1.2　液晶显示屏及其驱动方式

液晶显示屏简称液晶屏，是液晶显示器的关键部件，常见的主要有扭转向列TN型（Twisted Nematic）、超扭转向列STN型（Super Twisted Nematic）及薄膜晶体管TFT型（Thin Film Transistor）三种。从技术层次和价格水平上看，按TN、STN、TFT的排列顺序依次递增。TN型主要用于3in以下的黑白小屏幕，如电子表、计算器、掌上游戏机等；STN型配合彩色滤光片可显示多种色彩，多用于文字、数字及绘图功能的显示，如低档的笔记本电脑、掌上电脑、手机和个人数字助理（PDA）等便携式产品；TFT型具有反应速度快等优点，特别适用于动画及图像显示，因此在数码相机、液晶投影仪、笔记本电脑、桌上型液晶显示器中得到了广泛的应用。TN、STN及TFT液晶显示屏的比较见表1-1。

1.2.1　TN液晶显示屏及其驱动方式

TN液晶显示屏也称扭转向列液晶显示器件，其应用十分广泛，常见的电子表、计算器、掌上游戏机、工业数字仪表等采用的都是TN液晶屏。

1. TN液晶显示屏的结构

TN液晶显示屏的基本结构是：将涂有ITO透明导电层的玻璃光刻上一定的透明导电电极图形，将两片这种玻璃基板夹持一层液晶材料，四周进行密封，形成一个厚度仅为几微米的扁平液晶盒。由于在玻璃内表面涂有一层定向膜（也称配向膜），并进行了定向处理，盒内的液晶分子沿玻璃表面平行排列，且由于定向膜定向处理的方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈90°扭转。因此TN液晶显示屏也称为扭转向列液晶显示屏。图1-2所示为TN液晶显示屏的基本结构示意图。

2. TN液晶显示屏的工作原理

图1-3所示为TN液晶显示屏的工作原理示意图。

在不加电压的情况下，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°。在离开液晶层时，偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，所以光线能顺利通过，在这种情况下，液晶层相当于是透明的，可以看到反射基板的透明电极，如图1-3（a）所示。当加一个电压时，液晶分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转，使液晶不能透光，如图1-3（b）所示。在这种情况下，由于没有光反射回来，也就看不到反射基板的电极，于是在电极部位出现黑色。

专家点拨

从图1-3可以看出，对于TN液晶显示屏，不施加电压时，液晶透光，也就是亮的画面；施加电压时，液晶不透光，显示暗的画面。因此，这是一种常规状态（不通电）显示白色的液晶屏，简称常白屏（NW屏）。与常白屏（NW屏）对应，还有一种常黑屏（NB屏），关于常白屏与常黑屏，将在介绍TFT液晶显示屏时进行详细说明。

加电将光线阻断（有显示），不加电则使光线射出（无显示）。由此可见，只要将电极制成不同的字的形状，就可以看到不同的黑色字。这种黑字，不是液晶的变色形成的，而是光线被遮挡或穿透的结果。

综上所述，TN液晶显示屏的显示原理是：液晶棒状分子在外加电场的作用下，排列状态发生变化，使得穿过液晶显示器件的光被调制（透过与不透过），从而呈现明与暗的显示效果。也就是说，通过控制电压的大小，改变液晶转动的角度和光的行进方向，进而达到改变字符亮度的目的。

3. TN液晶显示屏的驱动

TN液晶显示屏采用静态驱动方式。所谓静态驱动，是指在所显示的像素电极和共用电极上，同时连续地施加驱动电压，直到显示时间结束。由于在显示时间内驱动电压一直保持，故称做静态驱动。下面以最常用的笔段式TN液晶显示屏为例进行说明。

笔段式TN液晶显示屏是通过段形显示像素实现显示的。段形显示像素是指显示像素为一个长棒形，也称笔段形。在数字显示时，常采用七段电极结构，即每位数由一个“8”字形公共电极和构成“8”字图案的七个段形电极组成，分别设置在两块基板上，如图1-4所示。

