LCD PANEL培训教材.pdf

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1、Copyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 1/1 LCD PANEL 培训教材（液晶产品专业知识）液晶产品专业知识(培训教材目录)一、液晶显示器基本常识3 二、液晶显示器件的结构5 三、液晶显示器件的基本性能7 四、液晶显示器件的基本参数8 五、IC 与 LCD 的常见连接方式12 六、LCD 专业术语解释 13 七、液晶显示原理14 八、液晶显示器件的驱动16 一、液晶显示器基本常识 1.晶显示器（LCD）目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也

2、不例外。在便于携带与搬运为前提之下，传统的显示方式如 CRT 映像管显示器及 LED 显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。2.液晶的诞生 要追溯液晶显示器的来源，必须先从液晶的诞生开始讲起。在公元 1888 年，一位奥地利的植物学家，菲德烈莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。

3、而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为Liquid Crystal，就是液态结晶物质的意思。不过，虽然液晶早在 1888 年就被发现，但是真正实用在生活周遭的用品时，却是在 80 年后的事情了。公元 1968 年，在美国 RCA 公司（收音机与电视的发明公司）的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理，RCA 公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尔后，液晶显示技术被广泛的用在一般的电

4、子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器（因为有辐射计量的考虑）或是数字相机上面的屏幕等等。令人玩味的是，液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早，但世人了解此一现象的并不多，直到 1962 年才有第一本，由RCA 研究小组的化学家乔卡司特雷诺（Joe Castellano）先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的，这两项技术虽然UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 2/2 都是由美国的 RCA 公司所发明的，却分别被日本的新力（Sony）与夏普（Sharp）

5、两家公司发扬光大。3.LCD 基本常识 液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。正因为低功耗和小型化使 LCD 成为较佳的显示方式。液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。对于正性 TN-LCD，当未加电压到电极时，LCD 处于OFF态，光能透过 LCD 呈白态；当在电极上加上电压 LCD 处于ON态，液晶分子长轴方向沿电场方向排列，光不能透过 LCD，呈黑态。有选择地在电极上施加电压，就可以显示出不同的图案。对于 STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以对比

6、度更好，视角更宽。STN-LCD 是基于双折射原理进行显示，它的基色一般为黄绿色，字体蓝色，成为黄绿模。当使用紫色偏光片时，基色会变成灰色成为灰模。当使用带补偿膜的偏光片，基色会变成接近白色，此时 STN 成为黑白模即为 FSTN,以上三种模式的偏光片转 90，即变成了蓝模，效果会更佳。4.液晶显示器的种类 液晶显示器，英文通称为 LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型（Twi

7、sted Nematic；TN）、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二种方式。（详细的分类请参考附图）TN、STN 及 TFT 型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉原理之不同，在視角、彩色、對比及動畫顯示品質上有高低程次之差別，使其在產品的應用範圍分類亦有明顯區隔。以目前液晶顯示技術所應用的範圍以及層次而言，主動式矩陣驅動技術是以薄膜式電晶體型（TFT）為主流，多應用於筆記型電

8、腦及動畫、影像處理產品。而單純矩陣驅動技術目前則以扭轉向列（TN）、以及超扭轉向列（STN）為主，目前的應用多以文書處理器以及消費性產品為主。在這之中，TFT 液晶顯示器所需的資金投入以及技術需求較高，而 TN 及 STN 所需的技術及資金需求則相對較低。二、液晶显示器件的结构 下图是一个反射式 TN 型液晶显示器的结构图.从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀

9、有透明的氧化甸-氧化锡（简称 ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理；也可以通过在玻璃表面以一定角度用真空蒸镀氧化硅薄膜来制备。在 TN 型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了 90（参见下图），这就

10、是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是与其成一定的角度，这个角度称为预倾角，一般为 12。液晶盒中玻璃片的两个外侧分别有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 3/3 常白型），且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。我们通常所见的多是反向型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏振片后还贴

