TFT液晶显示屏

原理

　　1、TFT工作原理

　　（1）TFT是如何工作的 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，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），一般液晶有三种形态：

　　类似粘土的层列（Smectic）液晶

　　类似细火柴棒的丝状（Nematic）液晶

　　类似胆固醇状的（Cholestic）液晶

　　液晶显示器使用的是丝状，当外界环境变化它的分子结构也会变化，从而具有不同的物理特性——就能够达到让光线通过或者阻挡光线的目的——也就是刚才比方的百叶窗。

　　大家知道三原色，所以构成显示屏上的每个象素需上面介绍的三个类似的基本组件来构成，分别控制红、绿、蓝三种颜色。

　　目前使用的最普遍的是扭曲向列TFT液晶显示器（Twisted Nematic TFT LCD），下图就是解释的此类TFT显示器的工作原理。现存的技术差别很大，我们将会在本文的第二部分中详细介绍。

　　在上、下两层上都有沟槽，其中上层的沟槽是纵向排列，而下层是横向排列的。而下层是横向排列的。当不加电压液晶处于自然状态，从发光图2a扭曲向列TFT显示器工作原理图示意图层发散过来的光线通过夹层之后，会发生90度的扭曲，从而能在下层顺利透过。

　　当两层之间加上电压之后，就会生成一个电场，这时液晶都会垂直排列，所以光线不会发生扭转——结果就是光线无法通过下层。

　　（2）TF

　　T象素架构如图4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）

　　大家知道，象素对于显示器是有决定意义的，每个象素越小显示器可能达到的分辨率就会越大。不过由于晶体管物理特性的限制，目前TFT每个象素的大小基本就是0.0117英寸（0.297mm），所以对于15英寸的显示器来说，分辨率只有1280×1024。

特点

　　TFT液晶显示屏的特点是亮度好、对比度高、层次感强、颜色鲜艳，但也存在着比较耗电和成本过高的不足。TFT液晶技术加快了手机彩屏的发展。新一代的彩屏手机中很多都支持65536色显示，有的甚至支持16万色显示，这时TFT的高对比度，色彩丰富的优势就非常重要了。

优点

　　随着九十年代初TFT技术的成熟，彩色液晶平板显示器迅速发展，不到10年的时间，TFT-LCD迅速成长为主流显示器，这与它具有的优点是分不开的。主要特点是：

　　（1）使用特性好：低压应用，低驱动电压，固体化使用安全性和可靠性提高；平板化，又轻薄，节省了大量原材料和使用空间；低功耗，它的功耗约为CRT显示器的十分之一，反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右，节省了大量的能源；TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化，品种多样，使用方便灵活、维修、更新、升级容易，使用寿命长等许多特点。显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围以及投影大平面，是全尺寸显示终端；显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高对比度，高响应速度的各种规格型号的视频显示器；显示方式有直视型，投影型，透视式，也有反射式。

　　（2）环保特性好：无辐射、无闪烁，对使用者的健康无损害。特别是TFT-LCD电子书刊的出现，将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代，引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。

　　（3）适用范围宽，从-20℃到+50℃的温度范围内都可以正常使用，经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃。既可作为移动终端显示，台式终端显示，又可以作大屏幕投影电视，是性能优良的全尺寸视频显示终端。

　　（4）制造技术的自动化程度高，大规模工业化生产特性好。TFT-LCD产业技术成熟，大规模生产的成品率达到90[%]以上。

　　（5）TFT-LCD易于集成化和更新换代，是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续发展潜力很大。目前有非晶、多晶和单晶硅TFT-LCD，将来会有其它材料的TFT，既有玻璃基板的又有塑料基板。

极性变换方式

　　液晶分子的驱动电压不能固定在某一个值不变，否则，时间久了，液晶分子会发生极化现象，从而逐渐失去旋光特性。因此，为了避免液晶分子的特性遭到破坏，液晶分子的驱动电压必须进行极性变换，这就需要将液晶显示屏内的显示电压分成两种极性，一个是正极性，另一个是负极性。当显示电极的电压高于common（公共电极）电极电压时，就称为正极性；当显示电极的电压低于common电极电压时，就称为负极性。不管是正极性或负极性，都会有一组相同亮度的灰阶，所以当上下两层玻璃的压差值是固定时，所表现出来的灰阶是一模一样的。不过这两种情况下，液晶分子的转向却完全相反，也就可以避免上述当液晶分子转向一直固定在一个方向时所造成的特性破坏。常见的极性变换方式有四种，即逐帧倒相方式、逐行倒相方式、逐列倒相方式和逐点倒相方式，如图1所示。

　　从图1中可以看出，对于逐帧倒相方式，在同一帧中，整个画面所有相邻的点都拥有相同的极性，而相邻的帧极性则不同；对于逐行倒相方式，在同一行上拥有相同的极性，而相临的行极性不同；对于逐列倒相方式，在同一列上拥有相同的极性，而相邻的列极性不同；对于逐点倒相方式，则是每个点与自己相邻的上、下、左、右四个点，极性都是不一样。

　　目前常见的个人计算机液晶显示屏，所使用的面板极性变换方式，大部分都是逐点变换方式，为什么呢？原因是逐点倒相的显示品质相对于其他的变换方式要好得多。表列出了逐帧倒相、逐行倒相、逐列倒相和逐点倒相四种极性变换方式的性能比较。

　　所谓Flicker现象，就是画面会有闪烁的感觉，但并不是特意做出的视觉效果，而是因为显示的画面灰阶在每次更新画面时会有些微小的变动，让人眼感受到画面在闪烁。使用逐帧倒相的极性变换方式最容易发生这种情况。因为逐帧倒相的整个画面都是同一极性，当这次画面是正极性时，下次就都变成了负极性，假若common电压有一点误差，这时正、负极性的同一灰阶电压便会有差别，当然灰阶的感觉也就不一样，如图2所示。在不停切换画面的情况下，由于正、负极性画面交替出现，就会出现Flicker现象。而其他面板的极性变换方式，虽然也会有此Flicker的现象，但由于不像逐帧倒相是同时整个画面一起变换极性，只有一行或一列，甚至于是一个点变化极性而已，以人眼的感觉来说，就会觉得不明显。

　　所谓Crosstalk现象，指的是相邻的点之间，要显示的资料会影响到对方，以至于显示的画面会有不正确的状况。虽然Ctosstalk现象的成因有很多种，只要相邻点的极性不一样，便可以减少此现象的发生。