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TFT液晶顯示屏工作原理
來源: 日期:2013-11-1 14:20:25 人氣:標簽:
目前液晶屏透光性能有兩種不同類型的屏:第一種是在電極板上不加電壓時,屏幕是亮的,在電極板上加電壓時,屏幕是黑的;第二種是在電極板上不加電壓時,屏幕是黑的,在電極板上加電壓時,屏幕是亮的。這兩種屏在構造上僅是兩塊偏振片的偏振軸一個是相互垂直;另一個兩塊偏振片的偏振軸一個是相互平行的。在本文中我們以第一種在電極板上不加電壓時,屏幕是亮的為例,加以介紹。
(1)液晶屏中液晶分子的“自然態”(沒有行位移脈沖),如下圖所示
在下圖狀態,g1電極線沒有行脈沖,開關k斷開,列電極信號電壓不能通過開關k加到電極板上,該像素顯示單元的電極板和公共電極之間沒有施加任何電壓,液晶分子是處于無控制電場的自然狀態。
由于在液晶分子兩邊的上下極板刻有相互垂直的槽,下面一塊極板是水平槽,上面一塊極板是垂直槽,所以在這一個像素的顯示區域內, 下面的一個液晶分子水平臥在下面極板水平槽里; 上面一個分子則垂直臥在上面極板的垂直槽里面。而 上和 下兩個分子中間的分子,由于分子和分子之間引發的“粘性”作用,則以逐漸扭曲90°的狀態在而 上和 下兩個分子中間排列。在圖20中,兩個極板中間長棒型液晶分子的扭曲90°狀態,這種沒有加電場扭曲90°的狀態,我們稱之為液晶分子的“自然態”。
液晶分子在“自然態”扭曲90°時,從下面向上射入的水平偏振光經過扭曲90°狀態的液晶分子的引導,也跟隨液晶分子扭曲90°;由水平偏振光扭曲成為了垂直偏振光(在圖20中,紅色光由下向上水平射入:扭曲90°由上極板垂直射出所示),由于射出的是垂直偏振光,而 上面的一塊偏振片(偏振鏡)的偏振軸(垂直排列的線)是垂直的。所以射出的垂直偏振光順利的越過垂直偏振軸的偏振片,也就是光線全部穿過液晶屏達到液晶顯示屏平面上,我們可以看到一個很明亮的屏幕,這就是前面所說的,第一種在電極板上不加電壓時,屏幕是亮的一種屏。
(2)當行位移脈沖來到g1電極線時,開關k被連通,如下圖所示
這時行位移脈沖來到g1電極線上,行脈沖控制著開關k迅速接通一次,列驅動電路把相應的圖像的像素電信號經過s1列電極線及被連通的開關k加到了液晶分子上下兩邊的極板上,并對兩個極板并接的電容器c充電,如下圖所示。
加到極板上的電壓,在極板間形成電場,電場控制了液晶分子產生位置及角度的變化,在圖21中看到:液晶的分子在電場的作用下全部豎立起來,不再是90°的扭曲狀態。所以原來穿過液晶屏扭曲90°,由水平偏振光變成垂直偏振光的光線,又還原成了水平偏振光,由上面的電極板射了出來。但是,此射出的水平偏振光,在要穿過 上面一塊偏振片時,遇到了阻力。由于穿過液晶分子層射出來的偏振光是水平偏振光,無法通過 前面的垂直偏振軸的偏振片,光線不能達到穿過液晶屏。現在我們看到液晶屏就成了不亮的“黑屏”。
(3)當行位移脈沖來又離開g1電極線時,開關k又被切斷,如下圖所示