每个笔段的驱动电压为AC 3～5V，频率有32Hz、167Hz、200Hz几种，工作时在背电极（COM）上持续加上占空比为1/2的连续方波，在要显示的笔段上施加一个与背电极上的电压波形相位相反、幅值相等、频率相同的连续方波，则在被显示笔段上加有正、负交替的两倍于方波幅值的电压，它应大于液晶显示器件的阈值电压V _th ；而在不需要显示的笔段上施加一个与背电极上的电压波形相位相同、幅值相等、频率相同的波形，则该笔段上不能形成电场，当然也就不能显示。图1-5所示是一个笔段电极的液晶显示屏驱动电路原理和波形图。

图1-5（a）是一个异或门电路。输入端A是由振荡电路产生的方波振荡脉冲，并且直接与液晶显示屏的COM端连接。输入端B可接入高、低（ON/OFF）电平，用于控制电极的亮与灭。异或门的输出端C接液晶显示屏的笔段端前电极（a、b、c、d、e、f或g端）。

从图1-5（b）所示的异或门真值表中可以得到液晶显示屏（LCD）两端的交流驱动波形，如图1-5（c）所示。可见，当字段上两个电极的电压相位相同时，两电极之间的电位差为零，该字段不显示；当此字段上两个电极的电压相位相反时，两电极之间的电位差为两倍幅值的方波电压，该字段呈现黑色。

专家占拨

液晶显示屏的驱动与LED的驱动有很大的不同。对于LED，在其两端加上恒定的导通或截止电压便可控制其亮或暗。而LCD，由于其两极不能加恒定的直流电压，因而给驱动带来复杂性。一般应在LCD的公共极（一般为背极）加上恒定的交变方波信号，通过控制前极的电压变化而在LCD两极间产生所需的零电压或两倍幅值的交变电压以达到显示屏亮、灭的控制。

图1-6所示是七段液晶显示屏的电极配置和静态驱动电路图。七段共用一个背电极COM，前电极a、b、c、d、e、f、g互相独立，每段各加一个异或门进行驱动。

目前，市场上已有许多LCD驱动集成芯片，已可将多个LCD驱动电路集成到—起，使用起来十分方便。

笔段式静态驱动有这样两个特点：①各电极的驱动相互独立，互不影响；②在显示期间，驱动电压一直保持，使液晶充分驱动。因而静态驱动与下面介绍的动态驱动相比，具有对比度好、亮度高、响应快等优点。静态驱动的缺点是每个笔段形电极需要一个控制元件，当显示数字的位数很多时，相应的驱动元件数和引线端子数就会太多，因而它的应用受到限制，只适合位数很少的笔段电极显示。

提个醒

对于液晶显示屏，必须注意以下几点：

（1）驱动液晶显示屏时，不宜施加直流电压，否则，会使液晶产生电解和电极老化，从而大大降低液晶显示屏的使用寿命，所以，液晶显示屏必须采用交流电压进行驱动，并且限定交流成分中的直流分量不大于几十毫伏。

（2）由于液晶在电场作用下光学性能的改变是依靠液晶作为弹性连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作用效果不取决于其峰值，在频率小于103 Hz情况下，液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。

（3）液晶单元是容性负载，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是无极性的，即正压和负压的作用效果是一样的。

1.2.2　STN液晶显示屏及其驱动方式

STN液晶显示屏也称超扭转向列液晶显示屏，配合彩色滤光片可显示多种色彩，多使用于文字、数字及绘图功能的显示，如低档笔记本电脑、掌上电脑、低档手机和个人数字助理（PDA）等便携式产品。

