TFT-LCD显示器的原理是什么？

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜场效应晶体管。所谓薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶像素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器。

TFT-LCD液晶显示屏 [2] 是薄膜晶体管型液晶显示屏，也就是“真彩”(TFT)。TFT液晶为每个像素都设有一个半导体开关，每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而每个节点都相对独立，并可以连续控制，不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示色阶，所以TFT液晶的色彩更真。

在众多的平板显示器激烈竞争中，何以TFT-LCD能够脱颖而出，成为新一代的主流显示器决不是偶然的，是人类科技发展和思维模式发展的必然。液晶先后避开了困难的发光问题，利用液晶作为光阀的优良特性把发光显示器件分解成两部分，即光源和对光源的控制。作为光源，无论从发光效率、全彩色，还是寿命，都已取得了辉煌的成果，而且还在不断深化之中。

LCD发明以来，背光源在不断地进步，由单色到彩色，由厚到薄，由侧置荧光灯式到平板荧光灯式。在发光光源方面取得的最新成果都会为LCD提供新的背光源。随着光源科技的进步，会有更新的更好的光源出现并为LCD所应用。余下的就是对光源的控制，把半导体大规模集成电路的技术和工艺移植过来，成功研制了薄膜晶体管(TFT)生产工艺，实现了对液晶光阀的矩阵寻址控制，解决了液晶显示器的光阀和控制器的配合，从而使液晶显示的优势得以实现。

我们一般认为物体有三态：固态、液态、气态，其实这只是针对水而言，有一些有机化合物 还有介于固态和液态中间的状态

a:背景

两块偏光的栅栏角度相互垂直时光线就完全无法通过。

图(六)

b:TFT LCD显示原理

液晶显示器就是利用偏光板这个特性来完成的，利用上下两片栅栏之间互垂直的偏光板之间充满了液晶，在利用电场控制液晶分支的旋转，来改变光的行进方向，如此一来，不同的电场大小，就会形成不同颜色度了，如图(七)。

图(七)

b-1:当在不加上电极的时候，当入射的光线经过下面的偏光板(起偏器)时, 会剩下单方向的光波,通过液晶分子时, 由于液晶分子总共旋转了90度, 所以当光波到达上层偏光板时, 光波的极化方向恰好转了90度。下层的偏光板与上层偏光板, 角度也是恰好差异90度。 所以光线便可以顺利地通过，如果光打在红色的滤光片上就显示为红色。效果如图(七)中前两个图所示。

b-2:当再加上电极后(最大电极)，液晶分子在受到电场的影响下，都站立着，光路没有改变，光就无法通过上偏光板，也就无法显示，如图(七)蓝色滤光片下面的液晶。

c:TFT-LCD驱动电路。

为了显示任意图形，TFT-LCD用m×n点排列的逐行扫描矩阵显示。在设计驱动电路时，首先要考虑液晶电解会使液晶材料变质，为确保寿命一般都采用交流驱动方式。已经形成的驱动方式有：电压选择方式、斜坡方式、DAC方式和模拟方式等。由于TFT-LCD主要用于笔记本计算机，所以驱动电路大致分成：信号控制电路、电源电路、灰度电压电路、公用电极驱动电路、数据线驱动电路和寻址线驱动电路(栅极驱动IC)。

上述驱动电路的主要功能是：信号控制电路将数字信号、控制信号以及时钟信号供给数字IC，并把控制信号和时钟信号供给栅极驱动IC;电源电路将需要的电源电压供给数字IC和栅极驱动IC;灰度电压电路将数字驱动电路产生的10个灰度电压各自供给数据驱动;公用电极驱动电路将公用电压供给相对于像素电极的共享电极;数据线驱动电路将信号控制电路送来的RGB信号的各6个比特显示数据以及时钟信号，定时顺序锁存并续进内部，然后此显示数据以6比特DA变换器转换成模拟信号，再由输出电路变换成阻抗，供给液晶屏的资料线;栅极驱动电路将信号控制电路送来的时钟信号，通过移位寄存器转换动作，将输出电路切换成ON/OFF电压，并顺次加到液晶屏上。最后，将驱动电路装配在TAB(自动焊接柔性线路板)上，用ACF(各向异性导电胶膜)、TCP(驱动电路柔性引带)与液晶显示屏相连接。

d:TFT-LCD工作原理

首先介绍显示原理。液晶显示的原理基于液晶的透光率随其所示电压大小而变化的特性。当光通过上偏振片后，变成线性偏振光，偏振方向与偏振片振动方向一致，与上下玻璃基板上面液晶分子排列顺序一致。当光通过液晶层时，由于受液晶折射，线性偏振光被分解为两束光。又由于这两束光传播速度不同(相位相同)，因而当两束光合成后，必然使振光的振动方向发生变化。通过液晶层的光，则被逐渐扭曲。当光达到下偏振片时，其光轴振动方向被扭曲了90度，且与下偏振片的振动方向保持一致。这样，光线通过下偏振片形成亮场。加上电压以后，液晶在电场作用下取向，扭曲消失。

