液晶屏矩阵显示的基本原理

 

  液晶屏显示图像的方式不同于显像管，显像管是扫描显示图像，液晶屏是矩阵显示图像。

  到底什么是矩阵显示，液晶屏是怎么采用矩阵显示，有什么规律和特点？我们以简单的图形来说明这个道理。

一、什么是矩阵显示？

   图2.1所示是矩阵显示的基本原理，图中垂直电极线六根（S1～S6）和水平电极线4根（G1～G4）组成了一个二维表格电路。这个二维表格电路就是液晶屏的矩阵显示结构。

                                                                      图2.1

   我们把垂直的电极线S1～S6称为列电极线，水平的电极线G1～G4称为行电极线。每一根列电极线都穿越其它4根行电极线，每一根行电极线也穿越其它六根列电极线。

    这样每一根列电极线就和行电极线有四个交点，每一根行电极线就和列电极线有六个交点，交点上的列电极线和行电极线并不直接连接。在交点经过的行、列电极线上连接一个“灯泡”，并分别在列电极线和行电极线加上正负电压那么，这个“灯泡”就会被点亮，图2.2所示；只要任意的控制串联在列电极线和行电极线上的开关；S1、S2、G1、G2就可以控制任意一个灯泡的点亮和熄灭。图2.2、图2.3所示。

    

     

                                 图2.2                                                              图2.3

     如果把图2.1所示的二维电路也加上电池和行、列控制开关，就成为了图2.4所示的具有简单图形显示能力的矩阵显示电路。行、列电极线的控制开关全部断开，交点上连接的所有灯泡都不会发光；图2.6所示；当行、列电极线上的所有控制开关全部接通，交点上连接的所有灯泡都会点亮发光，图2.7所示。

                                                                       图2.4

      在每一根列电极线和行电极线的引入端，接入一个控制开关；（控制开关开关的名称就按电极线的名称命名，列电极线控制开关为：S1～S6，行电极线控制开关为：G1～G4）。把列电极线开关的另一端连接一起接到电池的正极；行电极线开关的另一端连接到一起接到电池的负极，如图2.2所示。

 

                              图2.6                                                               图2.7

     当分别控制行、列电极线上的分别开关不同的接通和断开；相应连接的灯泡将被点亮，如果采用图像信号控制开关的动作，此矩阵电路将能显示相应于图像信号的点阵图像，如图2.8所示。矩阵显示器的行、列电极线的一个交点就是所显示图像的一个像素点。

      这就是矩阵电路显示图像的基本原理；作为液晶屏这个矩阵的交点就表示一个液晶的分子，由于液晶的本身并不能发光，所以该交点的分子在行、列电极线信号的控制下，可以允许或阻碍光线通过，形成一个明暗变化的光点，最终多个这样的光点组成图像。

     一个能显示图像的液晶屏；其矩阵电路的像素点和这个屏的分辨率有关，例如一个1080P标准的HDTV高清液晶屏；行电极线有1080根，列电极线有1920×3根；行、列电极线的交点就有6000000个。一般的SDTV标清液晶屏；也有150万个这样的；行、列电极线的交点。

                                                                 图2.8

   二、液晶屏的矩阵显示

  液晶电视显示屏电极线的排列及驱动方式。

   由于液晶电视的成像方式是矩阵方式，那么图像信号是如何加到液晶屏上的？

    我们的传统的图像信号（加到显像管阴极的信号）；就是一个模拟的按时间先后排列的电信号，有显像管的阴极射向荧光屏产生一个相应的亮点，在再扫描（偏转）作用下把这个亮点组合成图像。

    液晶显示屏由于是矩阵方式显示图像，像素的着屏如果仍然采用扫描的方式；一行开关逐个由左向右接通，逐个完成对分子的扭曲的控制使光线的通过，是及其困难也是不可能的；这是因为液晶分子有惰性，要在液晶屏上完成由左到右一行信号的高速扫描显示极为困难，所以矩阵显示是采用的是一次同时显示一行信号，

    1、液晶屏矩阵电路显示像素的方式：

     图2.9所示；就是液晶电视液晶屏的矩阵基本原理图，图中；S1～S6是列电极（也称为：源极驱动电极），是输入像素信号的电极，G1～G4是行电极（也称为栅极驱动电极），是触发显示列电极送来的像素的电极。