1. STN液晶显示屏的结构与原理

STN液晶显示屏采用无源矩阵结构，在两块玻璃基板的内侧配置有行电极（扫描线）和列电极（数据线）两种电极，中间封入液晶，扫描线和数据线的交点就是STN液晶屏的像素点。图1-7所示是STN液晶显示屏的结构和等效电路示意图。

STN液晶显示屏的工作原理与TN液晶显示屏相同，只是STN的扭转角为180°～270°，而不是90°。图1-8所示为TN和STN液晶分子扭转角度示意图。

正因为STN液晶显示屏中的液晶扭转角度不同，其特性也就不同，为便于说明问题，下面给出TN与STN液晶显示屏电压-穿透率曲线，如图1-9所示。

从图1-9可以看出，当电压比较低时，光线的穿透率很高；电压很高时，光线的穿透率很低；而电压在中间位置时，TN液晶显示屏的变化曲线比较平缓，而STN液晶显示屏的变化曲线则较为陡峭。因此，在TN液晶显示屏中，当穿透率由90%变化到10%时，相对应的电压差就比STN液晶显示屏大。前面曾提到，在液晶显示屏中，是利用电压来控制灰阶的变化，而上述TN与STN液晶显示屏的不同特性，便造成TN比STN液晶显示屏的灰阶变化要多。所以，一般TN液晶显示屏多为6～8bits的变化，也就是64～256个灰阶的变化，而STN液晶显示屏最多为4bits，也就只有16阶的灰阶变化。除此之外，STN与TN液晶显示屏还有一个不同的地方，就是反应时间，一般STN液晶显示屏多在100ms以上，而TN液晶显示屏多在50ms以下。

这里需要说明的是，单纯的TN液晶显示屏本身只有明、暗两种情形（或称黑、白），无法做到色彩的变化。而STN液晶显示屏由于液晶材料的不同，以及光线的干涉现象，显示的色调以淡绿色和橘色为主。如果在传统单色STN液晶显示屏加上彩色滤光片，并将单色显示矩阵的任一像素点分成三个像素单元（或称子像素），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三基色，再经由三基色的比例调和，也可以显示出全彩模式的色彩。另外，TN液晶显示屏做得越大，其对比度就会越差，而STN型由于采用了改良技术，可以弥补对比度不足的情况。

2. STN液晶显示屏的驱动

STN液晶显示屏采用无源矩阵电极结构，电极众多，不可能在像素显示的时间内维持一个持续的电场，因此，一般不采用静态驱动，而是采用动态驱动。

STN液晶屏的动态驱动示意图如图1-10所示。图中的无源矩阵由液晶屏的上、下玻璃基片内表面多个行电极（也称水平电极、扫描电极、扫描线或X电极）和列电极（也称垂直电极、选址电极、选通电极、数据线或Y电极）组成，行电极将按时间顺序加上一串扫描脉冲电压，列电极与行电极同步，分别输入选通电压波形和非选通电压波形；在双方同步输入驱动电压波形的一瞬间，将会在该行与各列电极交点像素上合成一个驱动波形，使该行上相应的像素点被选通。所有行被扫描一遍，则全部被选通的像素点便组成一幅画面，但是这个画面上各行的像素是在不同时段内被选通的，所以也称这种方法为“时间分割显示”或APT（逐行）驱动法。由于每个显示图案都是由不同时间分割区显示的像素瞬间组合而成的，像素上没有真正意义的持续显示状态，所以又称为动态驱动。

通常，将所有扫描行电极施加一次扫描电压的时间叫做一帧；每秒内扫描的帧数叫做帧率；将每扫描行电极选通时间与帧周期之比称为占空比，它等于行电极数的倒数，即1/N。

动态驱动是STN液晶显示屏最常用的驱动方式。一个矩阵若由m行和n列组成，则有m×n个像素，采用动态驱动只需要m+n根电极引线，不但能大大减少电极引线，还可以大大减少外围驱动电路的成本，因此，应用十分广泛。