11、有一片反光片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒的同一侧。TN、HTN、STN 的结构：FSTN、ECB-Multi-color STN 的结构：Color STN 的结构：三、液晶显示器件的基本性能？电光性能：LCD 光学透过率随电压变化的曲线，如图 1。？响应速度：LCD 加电压后，透过率变化的快慢程度，如图 2。？对 比 度：LCD 在选态透过率与非选态透过率的比值。如图 3。？视 角 图：LCD 在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图 4。？温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起 LCD 的阈 值、透过光谱等会随温度漂移。？频率响应：LCD 只能工作在一个适

12、当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶分子跟不上电场变化。？LCD 功耗：指单位显示面积的电流密度。？寿命：1)工业品保证 100000 小时。2)民用品保证 50000 小时。3)其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。四、液晶显示器件的基本参数 LCD 显示类型 TN 型：STN 型：显示模式 背景 前景 黄 绿 模 黄绿色 蓝黑色 蓝 模 蓝色 白色 灰 模 灰白色 深蓝色 黑白模 白色 黑色 照明方式 LCD 有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。(1)反射型 LCD 的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。(2)全透型 LCD 的底偏光片是全透偏光片，它需

13、要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。(3)半透型LCD 是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用 LCD。UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 4/4 LCD 显示方式还分正性和负性。正性 LCD 呈现白底黑字，在反射和半透型 LCD 中显示最佳；负性 LCD 呈现黑底白字，一般用于全透型 LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。正显模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 负显模式（黑底白字）

14、NEGATIVE TYPE 温度特性 类型 TN STN 工作温度（）050-1060-2070-3080 050-2070 储存温度（）-2060-2070-3080-4090-2060-3080 LCD 的采光技术 显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠调制外界光实现显示的。外界光是液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光，不仅可以保证和提高液晶显示的质量，而且 一般液晶显示的采光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而外光源设置上，又有背光源、前光源和投影光源三类技术。这里，我们就较为常见的背光源作简单介绍:一.背光源采光技术的两大任务是：1

15、.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用；2.提高背景光亮度，改善显示效果。二.分类：现对常用的背照明光源，按如下分类说明：光源种类 LED EL（电致发光）CCFL 寿命(小时)100,000(半衰期)20005000(半衰期）50008000 特点 优点 寿命长 分光特性好,无亮斑,薄而轻,耐振抗冲击 在可见光范围光谱峰值可任选,亮度高,寿命长，适于彩色化 缺点 单色光，调光难 寿命短，电压高 不能调光，驱动电压高，有一定厚度 发光方式 边光 背光 一般为边光 工作电压 3.84.5V 60200V 5001000V 推荐工作电压 70110V 工作频率-501000Hz 20KHz

16、推荐工作频率-400700Hz 工作电流 不定(由 LED 的数量决定）0.10.25mA/cm2 46mA 电容值-1001000pF/cm2 工作温度-30+50+1050 存储温度-40+60-2060 存储湿度 70%RH 亮度 300035000cd/m2 功耗 不定(由 LED 的数量决定)14W 颜色种类 黄、红、绿、橙、白 EL 是低亮度照明光源，发光颜色仅绿色、蓝绿色、橙色。白色 外接元器件 外接 5V 电源时须限流 需 DC-AC 逆变器 需 DC-AC 逆变器,串联限流电阻 100K200K 全透型和半全透型 LCD 一般都需要加背光源，其放置位置根据实际情况下面介绍几种

17、常见的背光源：UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 5/5 EL 背光 LED 背光 CCFL 背光 电致发光(EL)：EL 背光源厚度薄，重量轻、发光均匀。它可用于不同颜色，但最常用于 LCD 白光背光。EL 背光源功耗低，只需电压 80-110VAC，通过变压器将 5V,12V 或 24VDC 转变得到。EL 背光源的半衰期约为 2000-5000 小时。发光二极管(LED):LED 背光源主要用于字符型模块。比 EL 寿命更长（最少 5000 小时），光更强，但能耗

