Android LCD(一)：LCD基本原理篇

關鍵詞：android LCD TFT 液晶 偏光片 彩色濾光片  背光

平台資訊:
核心：linux2.6/linux3.0
系統：android/android4.0 
平台：samsung exynos 4210、exynos 4412 、exynos 5250

作者：xubin341719(歡迎轉載，請註明作者)

歡迎指正錯誤，共同學習、共同進步！！

下載連結：LCD規格書（404份），之前工作用用到的 、 LCD規格書00 
、 LCD規格書01   、   LCD測試圖片，彩條灰階等  

Android LCD(一)：LCD基本原理篇

Android LCD(二)：LCD常用介面原理篇

Android LCD(三)：Samsung LCD介面篇

Android LCD(四)：LCD驅動調試篇

第一份工作、第一家公司，是做電視方案的，那段時間整天和LCD屏打交道，從7”到42”的都有調試過。那時沒畢業，學校學習的東西跟工作差別比較大，不是太懂。不過那個公司的同事都很好，感謝他們細心的指導，也感謝第一家公司的工作機會和優厚的待遇（對學生來說很多）、很好的工作機會。 之後轉行做平板，離開第一家公司，如果有機會、或者有足夠的能力，一定會回報那些協助過我的熱心人，“滴水之恩，湧泉相報”。扯些閑話，認真工作、認真記錄總結每一裡程。

下面我們說一下TFT-LCD的構造和顯示原理，和以前寫的部落格一樣，我會寫一下器件的組成、和簡單工作原理，這些跟程式、android的關係並不是太大，不過要去調試一個模組，對它的構造有一個系統的瞭解，對模組的認識和工作的思路還是有比較大的協助的（僅代表個人觀點）。

LCD的種類分類標準比多，按驅動方式可以分為：被動矩陣式、主動矩陣式兩種

被動矩陣式：被動矩陣式LCD又可分為TN-LCD(TwistedNematic-LCD，扭曲向列LCD)、STN—LCD(SuperTN-LCD，超扭曲向列LCD)和DSTN-LCD(Doublelayer STN-LCD，雙層超扭曲向列LCD)。這部分內容就不詳細解釋， 我們重點講TFT-LCD。

主動矩陣式

目前應用比較廣泛的主動矩陣式LCD，也稱TFT-LCD。TFT-LCD 即是Thin-FilmTransistor Liquid-Crystal Display的縮寫(薄膜電晶體液晶顯示器)TFT-LCD如何點亮?TFT-LCD現在比較廣泛的應用，我們從TFT-LCD說起。

TFT-Thin Film Transistor  薄膜電晶體

LCD-Liquid Crystal Display液晶顯示器

TFT-LCD Transistor Liquid-CrystalDisplay的縮寫(薄膜電晶體液晶顯示器)

由於TFT-LCD具有體積小，重量輕，低輻射，低耗電量，全彩化等優點，因此在各類顯示器材上得到了廣泛的應用。

一、TFT-lCD 的結構

1、TFT-LCD 的結構如所示

Reflector:反光板 CCF lamps：冷光燈管 Ligh pipe：導光片 Extraction pattern： Diffuser：散光板，起散光作用，使光線散布較為均勻	這部分主要是光源部分，CCFL或者LED背光光源，其他反光板、散光板，作用是這些光分布的更均勻
Rear polarizer：後部偏光片 Front Polarizer：前端偏光片	偏光片的作用把自然光變成偏極光
Selected Subpixels：子像素 TFT： Liquid crystal：液晶 Color filters：彩色濾色片	這部分是LCD的核心部分，選擇光源的導通、阻斷，彩色在這部分控制。
Back glass：背部玻璃基板 Front glass：前部玻璃基板	起保護作用

 

TFT-LCD各結構的功能

（1）、背光板模組:提供光的來源;

（2）、上下偏光板，TFT Glass Substrate，液晶：形成偏振光，控制光線的通過與否;

（3）、彩色濾光片：提供TFT LCD紅、綠、藍(光的三原色)的來源;

（4）、ITO透明導電層：提供透明的導電通路;