方法技巧

动态驱动法不仅广泛应用于STN液晶显示屏中，而且在笔段式TN液晶显示屏（液晶数码管）中的应用也十分普及。对于1～2个笔段式数码管，由于笔段较少，可采用静态驱动法。但是，如果采用多个笔段式数码管，由于笔段像素很多，不可能在每个像素上都设置单独的外引线，此时可采用动态驱动。

例如，对于六个数码管，可将其背电极单独引出，作为行电极，将其前电极的对应位连在一起（即六个笔段式的六个a接在一起，六个b接在一起……共七段），再分别引出，作为列电极。所以，总的电极引线数为6+7= 13根。工作时，各背电极（行电极）上的电压顺序接通，称为扫描。例如，第四位数码管的背电极被“接通”，同时对第四位数码管各笔段输入显示电压或不显示电压，虽然这些电压也同时施加在其他数码管的各笔段上，但是，由于这些数码管的背电极未被“接通”，所以不起作用。如此，背电极轮流被“接通”，其上的笔段相应地显示，如有六个数码管，则每一个显示的时间只有1/6；如果对背电极扫描的速度足够快（每秒轮流50次以上），由于人眼“视觉暂留”的特性，感觉不到显示器的闪动，所看到的就是连续显示的六个数字。

1.2.3　TFT液晶显示屏及其驱动方式

TFT液晶显示屏是目前的顶级材质液晶屏，属于主动式有源矩阵类型液晶显示屏，具有优良的性能，在计算机液晶显示器、液晶电视、手机等设备中得到了广泛的应用。

TFT液晶显示屏是在TN型计算机的基础上发展起来的。理解前面介绍的TN、STN液晶显示屏的结构、原理与驱动方式，对于分析TFT液晶显示屏具有重要的指导意义。

1. TFT液晶显示屏的结 构

TFT液晶显示屏是一种薄形的显示器件，它有两片偏光板、两片玻璃，中间夹上TN型液晶。图1-11所示是TFT液晶显示屏的立体结构示意图，图1-12所示是TFT液晶显示屏的横截面结构示意图。

在后玻璃板衬底上分布着许多横竖排列并互相绝缘的格状透明金属膜导线，将后玻璃衬底分隔成许多微小的格子，称为像素单元（或称子像素）；而每个格子中又有一片与周围导线绝缘的透明金属膜电极称为像素电极（显示电极）。像素电极的一角，通过一只用印刷法制作在玻璃衬底上的TFT薄膜场效应管，分别与两根纵横导线连接，形成矩阵结构，如图1-13所示。TFT管的栅极与横线相接，横线称为栅极扫描线或X电极，因起到TFT管选通作用又称为选通线；而TFT管的源极与竖线连接，竖线称为源极列线或Y电极；TFT的漏极与透明像素电极连为一体。TFT管的功能就是一个开关管，通过施加栅极电压，可控制其导通与截止。

对于TFT液晶显示屏来说，每个像素单元从结构上可以看做像素电极和公共电极之间夹一层TN型液晶，液晶层可等效为一个液晶电容C _LC ，约为0.1pF。在实际应用中，这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据，也就是说，当TFT管对这个电容充好电后，它无法将电压保持到再对此点充电的时刻（以一般60Hz的画面更新频率，需要保持约16ms）。这样一来，电压有了变化，所显示的灰阶就会不正确，因此，一般在设计面板时，会再加一个储存电容C _S （一般由像素电极与公共电极走线所形成），其值约为0.5pF，以便让充好电的电容电压能保持到下一次更新画面的时刻。图1-14所示为一个像素单元的结构示意图及其等效电路。

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，如图1-15（a）所示，驱动阵列的等效电路如图1-15（b）所示。