     列电极S1～S6经过开关K2接像素信号，像素信号是一排一排（一行像素为一排）排列好的并行信号，等待在开关K2的外面。行电极线G1～G4连接于一个行位移开关K1，行脉冲信号在加到列开关K2的同时，也加到行位移开关K1，并且每到来一个行脉冲，开关K1向下旋转移位一次，并把行脉冲加到该连通的行电极上；触发列电极送来的像素信号，使之显示发光。

   2、液晶屏矩阵电路的组成结构：

    液晶屏矩阵显示电路；列驱动电路由并行像素信号形成电路和列驱动开关K2组成。行驱动电路主要由行位移开关K1组成

     开关K2和开关K1是联动的；每来到一个行脉冲；开关K2瞬间接通一次；同时K1移位一次，这个来到的行脉冲同时加到相应的行电极线上。

                                                                     图2.9

      3、像素的着屏过程

     如图2.10所示；就是当像素信号等待在列驱动电路开关K2外面，而行脉冲信号还没有来到时的情况，由于行脉冲还没有来到，尽管像素信号已经现在等待，但是开关K2不能被接通，像素信号不能输送到液晶屏上，同时行脉冲没有到来行位移开关不能工作，也没有行脉冲加到行电极线上触发信号的显示。

                                                                     图2.10

     （1） 当第一个行脉冲信号来到时：图2.11所示；

   开关K2被瞬间接通一次；第1排一行的像素信号通过K2进入相应的列电极线S1～S6上，此时由于这第一个行脉冲也同时经过行位移开关K1加到行电极线G1上，G1电极线被触发（激活），那么同时经过列电极线送来的一行像素信号就被触发显示在G1行电极线的位置上，图2.11所示，第1排像素信号因为第一个行脉冲的出现而被显示在G1列电极线上。

                                                                        图2.11

  （2）当第二个行脉冲信号来到时：图2.12所示；

开关K2被瞬间又接通一次；第2排一行的像素信号通过K2进入相应的列电极线S1～S6上，此时这第二个行脉冲控制开关K1向下移位一次；指向G2电极，同时把该行脉冲加到G2行电极线上，G2电极线被触发（激活），那么同时经过列电极线送来的第2排行像素信号就被触发显示在G2行电极线的位置上，图2.12所示；第2排像素信号，因为第二个行脉冲的出现而被显示在G1列电极线上。

                                                                                  图2.12

    （3）一场图像的显示

     以下；以此类推，第3排、第4排像素信号；被分别显示在G3、G4电极线的位置，一场的像素信号在液晶屏上显示完毕；组成了一场的图像信号显示，例如图2.13及图2.14所示

当第二场像素信号来到时；开关K1又回复到G1电极线的位置，迎接第二场图像的显示。

                                                                                图2.13

                                                                                图2.14

三、实际液晶屏的行、列驱动电路组成结构

     实际的液晶屏开关K1及开关K2都是由集成电路组成的电子开关来完成的，一个1024×768标准笔记本电脑的液晶屏，行电极线就有768根，列电极线有3072根（1024×3）这么多的电极引线是由多块集成电路直接安装在液晶屏的上方和侧面；图2.15所示。

     在图2.15中；屏上部排列着8块型号为EK7402的列驱动集成电路，每块EK7402有384只列电极引脚，8块就有3072只列驱动引脚，正好符合1024×768标准笔记本电脑的液晶屏的列电极驱动要求。屏侧面排列着3块型号为EK7309的行驱动集成电路，每块EK7309有256只行电极引脚，3块就有768只列驱动引脚，正好符合1024×768标准笔记本电脑的液晶屏的行电极驱动要求。

                                                                   图2.15

四、总结：

   液晶屏的驱动电路由行驱动和列驱动电路组成；

   列驱动电路是处理像素信号的，它把一行一行并行的像素信号在行脉冲的控制下，以行为单位；逐行加到列电极线上（在这个过程一定要清楚的知道液晶屏显示的一行信号是并行的，同时着屏，CRT显示是一行串行信号逐点着屏）。

    行驱动是控制由上向下；逐行触发行电极线，以便由上向下逐行显示像素信号最终组成一幅图像，电路比较简单，就是一个由行脉冲控制的“位移开关”（称为：移位寄存器），其过程有些类似CRT电视机的垂直扫描的概念。

    液晶显示是像素点 逐行着屏。CRT显示是像素点 逐点着屏。

    扫描驱动及行驱动所需的各种驱动（激励）信号，及并行的像素信号都是由称为：T-CON电路（时序控制电路）完成的，这个T-CON电路（时序控制电路）把供CRT显示的图像信号转换为能供液晶屏显示的各种驱动信号；提供给上述的行、列驱动电路把图像在液晶屏上显示出来。