（5）、Photo Spacer：提供一固定高度給彩色濾光片和TFT Glass Substrate。作為灌入液晶時的空間.及作為上下兩層Glass的支撐。

2、TFT-LCD 結構側視圖   

一、TFT-LCD顯示原理

1、 液晶的背光

背光也就是顯示器的光源，LCD的背光常用有兩種：CCFL背光、LED背光

（1）、CCFL

Cold Cathode Fluorescent Lamp簡稱CCFL，中文譯名為冷陰極光燈管，具有高功率、高亮度、低能耗等優點，廣泛應用於顯示器、照明等領域。

（2）、LED背光

相對於CCFL,LED有功耗低、光源均勻、壽命長、體積小的優勢，價格方面會貴點，不過現在平板上用的TFT-lCD好像都是LED背光的，上次搞破了一片順便拆開看了下。

（3）、LED與LED背光

市面上所謂LED顯示器，其實是“LED背光液晶顯示器”；現在流行的液晶顯示器，屬於“CCFL背光液晶顯示器”。所以此二者仍是液晶顯示器，只是背光源不一樣而已。不要看到LED顯示器就誤以為是下一代技術顯示器，其實技術最新的是叫OLED。所以在買電視的時候不要被忽悠了。

2、液晶簡介

（1）、液晶晶體的形狀

TFT-LCD使用的液晶為TN（Twist Nematic）型液晶，液晶分子呈橢圓狀。

（2）、液晶的特性

TN型液晶一般是順著長軸方向串接，長軸間彼此平行方式排列。當接觸到槽裝表面時，液晶分子就會順著槽的方向排列於槽中。

（3）、液晶垂直分布

當液晶被包含在兩個槽狀表面中間，且槽的方向互相垂直，則液晶分子的排列為：

上表面分子：沿著a方向

下表面分子：沿著b方向

介於上下表面中間的分子：產生旋轉的效應。因此液晶分子在兩槽狀表面間產生90度的旋轉。

（4）光與液晶分子產生偏轉效果

（5）、液晶在電壓做用下均勻分布

當在上下表面之間加電壓時，液晶分子會順著電場方向排列，形成直立排列的現象。此時入射光線不受液晶分子影響，直線射出下表面。

3、偏光板的特性

作用：將非偏極光（一般光線）過濾成偏極光。當非偏極光通過a方向的偏光片時，光線被過濾成與a方向平行的線性偏極光。

：線性偏極光繼續前進，通過第二片偏光片時，光線通過。

：通過第二片時，光線被完全阻擋。

偏光板、槽狀表面、液晶組合後產生的光學效果，如所示

（1）、當上下偏光片相互垂直時，若未施加電壓，光線可通過

（2）、當施加電壓時，光線被完全阻擋

當電流通過電晶體產生電場變化，造成液晶分子偏轉，藉以改變光線的偏極性，再利用偏光片決定畫素(Pixel)的明暗狀態。這樣就可以實現對光線亮暗的控制，如果要顯示彩色，我們後面在講彩色濾光片。

4、彩色濾光片原理 color fliters

（1）、C/F 的結構

像之前像素低的顯示器仔細都能看得到這些方格。比較簡單的方法，在顯示器上放一個水滴，你就可以看到紅、綠、藍、三色的點。

（2）、C/F Pixel Array的常見相片順序

如所示分別是馬賽克、直條式、三角形式、四畫素。

（3）、不同顏色的顯示

我們再看下我們要顯示相應顏色時，控制相應的pixel electrode就可以。如所示：

C/F彩色單元，對應到TFT的控制單元，就可以完成我們像素點顏色的控制。TFT Array 等效電路如所示：

三、TFT-LCD顯像原理

我們前面解釋了液晶透光原理、偏光片透光原理、彩色濾光片工作原理，這些把他理解成一個像素控制單元，然後我們來整理下TFT-LCD整體的顯示原理。

（1）、SCAN IC傳輸訊號；

完成映像訊號輸入；

（2）、DRIVER IC傳輸顯像控制訊號；

完成TFT單元控制；

（3）、當某一Sub-Pixel導通時，該Sub-Pixel因無法透光呈現黑色；

這部分完成像素點是亮還是暗。

（4）、若該Sub-Pixel未導通，則因光通過CF而顯示顏色。經過光的合成效果，顯示器即可產生彩色效果。如所示：

現在回頭看我們開始那張結構圖是不是清晰一點了：光源部分先把自然光通過偏光片轉成偏極光-->TFT subpixels單元控制液晶單元是否導光、色彩-->通過前置偏光片把色彩映像顯示。其實映像也就是不同色彩的光，我們看到的光其實也是偏極光。