18、更大。作为固态装置，它直接使用 5VDC。LCD 一般直接排列在 LCD 的后面，厚度要增加 5mm，LED 可以发不同颜色的光，最常见的是黄绿光。冷阴极荧光灯(CCFL):CCFL 能够提供能耗低，光亮强的白光。它由冷阴极荧光管发光，通过散射器将光均匀分散在视窗区。侧背光源体积小，能耗低，但 CCFL 需要一个变压器来供应 270-300VAC 的电源。它主要用于图形 LCD，寿命达 10000-15000小时。LCD 的视角 视角简单地说就是显示图案能看得清楚的角度。它是由定向层的摩擦方向决定，不能通过旋转偏光片改变。视角以时针的钟点来命名，如 6:00 视角，12:00 视角等等。6:0

19、0 视角就是指在 6 点时针的平面方向到法线方向这个区域 LCD 显示效果理想；12:00 视角是指 12 点时针的平面到法线方向区域显示理想。LCD 的视角是由 LCD 显示屏在仪器上的位置来确定。例如计算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD 做成 6:00 视角最好。有些仪器上的 LCD 屏装在低于人眼视线以下，一般做成 12:00 视角。汽车上的时钟一般装在驾驶员的右边，做成 9:00 的视角最佳。LCD 视角示意图 LCD 模块 早期液晶显示器只生产 LCD 屏，驱动部分由客户自己设计制作。目前 LCD 生产厂家把 LCD 屏连接到 COB 板（带 IC 的PCB 板）上，就做成了 L

20、CD 模块。LCD 模块分字符型模块和图象型模块。字符模块有 14 行，划分 1640 个字块，每个字块由 5x7 点阵组成。每个字块单独驱动。图象型模块由多行多列的点阵象素组成，每个象素单独驱动，可显示文本、图象或同时显示文本和图象。图象型模块需要 IC 来控制，这种控制 IC 有些也装在 LCD 模块上。字符型模块可使用 TN-LCD 或者 STN-LCD，但图象型模块都是采用 STN-LCD。大多数模块的背光源可用 EL 或者 LED。五、IC 与 LCD 的常见连接方式 IC 与 LCD 的常见连接方式 SMT 是英文Surface mount technology的缩写即表面安装技术

21、，这是一种较传统的安装方式。其优点是可靠性高，缺点是体积大，成本高，限制 LCM 的小型化。COB 是英文Chip On Board的缩写 即芯片被邦定（Bonding)在 PCB 上，这样可省去 PCB 板等料件，可大大的模块减少体积，同时在价格方面也可降低成本。由于 IC 制造商在 LCD 控制及相关芯片的生产上正 在减小 QFP（SMT 的一种）封装的产量，因此，在今后的产品中传统的 SMT 方式将被逐步取代。TAB 是英文Tape Aotomated Bonding的缩写 即各向异性导电胶连接方式。将封装形式为 TCP（Tape Carrier Package 带载封装)的 IC 用各

22、向异性导电胶分别固定在 LCD 和 PCB 上。这种安装方式可减小 LCM 的重量、体积、安装方便、可靠性较好！UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 6/6 COG 是英文Chip On Glass的缩写 即芯片被直接邦定在玻璃上。这种安装方式可大大减小整个 LCD 模块的体积，且易于大批量生产，适用于消费类电子产品用的 LCD，如：手机、PDA 等便携式电子产品。这种安装方式在 IC 生产商的推动下，将会是今后 IC 与 LCD 的主要连接方式。COF 是英文Chip

23、On Film的缩写 即芯片被直接安装在柔性 PCB 上。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与 IC 一起安装在柔性 PCB 上，这是一种新兴技术，目前已进入试生产阶段。六、LCD 专业术语解释 LCD：Liquid Crystal Display 液晶显示 LCM：Liquid Crystal Module 液晶模块 TN：Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏转 90 STN：Super Twisted Nematic 超级扭曲向列。约 180270扭曲向列 FSTN：Formulated Super Twisted Nematic 格式化超级扭曲向列。一层光程

