TFT液晶显示屏显示图像的工作原理

　1．显示图像的工作过程
　　
　　结合下图所示框图，简要描述TFT液晶显示屏显示图像的工作过程。

   

　　图中，将一个电极接到场效应管的漏极D，另一个像素电极接到驱动的某一个电位上（公共电极上），然后把场效应管的栅极G作为该像素的选通控制端，把源极S作为数据的写入端，以此搭建成TFT的驱动电路。
　　
　　图中只画出了液晶像素的模型，而没有画出像素CLC，实际上二者是一致的，因为液晶材料具有容性特性，在建立TFT液晶显示屏驱动电路模型时，既可以把液晶像素等效为一个CLC，也可以画一个像素。
　　
　　TFT场效应管的栅极G连接到行驱动器的扫描选通信号上，该信号由行驱动器控制。TFT场效应管的源极连接到一个源极驱动器内（数／模）转换器的输出端。DAC转换器输出的是模拟，作为显示像素的模拟驱动电压。
　　
　　当选通某个像素时，在TFT场效应管的栅极G上施加正向的导通电压，使场效应管进入导通状态，同时显示数据通过DAC转换器，加到TFT场效应管的源极S，通过导通的TFT场效应管，到达TFT的漏极D，在显示像素上形成电场，对液晶材料充电，实现显示效果。
　　
　　当去掉栅极电压时，TFT场效应管关断，进入截止状态。场效应管的关断ROFF非常之大，与液晶材料的等效电容、存储电容结合，形成比较大的放电时间常数T=ROFF×C，使得施加在像素上的电压缓慢地释放，让该像素的显示效果可以保持一段相当长的时间。加在液晶层上的模拟驱动电压可存储，使液晶层能稳定地工作，这个驱动电压通过TFT也可在短时间内重新写入，因此，能够满足图像品质要求。
　　
　　TFT液晶显示屏的每一个像素上都有一个TFT，可有效地克服非选通时的串扰，使液晶显示屏的静态特性与扫描线数无关，因此大大提高了图像质量。
　　
　　值得注意的是，加在液晶TFT源极的驱动电压，不能像CRT阴极那样是一个固定极性的直流信号。因为液晶显示屏内部的液晶分子如果处于单一极性的电场作用下，则会在直流电场中发生电解反应，使液晶分子按照不同的带电极性而分别趋向于正、负两极堆积发生极化作用，从而逐渐失去旋光特性而不能起到光阀作用，致使液晶屏工作寿命终止。因此，要正确使用液晶，不能采用显像管式的激励方式，而是既要向液晶施加电压以便，而又要保证其所加电压符合液晶驱动要求，即不能有平均直流成分。具体的方法是：在显示屏的源极上加极性相反而幅度大小相等的交流电压。交流的极性不断变化倒相，故不会使液晶分子产生电解极化作用，而所加电压又能控制其透光度，从而达到调整对比度的目的。

　　2．液晶显示屏的灰度控制原理
　　　　
　　TFT液晶显示屏的灰度是由加在液晶上的驱动电压进行控制的，简单描述如下：TFT液晶显示屏的驱动电路通过漏极D对像素施加的电压大小不同，像素和存储电容充入的电荷多少就不同，即建立在像素上的电场强度和时间就不同，从而液晶材料的电光效应也就不同，在液晶显示屏上产生的显示效果就不同，即灰阶的显示效果不同。因此TFT液晶显示屏的灰度控制方法为幅值驱动法，灰度的幅值驱动法的驱动原理如下图所示。

　　
　　由图1-13中可以看出，灰度控制电路被集成在列驱动器中，在列驱动器的驱动电路和数据锁存器的输出之间加入了选择电路。驱动输出的电平不是选择电平和非选电平的二选一，而是多级电平的选择。此时的显示数据也不是一个像素对应一位数据，而是一个像素对应多位数据。例如，图1-13中所示的电路中，一个像素有3位数据D2、Dl、DO，当液晶显示控制器将这3位数据传输给带灰度控制的液晶显示驱动器时，这3位数据被锁存到锁存器内。锁存器的3位数据输出给电平选择电路，电平选择电路类似于3-8译码器，3位数据组合为8种状态，使电平选择电路在8路电平Vo～V7中选一，变成模拟的灰度电压输出，使液晶显示屏呈现灰度显示的效果。图中的VO～V7由灰度电压发生器产生，一般集成在列驱动器内。
　　
　　下图给出了8级灰度电压与输入数据DO、Dl、D2的对应关系。

　　从图中可以看出，当输入数据D2、Dl、DO为111时，电平选择电路选择电压Vo，控制液晶显示屏显示灰度T1（白色）；当输入数据D2、Dl、DO为110时，电平选择电路选择电压Vl，控制液晶显示屏显示灰度T2：当输入数据D2、Dl、DO为101时，电平选择电路选择电压V2，控制液晶显示屏显示灰度T3；当输入数据D2、Dl、DO为100时，电平选择电路选择电压V3，控制液晶显示屏显示灰度T4；当输入数据D2、Dl、DO为011时，电平选择电路选择电压V4，控制液晶显示屏显示灰度T5；当输入数据D2、Dl、DO为010时，电平选择电路选择电压V5，控制液晶显示屏显示灰度T6；当输入数据D2、Dl、DO为001时，电平选择电路选择电压V6，控制液晶显示屏显示灰度T7；当输入数据D2、Dl、DO为000时，电平选择电路选择电压V7，控制液晶显示屏显示灰度T8（黑色）。
　　
　　对于TFT液晶显示屏，显示的灰度级数与输入数据的关系如下：显示的灰度级数=2n
　　
　　例如，输入3位数据时，可显示23=8级灰度；输入4位数据时，可显示24=16级灰度；输入6位数据时，可显示26=64级灰度；输入8位数据时，则可显示28=256级灰度。