在前玻璃衬底上，也同样划分为许多小格子，每个格子均与下玻璃衬底的一个像素电极对应，但其差别是，它没有独立的电极，而只是覆盖着一小片R（红）、G（蓝）、B（绿）三基色的透明薄膜滤光片，称为彩色滤光片（或称RGB滤色膜），用以还原出正常的色彩。如果用放大镜观察液晶显示屏，可观察到图1-16所显示的样子（图中的R、G、B是笔者为了说明彩色的颜色而加的标注）。

红色、蓝色及绿色是所谓的三基色，也就是说，利用这三种颜色可以混合出各种不同的颜色，CRT电视和显示器就是利用这个原理来显示出色彩的。把R、G、B三种颜色分成独立的三个单元，各自有不同的灰阶变化，然后把邻近的三个R、G、B显示单元当做一个显示的基本单位——像素点（pixel），这个像素点就可以拥有不同的色彩变化。

在图1-16中，每个R、G、B点之间的黑色部分，就叫做black matrix（矩阵块），主要用来遮住不需要透光的部分，如一些ITO的走线或TFT管的部分。

图1-17所示是常见的彩色滤光片的排列方式——条状排列，常用于办公用品，如常见的笔记本电脑或台式计算机显示器等。为什么这种应用要用条状排列的方式呢？原因是目前的软件多半都是窗口化的接口，也就是说，屏幕内容是由一大堆大小不等的方框所组成的，条状排列恰好可以使这些方框边缘看起来更笔直，而不会有毛边或是锯齿状的感觉。但是，如果应用在AV产品（如液晶电视）上，就不一样了，因为电视信号多半是人物，人物的轮廓线条大部分是不规则的曲线，因此最初使用于AV产品的都是马赛克排列（或称为对角形排列）。不过最近的AV产品中，多已改进为使用三角形排列。除了上述的排列方式外，还有一种排列，叫做正方形排列，它与前面几种不同的地方在于，它并不是以三个单元而是以四个单元作为一个像素点，而四个单元组合起来刚好形成一个正方形。

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对于一个分辨率为1024×768的显示画面，表示显示器可以显示768行、1024列，共可显示1024×768=786432个像素点。由于每个像素点都由R、G、B三个像素单元（或称为子像素）构成，分别完成红色、绿色和蓝色的显示，所以总共有1024×3×768= 2359296个像素单元，所以在标示显示屏分辨率时，1024×768也可以写成1024×3×768或1024 ×RGB×768。为了显示正常的色彩，2359296个基色像素单元需要2359296个TFT管进行控制。图1-18标出了分辨率为1024×768的液晶显示屏TFT管和RGB像素单元之间的对应关系，图1-19所示为其像素排列图。

下面简要介绍一下开口率。开口率是液晶显示屏结构中一个十分重要的概念，它是决定液晶显示屏亮度的重要参数。简单来说，开口率就是光线能透过的有效区域的比例。如图1-20所示，左边是一个液晶显示屏从正上方或是正下方看过去的结构图，当光线由背光板发射出来时，并不是所有的光线都能穿过面板。例如，给液晶屏用的信号走线及TFT管本身，还有储存电压用的储存电容等，这些地方除了不完全透光外，也由于经过这些地方的光线并不受到电压的控制而无法显示正确的灰阶，所以，都需利用black matrix加以遮蔽，以免干扰到其他透光区域的正确亮度。因此，有效的透光区域就只剩下图1-20右边所显示的区域。这块有效的透光区域面积与全部面积的比例就称为开口率。

当光线从背光板发射出来，会依次穿过偏光板、玻璃板、液晶、彩色滤光片等，假设各个零件的穿透率如下：

偏光板：50%（因为其只允许单方向的极化光波通过）；

玻璃板：95%（需要计算上、下两片）；

液晶：95%；

开口率：50%（有效透光区域只有一半）；

彩色滤光片：27%（假设材质本身的穿透率为80%，但由于滤光片本身涂有色彩，只能允许该色彩的光波通过。以RGB三基色来说，只能允许三种中的一种通过，所以仅剩下1/3的亮度，因此总的通过率为80%×33%=27%）。