24、补偿片加于 STN，用于单色显示 TFT：Thin Film Transistor 薄膜晶体管 COB：Chip On Board 通过邦定将 IC 裸片固定于印刷线路板上 COF：Chip On FPC 将 IC 固定于柔性线路板 上 COG：Chip On Glass 将芯片固定于玻璃上 Backlight：背光 LED Light Emitting Diode 发光二极管 EL Electro Luminescence 电致发光。EL 层由高分子量薄片构成 Inverter：逆变器 OSD：On Screen Display 在屏上显示 DVI：Digital Visual Interf

25、ace（VGA）数字接口 LVDS：Low Voltage Differential Signaling 低压差分信号 IC：Integrate Circuit 集成电路 TCP：Tape Carrier Package 柔性线路板 Duty：占空比，高出点亮的阀值电压的部分在一个周期中所占的比率 CCFL(CCFT)：Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷阴极荧光灯 PDP：Plasma Display Panel 等离子显示屏 CRT：Cathode Radial Tube 阴极射线管 VGA：Video Graphic Array 视频图形阵列 PCB

26、：Printed Circuit Board 印刷电路板 Composite video：复合视频 NTSC：National Television Systems Committee NTSC 制式,全国电视系统委员会制式 PAL：Phase Alternating Line PAL 制式(逐行倒相制式)SECAM：SEquential Couleur Avec Memoire SECAM 制式(顺序与存储彩色电视系统)VOD：Video On Demand 视频点播 DPI：Dot Per Inch 点每英寸 七、液晶显示原理 TN 型液晶显示原理 UnRegisteredCopyrigh

27、t 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 7/7 TN 型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以 TN 型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。图中所表示的是 TN 型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。（1）不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转 90 度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮

28、。（2）当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称 TNFE（twist

29、ed nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。STN 液晶显示原理 STN 型的显示原理与 TN 相类似，不同的是 TN 扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转 90 度，而 STN 超扭转式向列场效应是将入射光旋转 180270 度。要在这里说明的是，单纯的 TN 液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而 STN 液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色 STN 液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色

30、显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN 型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由 STN 的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。TFT 液晶显示原理 TFT 型的液晶显示器较为复杂，主要的构成包括了，萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先液晶显示器必须先利用背光源，也就是萤光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶，这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这

31、些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。八、液晶显示器件的驱动 液晶屏幕的驱动方式 在 TN 与 STN 型的液晶显示器中，所使用单纯驱动电极的方式，都是采用 X、Y 轴的交叉方式来驱动，如下图所示，因此如果显示部份越做越大的话，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致，整体速度上就会变慢。讲的简单一点，就好象是 CRT 显示器的屏幕更新频率不够快，那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动；或着是当需要快速 3D动画显示时，但显示器的显示速度却无法

32、跟上，显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以，早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制，而且并不适合拿来看电影、或是玩 3D 游戏。液晶的光学传输特性取决于分子排列状态，改变分子的排列状态就可以改变液晶层光学传输特性，这就是液晶电子学的应用基础。而液晶分子排列的改变可以通过电、磁、热等外部场的作用来实现。我们把这种通过 表 2-1 外场作用来改变分子排列状态的过程称为液晶显示器的驱动。液晶显示器常用的驱动方式分为如表 2-1 所示的几种类型。目前，在 LCD Monitor 方面，使用的都是采用 TFT（薄膜式晶体管）LCD，它采用的是有源矩阵的驱动方式。因此本节将先对 TFT 器件进行简要的介

33、绍，再着重介绍有源矩阵的驱动方式。UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 8/8 1.薄膜式有源矩阵液晶显示器介绍 由于普通的矩阵液晶显示器的电光特性对多路、视频活动图象显示是很难满足要求的，因为每个像素都等效于一个无极电容，显示中会产生串扰。为了改善，又会限制驱动的路数。因此在每个像素上设计一个非线性的有源器件，使每个像素可以被独立驱动，从而克服了串扰，解决了大容量多路显示遇到的困难，提高了画面质量，使多路显示画面成为可能。有源矩阵液晶显示器件根据有源器件的种类可分为如表