由于行脈沖是逐行觸發的位移脈沖,在gl電極線只停留約50μs,當g1電極線上的行脈沖離開后,開關k立即由斷開,兩個產生電場的極板就會又失去電壓,控制液晶分子的電場又會立即消失,液晶的分子又會回到“自然態”,液晶屏又會變成“白屏”。但是這時并聯在電極板上的電容器c就發揮作用了,由于行脈沖控制開關接通時,并對電容器c充電;充電到像素亮度電平的電壓,行脈沖離開g1電極線后,開關g1即斷開,電容器上面的電壓繼續保持著電極板間的電場強度,控制維持著液晶分子扭曲變化的狀態,并保持對穿過偏振光的控制作用。也就是說,盡管行位移脈沖已經離開g1電極線,但是液晶屏的亮度繼續維持著“黑屏”的亮度狀態。
行位移脈沖離開g1行電極線后,開關k被切斷,這時電容器c上面充電維持的電壓沒有放電回路,電壓會永遠保持下去的,直到下一個行驅動控制周期(下一場圖像)到來時,行位移脈沖又來到g1行電極線,觸發接通了行電極線上的控制的開關k;開關k接通s1列電極線上面的像素電信號,又可以通過開關對電容器進行再充電(開關k導通后是一個雙向開關,電容器c可以通過開關充電,也可以通過開關放電,主要是由s1列電極線再次送來的像素電信號的幅度決定)。這時如果列電極線s1送來的像素電信號的電壓幅度比上一次大,就繼續對電容器c進行更高電壓的充電;電場的控制光線的強度繼續加大,如果這時列電極線s1送來的像素電信號的電壓幅度比上一次小,那么,電容器c上原來充電的較高電壓就通過開關放電,始終保持在每一個場時間內;電容器c上的電壓和s1列電極線上送來的像素電信號電壓一致,這樣也就保證了這一個像素點的亮度隨圖像每場的規定要求一致變化,全屏所有幾百萬個被控制的像素點都達到這樣的變化。那么,液晶屏上正確的動態圖像就顯示出來了。
(4)像素電信號電壓的大小對通過液晶屏光線強度的影響
我們知道加到液晶屏列驅動電極上面的信號是模擬信號,要用這個模擬信號來控制液晶分子扭曲的角度,以便達到控制通過光線的強度,從而實現顯示圖像的灰度(圖像的層次)。
液晶電視機之所以能沾上“數字”的邊,是因為內部的處理信號的電路是數字電路,特別是需要把給cpt(顯像管)電視機顯像用的像素排列關系是“串行”的信號變換為液晶屏能顯示的像素排列關系是以行為單位的“并行”的電信號的“時序控制電路”(t-con),必須是數字電路。因為只有數字電路才能對信號進行存儲,才能重新改變信號排列的序列關系(等離子電視機加到等離子屏上面的是數字像素的電信號,它采用子場顯示方式達到重現圖像的灰度)。
所以說,液晶屏的列驅動電路,加到列電極線上面的像素電信號是一個電壓幅度跟隨圖像的內容是不斷變化的模擬信號。這個不斷變化的電壓,也不斷地改變電容器c上面的充電電壓;也不斷地改變電極板之間的電場大小;也不斷地改變液晶分子扭曲的角度;也不斷地改變通過光線的大小;也不斷地改變了液晶屏上像素點亮度的大小(這個改變周期是每一場圖像時間改變一次)。
像素電信號電壓的幅度變化和液晶分子扭曲的角度大小和控制的通過液晶分子光線的大小,是嚴重不成比例的,是一個非線性關系。如果不經過精心、精確的校正重現的圖像會非常難看。這個校正是一個非常精細、麻煩的事情,但是必須校正,這就是常聽到的“伽馬校正”(gamma)。這方面的原理及電路以后分析t-con電路時會詳細介紹。
通過上面的介紹,現在可以有一種液晶屏,可以顯示不同標準的視頻信號,也就是任何場頻標準的視頻信號都可以顯示。這是利用“電容器c兩端電壓不能突變”的道理創造、發明的。這種屏叫tft(薄膜場效應管)液晶屏(為什么叫tft屏以后再說明)。
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