以上述的穿透率来计算，从背光源出发的光线只剩下6%，实在是少得可怜。这也是为什么在TFT液晶显示屏的设计中，要尽量提高开口率的原因。只要提高开口率，便可以增加亮度，同时背光源的亮度也不用那么高，可以节省耗电及花费。

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常白与常黑TN液晶显示屏

常白液晶显示屏简称NW（Normally White）液晶屏。对于此类液晶屏，不施加电压时，液晶透光，显示亮的画面；施加电压时，液晶不透光，显示暗的画面。常白型液晶显示屏示意图如图1-21所示，它也是最为常用的一种。

常黑型液晶显示屏简称NB（Normally Black）液晶屏。对于此类液晶屏，不施加电压时，液晶不透光，显示暗的画面；施加电压时，液晶透光，显示亮的画面。常黑型液晶显示屏示意图如图1-22所示。

对TN液晶显示屏而言，位于上、下玻璃的配向膜都是互相垂直的，而NB与NW液晶的差别只在于偏光板的相对位置不同而已，对NW来说，其上、下偏光板的极性是互相垂直的，所以不施加电压时，光线会因为液晶将之旋转90°而透光；而对NB液晶屏来说，其上、下偏光板的极性是互相平行的，所以不施加电压时，光线会因为液晶将之旋转90°而无法透过。

为什么要有NW与NB这两种不同的偏光板配置呢？主要是为了不同的应用环境，一般应用于台式计算机或笔记本电脑时，大多为NW的配置，这是因为一般计算机软件运行时整个屏幕大多是亮点，也就是说，多为白底黑字，既然亮点占大多数，使用NW当然比较方便，而且NW的亮点不需要加电压，使用时也会比较省电；反之NB就适用于大多是显示屏为黑底的应用了。

2. TFT液晶显示屏的原理

液晶显示屏是被动显示器件，工作时，必须先利用背光源才能发光。背光源产生的光线先经过后偏光板，然后经过液晶，这时液晶分子的排列方式将会改变穿透液晶的光线角度；接下来，这些光线还必须经过前方的彩色滤色膜与前偏光板。因此，只要控制液晶扭转光线量的多少，就能改变光线的明暗，控制施加在液晶电极上的电压，就能调整光线的穿出量。若要显示彩色的影像，只要在光线穿出前透过某一颜色的滤光片即可获得需要的颜色。若要产生全彩的影像，就需要光的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色。液晶屏是由许许多多的小像素点所组成，每个像素点都有R、G、B三个子像素，由于光点小，又排列很紧密，眼睛接受时，就会将三个颜色混合在一起，再加上不同明暗的调整（控制液晶的扭转角度），从而形成所要的颜色。TFT液晶显示屏为每个R、G、B子像素都安排了一个TFT管来控制电场的变化，使它对于色彩的控制更加有效，而不会像被动式矩阵屏幕，对于快速移动的影像会产生模糊不清的效果。

3. TFT液晶显示屏常用的 极 性变换方式

前已述及，液晶分子的驱动电压不能固定在某一个值不变，否则，时间久了，液晶分子会发生极化现象，从而逐渐失去旋光特性。因此，为了避免液晶分子的特性遭到破坏，液晶分子的驱动电压必须进行极性变换，这就需要将液晶显示屏内的显示电压分成两种极性，一个是正极性，另一个是负极性。当显示电极的电压高于common（公共电极）电极电压时，就称为正极性；当显示电极的电压低于common电极电压时，就称为负极性。不管是正极性或负极性，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，所表现出来的灰阶是一模一样的。常见的极性变换方式有四种，即逐帧倒相方式、逐行倒相方式、逐列倒相方式和逐点倒相方式，如图1-23所示。