34、 2-2 所列的多种类型。表 2-2 以下将对主流的 a-siTFT 三端有源矩阵液晶显示器件进行介绍。图 2-1 TFT 有源矩阵驱动 LCD 的基本结构 a-siTFT 是一种非晶硅-薄膜晶体管类型的三端有源矩阵液晶显示器件。它制作容易，基板玻璃成本低，导通比大，可靠性高，容易大面积化。因此受到广泛应用。图 2-1 为其基本结构。同一般液晶显示器件类似，a-SiTFT 液晶显示器件也是在两片玻璃之间封入液晶，而且液晶显示器件就是普通的 TN 型方式。不过，其玻璃基板则与普通液晶显示器件大不相同，在下玻璃板上要配制上扫描线和寻址线（即行、列线），将其组合成一个个矩阵，在其交点上再制作上 TF

35、T 有源器件和像素电极，如图 2-2 所示。图 2-2 TFT 有源矩阵液晶显示屏的电极排布 为了改善此一情形，后来液晶显示技术采用了主动式矩阵（active-matrix addressing）的方式来驱动，这是目前达到高资料密度液晶显示效果的理想装置，且分辨率极高。方法是利用薄膜技术所做成的硅晶体管电极，利用扫描法来选择任意一个显示点（pixel）的开与关。这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。如上图，在 TFT 型液晶显器中，导电玻璃上画上网状的细小线路，电极则由是薄膜式晶体管所排列而成的矩阵开关，在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣，虽然驱动讯号快速地在各

36、显示点扫瞄而过，但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的电压，使液晶分子轴转向而成亮的对比，不被选择的显示点自然就是暗的对比，也因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。2.TFT-LCD 的驱动原理 由于 TFT-LCD 矩阵结构是由一块带有 TFT 三端元件阵列和像素电极阵列的基板与另一块带有彩色膜和公共电极的基板，以及由此两基板叠合后夹入的液晶层构成，此外，此方式的扫描线和信号线都设置在同一个三端子元件的基板上。扫描线与该行上所有 TFT 元件的栅极相连，而信号线与该列上所有的 TFT 元件的源电极相连。TFT-LCD 的等效电路如图 2-3 所示。在以行顺序驱动方

37、式依次扫描行电极过程中，当某行一旦被选通，则该行上所有的 TFT 开关元件同时被行脉冲闭合，变成低阻（Ron）导通状态。与行扫同步，各列信号电荷分别通过列电极从保持电路送入与导通元件 TFT 相连的各相应像素电容，信号电压被记录在像素电容和储存电容上。当行选一结束，TFT 开关元件即断开（处于高阻 Roff 状态），被记录的信号电压将被保持并持续驱动像素液晶，直到下帧扫描到来之前。称此驱动为准静态驱动。由此工作过程可看出，扫描电压只做 TFT元件的开关电压之用，而驱动液晶的电压是信号电压通过导通 TFT 元件对像素电容充电后在像素电极和公共电极之间形成的电位差 VLC。VLC 大小决定于信号电

38、压 Vs。可见，采用 TFT 元件作有源矩阵驱动，可实现开关电压和驱动电压分开，从而可达到开关元件的开关特性和液晶像素的电光特性的最佳组合，可获得高像质显示。a TFT-LCD 等效电路 b 单像素 TFT 工作原理 图 2-3 TFT 工作原理 3.TFT 液晶显示器件写入机理 液晶显示器件写入机理，即液晶显示器件是依靠什么方法将人们所需显示的信息用来作用于器件，使器件达到显示的目的。1)液晶显示器件写入的条件 众所周知，所有液晶显示器件的显示原理是依靠外场（包括电、热、光等）作用于初始排列的液晶分子上。依靠液晶分子的偶极矩和各向异性的特点，使液晶分子的初始排列发生变化，通过液晶器件的外界光

