1.2 液晶显示屏的结构及驱动方式

1.2.1 TN液晶显示屏的结构及驱动方式

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1-2-1为TN液晶显示屏的基本结构示意图。

图1-2-1 TN液晶显示屏的基本结构示意图

2.TN液晶显示屏的原理

图1-2-2为TN液晶显示屏的工作原理示意图。

图1-2-2 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1-2-2（a）所示，当加一个电压时，液晶分子便会重新垂直排列，光线能直射出去，而不发生任何扭转，使液晶不能透光，如图1-2-2（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。

从图1-2-2可知，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），由此可知，只要将电极制成不同字的形状，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（即透过与不透过），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，直到显示时间结束为止，由于在显示时间内驱动电压一直保持，故称为静态驱动。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7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7个段形电极组成，分别设置在两块基板上，如图1-2-3所示。

图1-2-3 7段笔段式液晶显示屏的电极排列图

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；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1-2-4所示是一个笔段电极的液晶显示屏驱动电路原理图和波形图。

图1-2-4 笔段电极的液晶显示屏驱动电路原理图和波形图

在图1-2-4中，分频器将晶体振荡器产生的振荡方波变为适于显示用的固定频率脉冲信号，此脉冲信号同时加到公用电极和异或门的一个输入端。异或门的另一个输入端接显示选通信号，异或门的输出端接到LCD的笔段电极上。

由异或门的逻辑关系可知，当显示选通信号为低电平时，其输出波形与共用电极波形同相，即像素电极两端电压为零，该笔段因无电场而无显示；当显示选通信号为高电平时，异或门输出波形与公用电极波形反相，即该笔段电极与公用电极之间的电压是输入方波脉冲幅度的2倍，此电压大于液晶的阈值电压，该笔段被驱动显示。可见，显示选通信号高电平有效。实际应用中为了克服闪烁效应，分频器输出的方波脉冲频率必须大于30Hz。