这时，通过上偏振片的线性偏振光，在液晶层不再旋转，无法通过下偏振片而形成暗场。可见液晶本身不发光，在外光源的调制下，才能显示，在整个显示过程中，液晶起到一个电压控制的光阀作用。TFT-LCD的工作原理则可简述为：当栅极正向电压大于施加电压时，漏源电极导通，当栅极正向电压等于0或负电压时，漏源电极断开。漏电极与ITO像素电极连结，源电极与源线(列电极)连结，栅极与栅线(行电极)连结。这就是TFT-LCD的简单工作原理

c:常用的液晶结构

c-1：所谓的NW(Normally white)

NW指当我们对液晶面板不施加电压时, 我们所看到的面板是亮的画面, 所以才叫做normally white。另外一种, 当对液晶面板不施加电压时, 面板无法透光, 看起来是黑色的, 就称之为NB(Normally black)

c-2:为什么要有这两种结构?

主要是为了不同的应用环境。 一般桌上型计算机或是笔记型计算机,大多为NW的配置,那是因为一般计算机软件的使用环境,你会发现整个屏幕大多是亮点, 也就是说计算机软件多为白底黑字的应用。 既然亮着的点占大多数, 使用NW当然比较方便,也因为NW的亮点不需要加电压, 平均起来也会比较省电。

反过来,NB的应用环境大多是属于显示屏为黑底的应用了。

TFT LCD液晶屏现在被广泛的应用在各个领域，涵盖了我们的日常生活的各个角落。我们都知道液晶屏有的尺寸很大，比如平板电脑，家电设备等，有的尺寸比较小，比如手持设备，智能穿戴等。那么下面我们从LCD液晶屏尺寸的角度来分析，简单的介绍各个尺寸LCD液晶屏的应用领域有哪些。

工业手持设备：比如红外线测距、红外线热像仪、测温、测噪等，液晶屏尺寸在2.0寸至5.0寸之间，这类设备要求屏幕在阳光下可视，极限产品要求屏幕的超宽工作温度。

ATM/POS机：刷卡扫描收费类产品，液晶屏尺寸在3.5至5.0寸，要求屏幕带高清触摸。

车规液晶屏：应用于汽车仪表，汽车中控，液晶屏尺寸在7.0寸至12.3寸，车规屏要求带电容式多点触摸，拥有超宽工作温度，抗震，超宽的可视角度，高亮度和高清晰度等特点的液晶显示屏。

工业设备：比如小型加工设备、数控设备等，液晶屏尺寸在7.0寸至12.1寸，要求屏幕带触摸，抗震、抗冲击、稳定。

中型医疗设备：比如注射泵、心电监护仪、胎心监测、呼吸机等，液晶屏尺寸在7.0寸至12.1寸，要求屏幕拥有超宽可视角度、长寿命。

家庭医疗产品：血压仪、血糖仪、体温计等，液晶屏尺寸在2.8寸至5.0寸，要求屏幕抗冲击、可视角度广。

仪器仪表：示波器、光时域、光缆普查、智能秤等，液晶屏尺寸在3.5至7.0寸，要求屏幕的可视角度广。

工业平板设备：人机界面，户外手持平板等，液晶屏尺寸在7.0至10.4寸，要求液晶屏拥有高分辨率、抗震、抗冲击。

智能家居：智能开关面板，空调面板、背景音乐墙上主机等，液晶屏尺寸在3.5至7.0寸，要求屏幕拥有超宽可视角度、长寿命。

航海设备：GPS导航仪，控制台仪表等，液晶屏尺寸在7.0至10.1寸，要求屏幕有超宽工作温度、阳光下可视、长寿命。

家电设备：白色家电、厨房电器等，液晶屏尺寸在3.5至10.1寸，要求液晶屏的可视角度广、长寿命。

电梯设备：楼层面板、电梯内面板，液晶屏尺寸在4.3至8.0寸，要求液晶屏的可视角度广、长寿命。

此外，LCD液晶屏还有很多应用领域，比如打印机、人脸识别、加油机、智能音响设备等等，都需要选择适合的液晶屏尺寸和特色，才能匹配到合适的显示屏产品。