39、被调制，使液晶显示器件发生明、暗、遮、透、变色等效果达到显示目的。但是要想实现某一特性的显示目的，则需要满足以下两个基本条件：UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights reserved 9/9 足够强的电（热、光）信号作用于液晶，使其改变其初始排列；每个电（热、光）信号均可以在一段时内作用于一个或几个像素单元。使像素能够组合成一个视觉信号。由于直流电场将会导致液晶材料的电化学反映和电极劣化、老化，因此只能在像素电极上建立交流电场，而且应该尽可能减少交流电场中的直流成分，实用中应保持直流成分在几

40、十毫伏以下，所施加的交流电场的强弱以其有效值来表示。只有所施加的交流电场有效值大于液晶显示器件的阀值电压时，该像素才能呈显示状态。由于液晶显示器件有类型、规格、型号的不同，对所施加电压的波形、相位、频率、占空比、有效值都有不同的要求。而对于像素控制方面的要求，则包含有以下两层意思：首先，由于器件像素电极连线的排布不同，要求外部必须配置相应的硬件，以提供驱动电压波形。其次，按照一定的指令将若干个显示像素组合成不同的数字、字符、图形或图象。2)液晶显示器件的写入机理 在满足液晶显示器件写入基本条件下，信息信号作用与不同类型的液晶显示器件的机理也不一样。这里只介绍有源矩阵薄膜晶体管（TFT）液晶显示

41、器件的写入机理。对于其他类型液晶显示器件的写入机理将不做介绍。TFT-LCD 的写入机理：以行扫描信号和列寻址信号控制作用于被写入像素电极上的薄膜晶体管有源电路，使有源电路产生足够大的通断比（Ron/Roff），从而间接控制像素电极间呈 TN 型的液晶分子排列，达到显示的目的。该写入的特点就是经TFT 有源电路间接控制的 TN 型器件显示像素，可实现高路数多路显示和视频图象显示。4.TFT 液晶显示器件的驱动方法 依据液晶显示器件写入机理和显示像素电极的排布方式即可确定对其进行驱动的基本条件。液晶显示器件的种类繁多，驱动的方法也不同。但是无论哪种类型的器件，还是使用什么不同的驱动方法都是以调整

42、施加到像素电极上的电压、相位、频率、峰值、有效值、时序、占空比等一系列参数、特性来建立起一定的驱动条件，实现显示。主要的驱动有很多，在此仅介绍TFT-LCD 所采用的有源矩阵驱动法。由于有源矩阵液晶显示器件的每个像素点上都有一套有源器件，所以对这种器件的驱动是对每个像素点上的有源器件的驱动。图 2-4 为 TFT 液晶显示驱动的时序图。从图中可以看出，外电路不能直接将电压施加到液晶像素上，施加在 图 2-4 TFT 驱动时序波形图 像素上的电压决定于 TFT 晶体管的特性。当晶体管开、关比达到 106以上时，则可以满足液晶功能像素对通断比的要求。晶体管 TFT 是这样工作的，当 TFT 栅极

43、G 扫描被选通时，VG 被接入一个正高脉冲，此时同步输入选址的源极信号是一个围绕一个中心值为 VC 的永远低于 VG 选通脉冲幅值的选址数据电压 VLD，TFT 晶体管被打开。从源极到接通液晶像素的漏极之间呈一通路，电压被加到液晶像素电极和补偿电容电极上。这时即使施加电场撤掉，由于电容作用，其像素上施加的电压也将保持相当时间，直至下次选通的到来。若设置的电容值使其像素选通达半帧时间，同时使下半帧寻址信号以 VC 进行反相，则可以实现：如图 2-6 所示，使加在像素上的驱动波形呈交流态；驱动路数与 TFT 晶体管特性有关，而与液晶电光响应特性无关。这将彻底解决液晶多路驱动难题；从图中波形还可以看

