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LCD工作原理
时间:2017-05-31作者:华清远见

一、显示屏的发展历程

 

二、显示屏的分类

显示屏可以分为两类:LED显示屏 和液晶显示屏(LCD)

三、TFT-LCD工作原理

TFT-LCD的特点:体积小、重量轻、低辐射、低耗电量、全彩化等。

1、TFT-LCD的结构

  

背光板模组:提供光的来源;

上下偏光板,玻璃基板,液晶:形成偏振光,控制光线的通过与否;

彩色滤光片:提供TFTLCD红、绿、蓝(光的三原色)的来源;

ITO透明导电层:提供透明的导电通路;

Photo Spacer(间隔物):提供一固定高度给彩色滤光片和TFT Glass Substrate。作为灌入液晶时的空间.及作为上下两层Glass的支撑。

  

2、TFT-LCD显示原理

背光:显示屏的光源,LCD的背光常见的有两种CCFL(冷阴极光灯管)背光和LED背光。

CCFL具有高功率、高亮度、低功耗等优点。

LED具有功耗低、光源均匀、寿命长、体积小等优点。价格稍贵。

市面上出现的LED显示器,其实就是“LED背光液晶显示器”,目前比较流行的液晶显示器是“CCFL背光液晶显示器”。二者都是液晶显示器只是背光源不同而已。技术最新的是OLED显示器。

 

液晶:TFT-LCD使用的液晶为TN型液晶,液晶分子呈椭圆状。

a、液晶的特性:TN型液晶一般是顺着长轴方向串接,长轴之间彼此平行方式排列。当接触到槽状表面时,液晶分子就会顺着槽的方向排列于槽中。

  

b、液晶的垂直分布:当液晶被包含到两个槽状表面中间,且槽的方向互相垂直,则液晶分子的排列为,上表面分子沿着a方向;下表面分子沿着b方向;介于上下表面的分子产生旋转效应,因此液晶分子在两个表面间产生90度旋转。

c、光与液晶分子产生偏转效果:可以看到射入上表面的一束光线排列方式与槽的方向相同,但是经过中间液晶分子的旋转使得这束光线的方向发生了偏转,最终从下表面射出时,这束光线的排列方向又变成了与下表面槽方向平行。

d、液晶在电压作用下均匀分布:当在上下表面之间加入电压后,液晶分子会顺着电场的方向排列,形成直立排列的现象。此时入射光线不受液晶分子的影响,直接射出下表面。

偏光板的特性:将非偏极光(一般光线)过滤成偏极光。当非偏极光通过a方向的 偏光片时,光线被过滤成与a方向平行的线性偏极光。当然如果非偏极光通过b方向的偏光片时,光线会被过滤成与b方向平行的线性偏极光。如下图:图1中非偏极光通过第一块a方向的偏光片后,被过滤成a方向平行的线性偏极光,并且能顺利通过第二张a方向的偏光片。图2中非偏极光通过第一块a方向的偏光片后,要通过第二块偏光片时,发现第二块偏光片被旋转了90度,此时,就无法通过了。

偏光板、槽状表面、液晶组合后产生的光学现象如下(此时没有施加电压):

施加电压后现象如下,光线被阻挡:

当电流通过电晶体产生电场变化,造成液晶分子偏转,借以改变光线的偏极性,再利用偏光片决定画素(Pixel)的明暗状态。这样就可以实现对光线亮暗的控制,如果要显示彩色,我们后面在讲彩色滤光片。

 

彩色滤光片(color fliters)

a、结构

b、彩色滤光片像素矩阵的排列方式如下,分别为马赛克、直条式、三角形式、四化素

c、不同颜色的显示:要显示不同的颜色只需要控制Pixel Electrode(像素电极)即可。

在这里会有一个疑问,这里的彩色滤光片上的三原色块,是每个色块对应一个像素电极还是一个像素点对应一个像素电极呢?或者说一个像素点对应一个单色块还是多个单色块(红绿蓝中的一个色块)?我的理解是每个单色块对应一个像素电极,每个像素点对应多个单色块(24位的话就应该有24个单色块),也就是说每个像素点对应多个像素电极。因为每个像素点能显示多中颜色,并不只是显示红蓝绿。

彩色单元对应到TFT的控制单元,就可以完成我们像素点的颜色控制。TFT矩阵等效电路如下:

TFT-LCD显像原理

SCAN IC传输信号:完成图像信号输入

Driver IC传输显像控制信号:完成TFT单元控制

当某一sub-pixel导通时,该sub-pixel因无法透光呈黑色:这部分完成像素的亮暗

sub-pixel没有导通,则光通过c/f而显示颜色


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