TFT-LCD液晶显示器的驱动原理LCD显示器在近年逐渐加快了替代CRT显示器的步伐，你打算购买一台LCD吗？你了解LCD吗？液晶显示器和传统的CRT显示器，在其发光的技术原理上有什么不同？传统的CRT 显示器主要是依靠显象管内的电子枪发射的电子束射击显示屏内侧的荧光粉来发光，在显示器内部人造磁场的有意干扰下，电子束会发生一定角度的偏转，扫描目标单元格的荧光粉而显示不同的色彩。

而TFT-LCD却是采用“背光（backlight）”原理，使用灯管作为背光光源，通过辅助光学模组和液晶层对光线的控制来达到较为理想的显示效果。

液晶是一种规则性排列的有机化合物，它是一种介于固体和液体之间的物质，目前一般采用的是分子排列最适合用于制造液晶显示器的nematic细柱型液晶。

液晶本身并不能构发光，它主要是通过因为电压的更改产生电场而使液晶分子排列产生变化来显示图像。

液晶面板主要是由两块无钠玻璃夹着一个由偏光板、液晶层和彩色滤光片构成的夹层所组成。

偏光板、彩色滤光片决定了有多少光可以通过以及生成何种颜色的光线。

液晶被灌在两个制作精良的平面之间构成液晶层，这两个平面上列有许多沟槽，单独平面上的沟槽都是平行的，但是这两个平行的平面上的沟槽却是互相垂直的。

简单的说就是后面的平面上的沟槽是纵向排列的话，那么前面的平面就是横向排列的。

位于两个平面间液晶分子的排列会形成一个Z轴向90度的逐渐扭曲状态。

背光光源即灯管发出的光线通过液晶显示屏背面的背光板和反光膜，产生均匀的背光光线，这些光线通过后层会被液晶进行Z 轴向的扭曲，从而能够通过前层平面。

如果给液晶层加电压将会产生一个电场，液晶分子就会重新排列，光线无法扭转从而不能通过前层平面，以此来阻断光线。

LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。

因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。

液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。

在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。

在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。

当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

液晶显示器的缺点在于亮度、画面均匀度、可视角度和反应时间上与CRT显示器有比较明显的差距。

其中反应时间和可视角度均取决于液晶面板的质量，画面均匀度和辅助光学模块有很大关系。

而液晶显示器的亮度主要取决于背光光源。

当然，整个模组的设计也是影响产品亮度的一个因素。

不少人在描述亮度单位时，都采用了“流明”，但这事实上是错误的。

事实上，“流明”是光通量的单位，而亮度的单位应该是cd/m2（上标）。

两者都是用于光学领域的技术参数。

发光体单位时间内发出的光量总和称为光通量（luminous flux），物理学上用符号。

发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量称为亮度（luminace），物理学上用L表示，单位为坎德拉每平方米或称平方烛光cd/㎡。

亮度是衡量显示器发光强度的重要指标，对于液晶显示器来说，尤为重要。

高亮度也就意味着显示器对于其工作的周围环境的抗干扰能力更高，主要针对液晶显示器的TCO'03认证标准也作出了相当高的要求。

厂商也不约而同地以高亮度来作为各自产品的卖点之一。

一般来说，生产商主要通过增加灯管数量和优化显示屏的内部设计来提高液晶显示器的亮度。

由此，我们可以看到LCD的性能和面板原料有相当大的关系，面板的质量将直接决定LCD显示器的性能表现。

市面上，12ms、16ms、25ms等LCD显示器所采用的面板是不一样的。

但是，好的面板也就意味着更高的价格，夏普、三星、LG等厂商手中的高质量面板，价格也相当高。

台湾厂商也有友达等知名厂商，他们的产品性价比较高，市面上不少显示器均采用他们的产品。

纯净界EZX15F2就是其中一款。

它的亮度为亮度400cd/㎡，对比度达到了550:1；而一般的同类产品只有250cd/㎡的亮度和300:1的对比度。

而且其相应时间仅为16ms，完全能胜任各类应用。

其可视角度更是达到了水平163度/垂直135度，也超出同价格的其他品牌LCD显示器。

出色的面板原料，不凡的技术参数，高质的性能表现，你还等什么呢？➢TFT LCD液晶显示器的驱动原理（一）我们针对TFT LCD的整体系统面来做介绍, 也就是对其驱动原理来做介绍, 而其驱动原理仍然因为一些架构上差异的关系, 而有所不同. 首先我们来介绍由于Cs(storage capacitor)储存电容架构不同, 所形成不同驱动系统架构的原理。

1.Cs(storage capacitor)储存电容的架构一般最常见的储存电容架构有两种, 分别是Cs ongate与Cs on common这两种。

这两种顾名思义就可以知道, 它的主要差别就在于储存电容是利用gate走线或是common走线来完成的。

储存电容主要是为了让充好电的电压,能保持到下一次更新画面的时候之用。

所以我们就必须像在CMOS 的制程之中, 利用不同层的走线,来形成平行板电容。

而在TFT LCD的制程之中,则是利用显示电极与gate走线或是common走线,所形成的平行板电容,来制作出储存电容Cs。

图1 Cs on common与Cs on gate的架构图1就是这两种储存电容架构, 从图中我们可以很明显的知道, Cs on gate由于不必像Cs on common 一样, 需要增加一条额外的common走线, 所以它的开口率(Aperture ratio)会比较大。