這張圖好像跟清晰的描述：

四、LCD常用到的知識點

1、殘影

殘影是指畫面切換之後前一個畫面不會立刻消失而是慢慢不見的現象，殘影與反應時間不算同一件事，殘影可能要兩三秒後才會完全消失，而液晶的反應時間是十幾到幾十毫秒。一個設計得好的液晶顯示器，就算反應時間是 15+35ms，也不可能讓使用者看到殘影。

殘影發生機制有些複雜，通常是同一畫面顯示太久的情況下液晶內的帶電離子吸附在上下玻璃兩端形成內建電場，畫面切換之後這些離子沒有立刻釋放出來，使得液晶分子沒有立刻轉到應轉的角度所造成。另外一種可能情況則是因為畫素電極設計不良，使得液晶分子在狀態切換時排列錯亂，這種情況之下也有可能看到殘影。

2、壞點(dot defect)

所謂壞點, 是指液晶顯示器上無法控制的恒亮或恒暗的點，壞點的造成是液晶面板生產時因各種因素造成的瑕疵可能是顆粒物落在面板裡面，可能是靜電傷害破壞面板，可能是製程控制不良等等等。壞點分為兩種:亮點與暗點。一般來說，亮點會比暗點更令人無法接受，所以很多廠商會保證無亮點，但好象比較少保證無暗點的，有些面板廠商會在出貨前把亮點修成暗點。

面板廠商會把有壞點的面板降價賣出，通常是無壞點算A grade，三點以內算B grade，六點以內算C grade。

市場上現在好多公司做平板，用IPAD2、IPAD3、MINIPAD的屏，然後在宣傳產品時拿蘋果說事，跟蘋果比較，國內這些公司真實搞笑。其實他們用的屏就是生產過程中蘋果檢驗通不過的屏，比如蘋果只用A+的屏，A-包括A-以下等級的屏，都流入市場，國內的平板都是垃圾，雖然我也一直做這些東西，環境不好。

3、mura

mura本來是一個日本字，意思不均勻，有斑點，隨著日本的液晶顯示器在世界各地發揚光大。mura是指顯示器亮度不均勻造成各種痕迹的現象，最簡單的判斷方法就是在暗室中切換到黑色畫面以及其它低灰階畫面，然後從各種不同的角度用力去看，有問題的顯示器比較容易看出。

4、色飽和度 (color gamut)

色飽和度是指顯示器色彩鮮豔的程度，顯示器是由紅色綠色藍色三種顏色光來組合成任意顏色光，如果RGB三原色越鮮豔, 則該顯示器可以表示的色彩範圍就更廣。

5、亮度

亮度是指顯示器在白色畫面之下明亮的程度，單位是cd/m^2, 或是nit。亮度是直接影響畫面品質的重要因素。在實驗室裡面我們常講一句話:“一亮遮三醜”。一個明亮的顯示器即使色飽和度比較差或顏色偏黃等其它不利因素，還是有可能看起來畫面會比較漂亮。

亮度跟燈光有關了，燈管有壽命的，尤其是比較早的CCFL背光的，時間久了會發黃，這個如果家裡有比較老的顯示器就能明顯的感受到。

6、視角

液晶顯示器由於天生的物理特性, 使得使用者從不同角度去看時畫面品質會
有所變化. 與正看時相比, 斜看的時候, 轉到當畫面品質已經變化到無法接
受的臨界角度時, 稱之為該顯示器之視角.

7、色溫(color temperature):

色溫是用來形容顯示器的白色的顏色，不限於LCD, 所有的顯示器都通用，當顯示器的顏色與黑體的溫度高到某一絕對溫度時所發出來的光一樣時，稱為該顯示器的色溫等於該溫度。比如說，當顯示器的白色設計成接近，黑體在溫度6500K的時候所發出來的光顏色(接近晴天時上午的太陽光)，稱為該顯示器的色溫為6500K。
    色溫越低顏色會越偏黃色，色溫越高顏色會越偏藍色，一個色溫偏高的顯示器在秀圖片的時候整個畫面看起來色調就會偏藍。

8、Gamma Curve:

Gamma curve是指不同灰階與亮度的關係曲線。把零到二五五灰階當x軸, 亮度當y軸, 畫出來的曲線就叫做gamma curve. Gamma curve通常不會是一條直線,
因為人眼對不同亮度有不同辨識的效果, 比如說低亮度的辨識能力較高(一點點亮度變化就有感覺)。

五、LCD調試過程常用到的圖片下載

下載連結：LCD常用測試圖片，這裡面有色階、彩條之類的圖片。調試效果時用到的。