示器的光閥和控制器的配合，從而使液晶顯示的優(yōu)勢(shì)得以實(shí)現(xiàn)。

我們一般認(rèn)為物體有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，其實(shí)這只是針對(duì)水而言，有一些有機(jī)化合物 還有介于固態(tài)和液態(tài)中間的狀態(tài)

a:背景

兩塊偏光的柵欄角度相互垂直時(shí)光線就完全無(wú)法通過(guò)。

圖(六)

b:TFT LCD顯示原理

液晶顯示器就是利用偏光板這個(gè)特性來(lái)完成的，利用上下兩片柵欄之間互垂直的偏光板之間充滿了液晶，在利用電場(chǎng)控制液晶分支的旋轉(zhuǎn)，來(lái)改變光的行進(jìn)方向，如此一來(lái)，不同的電場(chǎng)大小，就會(huì)形成不同顏色度了，如圖(七)。

圖(七)

b-1:當(dāng)在不加上電極的時(shí)候，當(dāng)入射的光線經(jīng)過(guò)下面的偏光板(起偏器)時(shí), 會(huì)剩下單方向的光波,通過(guò)液晶分子時(shí), 由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度, 所以當(dāng)光波到達(dá)上層偏光板時(shí), 光波的極化方向恰好轉(zhuǎn)了90度。下層的偏光板與上層偏光板, 角度也是恰好差異90度。 所以光線便可以順利地通過(guò)，如果光打在紅色的濾光片上就顯示為紅色。效果如圖(七)中前兩個(gè)圖所示。

b-2:當(dāng)再加上電極后(最大電極)，液晶分子在受到電場(chǎng)的影響下，都站立著，光路沒有改變，光就無(wú)法通過(guò)上偏光板，也就無(wú)法顯示，如圖(七)藍(lán)色濾光片下面的液晶。

c:TFT-LCD驅(qū)動(dòng)電路。

為了顯示任意圖形，TFT-LCD用m×n點(diǎn)排列的逐行掃描矩陣顯示。在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，首先要考慮液晶電解會(huì)使液晶材料變質(zhì)，為確保壽命一般都采用交流驅(qū)動(dòng)方式。已經(jīng)形成的驅(qū)動(dòng)方式有：電壓選擇方式、斜坡方式、DAC方式和模擬方式等。由于TFT-LCD主要用于筆記本計(jì)算機(jī)，所以驅(qū)動(dòng)電路大致分成：信號(hào)控制電路、電源電路、灰度電壓電路、公用電極驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路和尋址線驅(qū)動(dòng)電路(柵極驅(qū)動(dòng)IC)。

上述驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是：信號(hào)控制電路將數(shù)字信號(hào)、控制信號(hào)以及時(shí)鐘信號(hào)供給數(shù)字IC，并把控制信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)供給柵極驅(qū)動(dòng)IC;電源電路將需要的電源電壓供給數(shù)字IC和柵極驅(qū)動(dòng)IC;灰度電壓電路將數(shù)字驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的10個(gè)灰度電壓各自供給數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng);公用電極驅(qū)動(dòng)電路將公用電壓供給相對(duì)于像素電極的共享電極;數(shù)據(jù)線驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)控制電路送來(lái)的RGB信號(hào)的各6個(gè)比特顯示數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘信號(hào)，定時(shí)順序鎖存并續(xù)進(jìn)內(nèi)部，然后此顯示數(shù)據(jù)以6比特DA變換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，再由輸出電路變換成阻抗，供給液晶屏的資料線;柵極驅(qū)動(dòng)電路將信號(hào)控制電路送來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)移位寄存器轉(zhuǎn)換動(dòng)作，將輸出電路切換成ON/OFF電壓，并順次加到液晶屏上。最后，將驅(qū)動(dòng)電路裝配在TAB(自動(dòng)焊接柔性線路板)上，用ACF(各向異性導(dǎo)電膠膜)、TCP(驅(qū)動(dòng)電路柔性引帶)與液晶顯示屏相連接。

d:TFT-LCD工作原理

首先介紹顯示原理。液晶顯示的原理基于液晶的透光率隨其所示電壓大小而變化的特性。當(dāng)光通過(guò)上偏振片后，變成線性偏振光，偏振方向與偏振片振動(dòng)方向一致，與上下玻璃基板上面液晶分子排列順序一致。當(dāng)光通過(guò)液晶層時(shí)，由于受液晶折射，線性偏振光被分解為兩束光。又由于這兩束光傳播速度不同(相位相同)，因而當(dāng)兩束光合成后，必然使振光的振動(dòng)方向發(fā)生變化。通過(guò)液晶層的光，則被逐漸扭曲。當(dāng)光達(dá)到下偏振片時(shí)，其光軸振動(dòng)方向被扭曲了90度，且與下偏振片的振動(dòng)方向保持一致。這樣，光線通過(guò)下偏振片形成亮場(chǎng)。加上電壓以后，液晶在電場(chǎng)作用下取向，扭曲消失。

