(1)液晶电容和存储电容
根据TFT液晶屏的结构可知,在上下两层玻璃间夹着液晶,液晶是容性材料,其等效电容一般称为液晶电容CLC,它的大小约为0.1 pF,但是实际应用上,这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候,也就是说当TFT对这个电容充好电时,它并无法将电压保持住,直到下一次TFT再对此点充电的时候(以一般60 Hz的画面更新频率,需要保持约16 ms的时间),这样一来,电压有了变化,所显示的灰阶就会不正确,因此,一般在面板的设计上,会再加一个储存电容CS(一般由像素电极与公共电极走线形成),其容量约为0.5 pF,以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候。
(2)薄膜晶体管(TFT)
薄膜晶体管简称TFT器件,也称TFT开关管,它是基于场效应管的原理制作而成的,也就是说,TFT器件是一种利用电场效应来控制电流的管子。因为参与导电的只有一种极性的载流子,所以,TFT器件是一种单极性器件。TFT器件也有3个电极,即源极S(相当于三极管的E极)、栅极G(相当于三极管的B极)和漏极D(相当于三极管的C极)o但二者的控制特性却截然不同,三极管是电流控制器件,通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的,即需要信号源提供一定的电流才能工作,因此,它的输入电阻较低;TFT器件则是电压控制器件,它的输出电流决定于输入电压的大小,基本上不需要信号源提供电流,所以,它的输入阻抗很高。此外,TFT器件还具有开关速度快、高频特性好、热稳定性好、噪声小等优点。
TFT器件主要有a-Si(非晶硅)和P-Si(多晶硅)两种,其中,P-Si(多晶硅)处于起步和发展阶段,a-Si则应用比较广泛。下图所示是a-Si非晶硅TFT器件内部结构示意图和电路符号。
TFT器件工作时,像一个电压控制的双向开关,当栅极G不施加电压时,TFT器件处于截止状态(关断状态),即源极S与漏极D不能接通,此时栅极G与源极S(或漏极D)之间的电阻称为关断电阻Roff。由于栅极G的漏电流极小或没有,所以,ROFF非常高,一般为10(7)Ω以上。
当在栅极G上施加一个大于其导通电压的正电压时,由于电场的作用,TFT器件将处于导通状态,即源极S与漏极D接通,此时源极S与漏极D之间的电阻称为导通电阻RON,它随栅极电压的增加而减小。
对于TFT器件,其源极S和漏极D特性一样,功能可以互换,源极S和漏极D之间电流方向随它们之间电场方向的变化而变化。源极和漏极是在应用电路中被定义的,一般将输入信号端称为源极S,将输出信号端称为漏极Do在TFT液晶显示屏中,一般将接数据驱动器端接TFT器件的源极S,像素端接TFT器件的漏极D。
(3)像素电极和公共电极
像素电极分布在后玻璃上,公共电极分布在前玻璃上,它们共同构成像素单元。像素电极、公共电极,再加上TFT器件,就构成了一个像素单元(也称子像素)。下图所示为一个像素单元的结构及电路符号示意图。
(4)行电极与列电极
从驱动方式上看,TFT液晶屏将所有的行电极作为扫描行连接到栅极驱动器上,将所有列电极作为列信号端连接到源极驱动器上,从而形成驱动阵列,如下图所示。
(5)配向膜
我们知道,液晶前后(或上下)两层玻璃主要是用来夹住液晶的,后层玻璃上有薄膜晶体管(TFT),而前层玻璃则贴有彩色滤光片。但这两片玻璃在接触液晶的那一面并不是光滑的,而是有锯齿状的沟槽,如下图所示。设置这个沟槽的主要目的是使线状的液晶分子沿着沟槽排列,如此一来,液晶分子的排列才会整齐。
因为如果是光滑的平面,液晶分子的排列便会不整齐,造成光线的散射,形成漏光的现象。在实际的制造过程中,并无法将玻璃做成如此的槽状分布,一般会先在玻璃表面涂敷一层PI (Polyimide),再用布摩擦,好让PI的表面分子不再杂散分布,依照固定而均匀的方向排列。而这一层PI就叫做配向膜,它的功用就像玻璃的沟槽一样,提供液晶分子呈均匀排列的接口条件,让液晶依照预定的顺序排列。
(6)彩色滤光片
如果拿着放大镜靠近液晶彩电显示屏,会发现下图中所显示的样子。
我们知道,红色(R)、蓝色(B)以及绿色(G)是所谓的三原色(又称为基色),也就是说,利用这3种颜色,便可以混合出各种不同的颜色,电视和显示器就是利用这个原理来显示出色彩。我们把RGB3种颜色分成独立的3个单元,各自拥有不同的灰阶变化,然后把邻近的3个R、G、B显示单元当作一个显示的基本单位——像素点(Pixel),这一个像素点就可以拥有不同的色彩变化了。
在图中,每一个RGB点之间的黑色部分,就叫做矩阵块(BlackMa-trix),矩阵块主要是用来遮住不打算透光的部分,比如一些ITO的走线,或者是TFT的部分,这也就是为什么在图7中每一个RGB的亮点看起来并不是矩形,在其右上角也有一块被矩阵块遮住的部分,这一块黑色缺角的部分就是TFT的所在位置。
下图所示是常见的彩色滤光片的排列方式。条状排列最常使用于OA的产品中,也就是我们常见的笔记本型电脑或桌上型电脑显示器等。为什么这种应用要用条状排列的方式呢?原因是现在的软件多半都是窗口化的接口,也就是说,我们所看到的屏幕内容就是一大堆大小不等的方框所组成的,而条状排列恰好可以使这些方框边缘看起来更笔直,而不会有一条直线看起来有毛边或是锯齿状的感觉。
但是,如果是应用在液晶彩电等产品上,就不一样了,因为电视信号多半是人物,人物的线条不是笔直的,其轮廓大部分是不规则的曲线,因,此一开始,液晶彩电的都是使用马赛克排列(或称为对角形排列),不过最近的液晶彩电产品多已改进到使用三角形排列。
除了上述的排列方式之外,还有一种排列,叫做正方形排列,它跟前面几个不一样的地方在于,它并不是以3个单元来当作一个像素点而是以4个单元来当作一个像素点,4个单元组合起来刚好形成一个正方形。
对于一个分辨率为1366×768的显示画面,表示显示屏可以显示768行、1 366列,共可显示1366×768=1049088个像素点,因为每个像素点都由R、G、B3个像素单元构成,分别负责红、绿和蓝色的显示,所以总共约有1366×3×768=3147264个基色像素单元,因此,在标示显示屏分辨率时,1366×768也可以写成1366×3×768或1 366×RGB×768。为了显示正常的彩色,3147264个基色像素单元需要3147264个TFT场效应管进行控制。
(7)框胶和填充物(SPACer)
框胶围绕于液晶屏四周,其作用是让液晶面板中的上下两层玻璃能够紧密黏住,将液晶分子框限于面板之内。而填空物主要是提供上下两层玻璃的支撑,它必须均匀地分布在玻璃衬底上,不然,一旦分布不均,造成部分填空物聚集在一起,反而会阻碍光线通过,也无法维持上下两片玻璃的适当间隙,造成电场分布不均的现象,进而影响液晶的灰阶表现。
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