44、出，这种驱动方式没有半选通波形，因此也就没有交叉效应以及对比度下降等缺陷；此外，这种驱动也不受液晶电光响应速度的影响，可以显示视频活动图象，没有闪烁也没有拖尾。5.液晶显示驱动器原理 液晶显示器驱动器是为液晶显示器件的像素提供电场的器件。由于液晶显示像素上施加的必须是交流电场，因此要求液晶显示驱动器的驱动输出必须是交流驱动；电场电压有效值在液晶像素的阀值电压附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此态将会影响液晶显示器件的显示对比度。因此液晶显示驱动器要能够控制驱动输出的电压幅值，用以实现对比度控制。液晶显示驱动器通过对其输出到液晶显示器件上的电位信号进行相位、峰值、频率等参数的调制来建立交流电场，

45、以实现显示效果。应用上的液晶显示驱动器有静态驱动器和动态驱动器。点阵式液晶显示器件都是采用动态驱动器。驱动器又有行驱动器和列驱动器之分。6.液晶显示驱动系统和液晶显示模块的构成 A）液晶显示驱动系统 利用多片液晶驱动器组合成一个点阵液晶显示器件的驱动系统。这个系统包括有行驱动器，列驱动器，偏压电路，驱动电源发生器以及温度补偿电路等。在大规模点阵液晶显示器件的驱动电路中主要的控制时序信号是不变的。行驱动脉冲 LCP 与列驱动器的锁存脉冲 LP 是同UnRegisteredCopyright 2008 Fukoer Technologies Group Limited All rights res

46、erved 10/10 步的，所以这两个信号是合为一个 LP 信号的。显示数据的传输方式将根据列驱动器组的数据传输方式而定。常见的有串行数据传输方式和并行数据传输方式。偏压电路：在动态驱动方式中，偏置电压的设置是非常重要的。根据所需的偏置电压系数，把液晶驱动电压均分为不同的电压档，这就是偏压生成电路的功能。偏压生成电路实际上是等分电压电路，常用的有两种方式：电阻分压电路和运放分压电路。温度补偿电路一般是利用电阻、二极管或三极管等元件的温度系数在分压电路中的影响，来补偿液晶材料由于环境温度的影响而使电压阀值电压下降，从而影响显示的对比度。驱动电源（DC-DC）电路：液晶的驱动是建立一定电压的电场

47、来实现的，为了保证驱动器的控制信号能够与控制系统的信号电平兼容，驱动器的逻辑电源都使用了 CMOS 芯片的逻辑电源。这个电源也作为液晶的驱动电源的一侧。但凭这个电源使点阵液晶显示器件产生显示效果还是不够的，它需要有更大的驱动电压。为了获得这个电压，驱动器还需要一个液晶驱动电源，通常是向负电压方向增加。若控制系统的电源有合适的负电源则直接使用即可。若没有则可以利用现有的 DC-DC 变换器从逻辑电源转换成负电源。由于液晶可以等效成一个电容，属电压型驱动，耗电流较小，所以 DC-DC 变换器所需的工作电流比较小，可以直接使用 IC 驱动。B）液晶显示模块的构成 由于点阵型液晶显示器件的引线众多，而

48、且要将这些引线从玻璃上引到驱动系统的 PCB 板上，这在工艺上不是普通用户所能掌握的。所以液晶显示器件的制造商们将液晶显示器件产品进一步开发，制作出相应的驱动 PCB 板和压框，然后用压框和导带或导电橡胶条将液晶显示器件固定在 PCB 板上。PCB 板上含有完整的驱动器系统，电路接口包含了驱动器系统所需要的控制信号和电源。这就叫液晶显示模块（LCM）。液晶显示模块电路中的控制信号是用来接收控制系统发来的数据信号和操作信号的。这些信号有：FLM：帧信号；LP：锁存脉冲信号；CP：移位脉冲信号；M：交流驱动波形；D（i）：显示数据。图 2-5 为 Panel 的内部结构框图。图 2-5 LCM 内部结构框图 UnRegistered