這時(shí)，通過(guò)上偏振片的線性偏振光，在液晶層不再旋轉(zhuǎn)，無(wú)法通過(guò)下偏振片而形成暗場(chǎng)?？梢娨壕П旧聿话l(fā)光，在外光源的調(diào)制下，才能顯示，在整個(gè)顯示過(guò)程中，液晶起到一個(gè)電壓控制的光閥作用。TFT-LCD的工作原理則可簡(jiǎn)述為：當(dāng)柵極正向電壓大于施加電壓時(shí)，漏源電極導(dǎo)通，當(dāng)柵極正向電壓等于0或負(fù)電壓時(shí)，漏源電極斷開。漏電極與ITO像素電極連結(jié)，源電極與源線(列電極)連結(jié)，柵極與柵線(行電極)連結(jié)。這就是TFT-LCD的簡(jiǎn)單工作原理

c:常用的液晶結(jié)構(gòu)

c-1：所謂的NW(Normally white)

NW指當(dāng)我們對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí), 我們所看到的面板是亮的畫面, 所以才叫做normally white。另外一種, 當(dāng)對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí), 面板無(wú)法透光, 看起來(lái)是黑色的, 就稱之為NB(Normally black)

c-2:為什么要有這兩種結(jié)構(gòu)?

主要是為了不同的應(yīng)用環(huán)境。 一般桌上型計(jì)算機(jī)或是筆記型計(jì)算機(jī),大多為NW的配置,那是因?yàn)橐话阌?jì)算機(jī)軟件的使用環(huán)境,你會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)屏幕大多是亮點(diǎn), 也就是說(shuō)計(jì)算機(jī)軟件多為白底黑字的應(yīng)用。 既然亮著的點(diǎn)占大多數(shù), 使用NW當(dāng)然比較方便,也因?yàn)镹W的亮點(diǎn)不需要加電壓, 平均起來(lái)也會(huì)比較省電。

反過(guò)來(lái),NB的應(yīng)用環(huán)境大多是屬于顯示屏為黑底的應(yīng)用了。

TFT LCD液晶屏現(xiàn)在被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，涵蓋了我們的日常生活的各個(gè)角落。我們都知道液晶屏有的尺寸很大，比如平板電腦，家電設(shè)備等，有的尺寸比較小，比如手持設(shè)備，智能穿戴等。那么下面我們從LCD液晶屏尺寸的角度來(lái)分析，簡(jiǎn)單的介紹各個(gè)尺寸LCD液晶屏的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些。

工業(yè)手持設(shè)備：比如紅外線測(cè)距、紅外線熱像儀、測(cè)溫、測(cè)噪等，液晶屏尺寸在2.0寸至5.0寸之間，這類設(shè)備要求屏幕在陽(yáng)光下可視，極限產(chǎn)品要求屏幕的超寬工作溫度。

ATM/POS機(jī)：刷卡掃描收費(fèi)類產(chǎn)品，液晶屏尺寸在3.5至5.0寸，要求屏幕帶高清觸摸。

車規(guī)液晶屏：應(yīng)用于汽車儀表，汽車中控，液晶屏尺寸在7.0寸至12.3寸，車規(guī)屏要求帶電容式多點(diǎn)觸摸，擁有超寬工作溫度，抗震，超寬的可視角度，高亮度和高清晰度等特點(diǎn)的液晶顯示屏。

工業(yè)設(shè)備：比如小型加工設(shè)備、數(shù)控設(shè)備等，液晶屏尺寸在7.0寸至12.1寸，要求屏幕帶觸摸，抗震、抗沖擊、穩(wěn)定。

中型醫(yī)療設(shè)備：比如注射泵、心電監(jiān)護(hù)儀、胎心監(jiān)測(cè)、呼吸機(jī)等，液晶屏尺寸在7.0寸至12.1寸，要求屏幕擁有超寬可視角度、長(zhǎng)壽命。

家庭醫(yī)療產(chǎn)品：血壓儀、血糖儀、體溫計(jì)等，液晶屏尺寸在2.8寸至5.0寸，要求屏幕抗沖擊、可視角度廣。

儀器儀表：示波器、光時(shí)域、光纜普查、智能秤等，液晶屏尺寸在3.5至7.0寸，要求屏幕的可視角度廣。

工業(yè)平板設(shè)備：人機(jī)界面，戶外手持平板等，液晶屏尺寸在7.0至10.4寸，要求液晶屏擁有高分辨率、抗震、抗沖擊。

智能家居：智能開關(guān)面板，空調(diào)面板、背景音樂(lè)墻上主機(jī)等，液晶屏尺寸在3.5至7.0寸，要求屏幕擁有超寬可視角度、長(zhǎng)壽命。

航海設(shè)備：GPS導(dǎo)航儀，控制臺(tái)儀表等，液晶屏尺寸在7.0至10.1寸，要求屏幕有超寬工作溫度、陽(yáng)光下可視、長(zhǎng)壽命。

家電設(shè)備：白色家電、廚房電器等，液晶屏尺寸在3.5至10.1寸，要求液晶屏的可視角度廣、長(zhǎng)壽命。

電梯設(shè)備：樓層面板、電梯內(nèi)面板，液晶屏尺寸在4.3至8.0寸，要求液晶屏的可視角度廣、長(zhǎng)壽命。

此外，LCD液晶屏還有很多應(yīng)用領(lǐng)域，比如打印機(jī)、人臉識(shí)別、加油機(jī)、智能音響設(shè)備等等，都需要選擇適合的液晶屏尺寸和特色，才能匹配到合適的顯示屏產(chǎn)品。