TFT-LCD顯示器的原理是什么？

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜場效應(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都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動。從而可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息。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液晶為每個像素都設(shè)有一個半導(dǎo)體開關(guān)，每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而每個節(jié)點都相對獨立，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爭中，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，即光源和對光源的控制。作為光源，無論從發(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，背光源在不斷地進步，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為LCD提供新的背光源。隨著光源科技的進步，會有更新的更好的光源出現(xiàn)并為LCD所應(yīng)用。余下的就是對光源的控制，把半導(dǎo)體大規(guī)模集成電路的技術(shù)和工藝移植過來，成功研制了薄膜晶體管(TFT)生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)了對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)勢得以實現(xiàn)。

我們一般認為物體有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)，其實這只是針對水而言，有一些有機化合物 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光線就完全無法通過。

圖(六)

b:TFT LCD顯示原理

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

圖(七)

b-1:當在不加上電極的時候，當入射的光線經(jīng)過下面的偏光板(起偏器)時, 會剩下單方向的光波,通過液晶分子時, 由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度, 所以當光波到達上層偏光板時, 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，如果光打在紅色的濾光片上就顯示為紅色。效果如圖(七)中前兩個圖所示。

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

c:TFT-LCD驅(qū)動電路。

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

上述驅(qū)動電路的主要功能是：信號控制電路將數(shù)字信號、控制信號以及時鐘信號供給數(shù)字IC，并把控制信號和時鐘信號供給柵極驅(qū)動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IC;灰度電壓電路將數(shù)字驅(qū)動電路產(chǎn)生的10個灰度電壓各自供給數(shù)據(jù)驅(qū)動;公用電極驅(qū)動電路將公用電壓供給相對于像素電極的共享電極;數(shù)據(jù)線驅(qū)動電路將信號控制電路送來的RGB信號的各6個比特顯示數(shù)據(jù)以及時鐘信號，定時順序鎖存并續(xù)進內(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，再由輸出電路變換成阻抗，供給液晶屏的資料線;柵極驅(qū)動電路將信號控制電路送來的時鐘信號，通過移位寄存器轉(zhuǎn)換動作，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)動電路裝配在TAB(自動焊接柔性線路板)上，用ACF(各向異性導(dǎo)電膠膜)、TCP(驅(qū)動電路柔性引帶)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。當光通過上偏振片后，變成線性偏振光，偏振方向與偏振片振動方向一致，與上下玻璃基板上面液晶分子排列順序一致。當光通過液晶層時，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)，因而當兩束光合成后，必然使振光的振動方向發(fā)生變化。通過液晶層的光，則被逐漸扭曲。當光達到下偏振片時，其光軸振動方向被扭曲了90度，且與下偏振片的振動方向保持一致。這樣，光線通過下偏振片形成亮場。加上電壓以后，液晶在電場作用下取向，扭曲消失。

這時，通過上偏振片的線性偏振光，在液晶層不再旋轉(zhuǎn)，無法通過下偏振片而形成暗場。可見液晶本身不發(fā)光，在外光源的調(diào)制下，才能顯示，在整個顯示過程中，液晶起到一個電壓控制的光閥作用。TFT-LCD的工作原理則可簡述為：當柵極正向電壓大于施加電壓時，漏源電極導(dǎo)通，當柵極正向電壓等于0或負電壓時，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指當我們對液晶面板不施加電壓時, 我們所看到的面板是亮的畫面, 所以才叫做normally white。另外一種, 當對液晶面板不施加電壓時, 面板無法透光, 看起來是黑色的, 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。 一般桌上型計算機或是筆記型計算機,大多為NW的配置,那是因為一般計算機軟件的使用環(huán)境,你會發(fā)現(xiàn)整個屏幕大多是亮點, 也就是說計算機軟件多為白底黑字的應(yīng)用。 既然亮著的點占大多數(shù), 使用NW當然比較方便,也因為NW的亮點不需要加電壓, 平均起來也會比較省電。

反過來,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)用在各個領(lǐng)域，涵蓋了我們的日常生活的各個角落。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分析，簡單的介紹各個尺寸LCD液晶屏的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些。

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

ATM/POS機：刷卡掃描收費類產(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)護儀、胎心監(jiān)測、呼吸機等，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、長壽命。

家庭醫(yī)療產(chǎn)品：血壓儀、血糖儀、體溫計等，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、背景音樂墻上主機等，液晶屏尺寸在3.5至7.0寸，要求屏幕擁有超寬可視角度、長壽命。

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

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、長壽命。

此外，LCD液晶屏還有很多應(yīng)用領(lǐng)域，比如打印機、人臉識別、加油機、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。