从图1-23中可以看出，对于逐帧倒相方式，在同一帧中，整个画面所有相邻的点都拥有相同的极性，而相邻的帧极性则不同；对于逐行倒相方式，在同一行上拥有相同的极性，而相临的行极性不同；对于逐列倒相方式，在同一列上拥有相同的极性，而相邻的列极性不同；对于逐点倒相方式，则是每个点与自己相邻的上、下、左、右四个点，极性都不一样。

目前常见的个人计算机液晶显示屏，所使用的面板极性变换方式，大部分都是逐点变换方式，为什么呢？原因是逐点倒相的显示品质相对于其他的变换方式要好得多。表1-2列出了逐帧倒相、逐行倒相、逐列倒相和逐点倒相四种极性变换方式的性能比较。

所谓Flicker现象，就是画面会有闪烁的感觉，但并不是特意做出的视觉效果，而是因为显示的画面灰阶在每次更新画面时会有些微小的变动，让人眼感受到画面在闪烁。使用逐帧倒相的极性变换方式最容易发生这种情况。因为逐帧倒相的整个画面都是同一极性，当这次画面是正极性时，下次就都变成了负极性，假若common电压有一点误差，这时正、负极性的同一灰阶电压便会有差别，当然灰阶的感觉也就不一样，如图1-24所示。在不停切换画面的情况下，由于正、负极性画面交替出现，就会出现Flicker现象。而其他面板的极性变换方式，虽然也会有此Flicker的现象，但由于不像逐帧倒相是同时整个画面一起变换极性，只有一行或一列，甚至是一个点变化极性而已，以人眼的感觉来说，就会觉得不明显。

所谓Crosstalk现象，指的是相邻的点之间，要显示的资料会影响到对方，以至于显示的画面会有不正确的状况。虽然Crosstalk现象的成因有很多种，只要相邻点的极性不一样，便可以减少此现象的发生。

4. TFT液晶显示屏的驱动

TFT液晶显示屏是有源矩阵显示屏，因此，其驱动方式与TN、STN液晶显示屏截然不同，采用的是有源矩阵动态驱动法。TFT液晶显示屏的驱动方式及电路十分复杂，作为液晶显示屏维修人员，没有必要对其驱动原理进行详细了解，因此，下面仅从图像色彩显示的角度，对其驱动原理进行简要介绍。

（1）液晶显示屏图像的显示

下面以常见的1024×768分辨率的显示屏为例，归纳一下液晶显示屏显示图像的过程和容易混淆的问题。

分辨率为1024×768的显示屏，共需要1024×3×768个点来显示一个画面。图1-25所示为1024×3×768液晶显示屏驱动框图。

如果把一个液晶显示屏平面分成X、Y轴，分辨率为1024×768的显示屏，在X轴（水平方向）上会有1024×3= 3072列，由8个384路输出的源极驱动器（如EK7402）来驱动；而在Y轴上，会有768行，由3个256路输出栅极驱动器（如EK7309）来驱动。

在液晶显示屏中，每个TFT管的栅极连接至水平方向的扫描线，源极连接至垂直方向的数据线，而漏极连接至液晶像素电极和存储电容。显示屏一次只启动一条栅极扫描线，以将相应一行的TFT管导通，此时，垂直方向的数据线送入对应的视频信号，对液晶存储电容充电至适当的电压，便可显示一行的图像。

接着关闭TFT管，直到下次重新写入信号前，使得电荷保存在电容上，同时启动下一条水平扫描线，送入对应的视频信号。

依次将整个画面的视频信号写入，再自第一条重新写入，此重复的频率称为帧频（刷新率），一般为60～70Hz。为便于理解，图1-26给出了1帧栅极扫描信号的波形图。

如前所述，对于1024×768分辨率的液晶显示屏来说，有768行和1024×3= 3072列。一般的液晶显示屏多为60Hz的刷新频率，此时，每一个画面的显示时间约为1/60s= 16.67ms。由于画面的组成为768行的栅极走线，所以分配给每一条栅极走线的开关时间约为16.67ms/ 768=21.7μs。因此，在栅极驱动器送出的波形中，是一个接着一个宽度为21.7μs的脉冲波，依次导通每一行的TFT管。而源极驱动器则在这21.7μs的时间内，经由源极走线将显示电极充放电到所需的电压，便可显示出相对应的图像。