而开口率的大小, 是影响面板的亮度与设计的重要因素。

所以现今面板的设计大多使用Cs on gate的方式。

但是由于Cs on gate的方式, 它的储存电容是由下一条的gate走线与显示电极之间形成的。

(请见图2的Cs on gate与Cs on common的等效电路) 而gate走线,顾名图2 Cs on common与Cs on gate的等效电路思义就是接到每一个TFT的gate端的走线,主要就是作为gate driver送出信号,来打开TFT, 好让TFT对显示电极作充放电的动作。

所以当下一条gate走线, 送出电压要打开下一个TFT时,便会影响到储存电容上储存电压的大小。

不过由于下一条gate走线打开到关闭的时间很短,(以1024*768分辨率, 60Hz更新频率的面板来说，一条gate走线打开的时间约为20us, 而显示画面更新的时间约为16ms, 所以相对而言, 影响有限。

) 所以当下一条gate走线关闭,回复到原先的电压, 则Cs储存电容的电压, 也会随之恢复到正常。

这也是为什么, 大多数的储存电容设计都是采用Cs on gate的方式的原因。

至于common走线, 我们在这边也需要顺便介绍一下。

从图2中我们可以发现, 不管您采用怎样的储存电容架构,C lc的两端都是分别接到显示电极与common。

既然液晶是充满在上下两片玻璃之间, 而显示电极与TFT都是位在同一片玻璃上, 则common电极很明显的就是位在另一片玻璃之上。

如此一来, 由液晶所形成的平行板电容C lc,便是由上下两片玻璃的显示电极与common电极所形成。

而位于Cs储存电容上的common电极,则是另外利用位于与显示电极同一片玻璃上的走线, 这跟C lc上的common电极是不一样的, 只不过它们最后都是接到相同的电压就是了。

2．整块面板的电路架构图3 整块液晶显示面板的电路架构从图3中我们可以看到整片面板的等效电路,其中每一个TFT与Clc跟Cs所并联的电容, 代表一个显示的点。

而一个基本的显示单元pixel,则需要三个这样显示的点,分别来代表RGB三原色。

以一个1024*768分辨率的TFT LCD来说, 共需要1024*768*3个这样的点组合而成。

整片面板的大致结构就是这样, 然后再藉由如图3中gate driver所送出的波形,依序将每一行的TFT打开, 好让整排的source driver同时将一整行的显示点,充电到各自所需的电压, 显示不同的灰阶。

当这一行充好电时, gate driver便将电压关闭, 然后下一行的gate driver便将电压打开, 再由相同的一排source driver对下一行的显示点进行充放电。

如此依序下去, 当充好了最后一行的显示点, 便又回过来从头从第一行再开始充电。

以一个1024*768 SVGA分辨率的液晶显示器来说, 总共会有768行的gate走线, 而source走线则共需要1024*3=3072条。

以一般的液晶显示器多为60Hz的更新频率来说, 每一个画面的显示时间约为1/60=16.67ms。

由于画面的组成为768行的gate走线, 所以分配给每一条gate走线的开关时间约为16.67ms/768=21.7us。

所以在图3 gate driver送出的波形中,我们就可以看到, 这些波形为一个接着一个宽度为21.7us的脉波, 依序打开每一行的TFT。

而source driver则在这21.7us的时间内, 经由source走线, 将显示电极充放电到所需的电压, 好显示出相对应的灰阶。

3．面板的各种极性变换方式由于液晶分子还有一种特性,就是不能够一直固定在某一个电压不变, 不然时间久了, 你即使将电压取消掉, 液晶分子会因为特性的破坏, 而无法再因应电场的变化来转动, 以形成不同的灰阶，所以每隔一段时间, 就必须将电压恢复原状, 以避免液晶分子的特性遭到破坏。

但是如果画面一直不动, 也就是说画面一直显示同一个灰阶的时候怎么办?所以液晶显示器内的显示电压就分成了两种极性, 一个是正极性, 而另一个是负极性. 当显示电极的电压高于common电极电压时, 就称之为正极性. 而当显示电极的电压低于common电极的电压时, 就称之为负极性. 不管是正极性或是负极性, 都会有一组相同亮度的灰阶。

所以当上下两层玻璃的压差绝对值是固定时, 不管是显示电极的电压高, 或是common电极的电压高, 所表现出来的灰阶是一模一样的。

不过这两种情况下, 液晶分子的转向却是完全相反, 也就可以避免掉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. 也就是说, 当显示画面一直不动时, 我们仍然可以藉由正负极性不停的交替, 达到显示画面不动, 同时液晶分子不被破坏掉特性的结果。