需要再次说明的是，加在TFT管源极的驱动电压，不能像CRT显示屏显像管阴极那样，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调制对比度，又要保证其所加电压符合液晶驱动的要求，即不能有平均直流成分。具体的方法是，在显示屏的源极上，加上极性相反、幅度相等的交流电压。由于交流电的极性不断变化倒相，故不会使液晶分子产生极化作用，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）液晶显示屏色彩的显示

TFT液晶显示屏之所以能够显示出逼真的色彩，是由其内部的彩色滤色片和TFT管共同协调工作完成的。图1-27展示了液晶屏上一组三基色像素的示意图。

从图1-27中可以看出，在t时刻，R、G、B三基色像素从源极驱动器输出，加到源极驱动电极n-1、n、n+1上，即各TFT管的源极S上，而此时（在t时刻），栅极驱动器输出的行驱动脉冲只出现在第m行。因此，第m行的所有TFT管导通，于是，R、G、B驱动电压V ₁ 、V ₂ 、V ₃ 分别通过第m行导通的TFT管加到漏电极像素电极上，故R、G、B三基色像素单元透光，送到彩色滤色片上，经混色后显示一个白色像素点。

图1-28所示为显示三个连续的白色像素点的示意图。显示的工作过程与前述类似，即在t ₁ 时刻，第m-1行的TFT管导通，于是在第m-1行的对应列处显示一个白色像素点；在t ₂ 时刻，第m行的TFT管导通，于是在第m行的对应列处显示一个白色像素点；在t ₃ 时刻，第m+1行的TFT管导通，于是在第m+1行的对应列处显示一个白色像素点；由于t ₁ 、t ₂ 、t ₃ 之间的时间间隔很短，因此，人眼看不到白色像素点的闪动，而看到的是三个竖着排放的白色像素点。

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从上面介绍的R、G、B三基色像素的驱动电压波形可以看出，相邻的两点，加上的是极性相反、幅度相等的交流电压，也就是说，图中R、G、B源极驱动电压是逐点倒相的，因此这种极性变换方式称为“逐点倒相法”。关于极性变换的具体内容，在前面已进行了详细介绍。

以上介绍的只是显示白色的情况，若显示其他颜色，其原理是相同的。例如，若要显示黄色，只需要R、G两像素单元加上电压，使R、G透光显示出滤色片的颜色；同时，不给B像素单元加电压，因此，B像素单元不能透光而呈黑暗状态。也就是说，在三基色单元中，只有R、G两单元发光，故能呈现黄色。

可见，如果将视频信号加到源极列线上，再通过栅极行线对TFT管逐行选通，即可控制液晶屏上每一组像素单元的发光与否及发光颜色，从而达到显示彩色图像的目的。各基色像素单元的源极列线，按照三基色分为R、G、B三组，分别施加各基色的视频信号，就可以控制三基色的比例，从而使液晶屏显示出不同的色彩来。

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对于TFT液晶显示屏，显示的色彩总数与输入数据的关系如下：

显示的色彩总数= 2 ⁿ （R）×2 ⁿ （G）×2 ⁿ （B）=2 ³ⁿ

例如，输入3位数据时，可显示2 ⁹ = 512种色彩；输入4位数据时，可显示2 ¹² = 4096种色彩；输入6位数据时，可显示2 ¹⁸ = 262144种色彩；输入8位数据时，可显示2 ²⁴ = 16777216种色彩。 TINMmjClsgJt1YR8kUvSgfrp1pGVcaEEy2wN/Q4D9UrymRt2r8t6W3hvWIQUeahu