像素电压

像素电压的作用和解释

像素电压是驱动液晶分子排列状态的核心参数，在液晶显示器（LCD） 中起着控制光透射率的作用。每个像素的电压随时间变化，确保不同像素显示正确的亮度或颜色。

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1. 像素电压的作用

在LCD中，液晶分子受到电压驱动而旋转，从而控制光的通过量：

• 像素电压高：
  液晶分子的旋转角度大，光透过率高，显示的像素变亮。
• 像素电压低：
  液晶分子的旋转角度小，光透过率低，显示的像素变暗。

总结：像素电压通过改变液晶的透光性，控制每个像素的亮度或颜色。

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2. 为什么每一行都会更换像素电压？

LCD采用逐行扫描（Row Sequential Addressing）的方法来更新每一行的像素：

1. 选择时间 $T_{\text{select}}$：

   • 每一行会在 $T_{\text{select}}$ 时间内被选中，电压施加到这一行的像素上。
   • 在这段时间内，列电极提供数据电压（V${}_{\text{data}}$），对应于每个像素的目标亮度或颜色。

2. 保持时间 $T_{\text{field}}$：

   • 选择时间结束后，TFT关断，像素电压通过储存电容保持不变，直到下一帧的更新。

3. 逐行扫描：

   • 每一行的像素都会依次被选中，写入新的电压值，直到整个屏幕更新完成。
   • 这种扫描更新方式是为了节省硬件成本，因为LCD中只有一组列驱动器和逐行选择的行驱动器。

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3. 为什么像素电压这么高？

像素电压的范围由以下因素决定：

1. 液晶分子的阈值电压 $V_{\text{th}}$ 和饱和值电压 $V_{\text{sat}}$：

   • 液晶分子需要施加一定的电压才能发生旋转，低于阈值电压时分子不会改变状态。
   • 为了完全驱动液晶分子旋转，需要提供饱和值电压 $V_{\text{sat}}$。

2. 正负电压交替：

   • 为了避免液晶分子受到持续直流电压的影响，导致电化学降解，像素电压会交替施加正负电压。
   • 因此，像素电压的幅度要足够高，确保在正负电压交替时仍能完全驱动液晶分子。

3. 显示要求：

   • 高电压可以提供更宽的动态范围，控制液晶分子的旋转角度，从而实现高对比度和准确的亮度控制。

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4. 像素电压的关键机制

• 在 $T_{\text{select}}$ 时间内，行电极选中当前行，列电极提供像素电压。
• 像素电压通过储存电容保持，维持到下一次更新。
• 为了防止寄生电容引起的电压偏移，使用正负电压反向技术，确保液晶上无直流偏置。

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例子说明

假设LCD屏幕有3行（N, N+1, N+2）和1列（M），逐行扫描过程如下：

1. 第N行：

   • 在 $T_{\text{select}}$ 时间内，列M施加像素电压 $V_{\text{data}}$ 到 $(N,M)$。
   • TFT关断后，像素电压保持稳定，液晶分子控制光的透射率。

2. 第N+1行：

   • 第N行更新后，第N+1行被选中，施加像素电压到 $(N+1,M)$。

3. 第N+2行：

   • 第N+1行更新后，第N+2行被选中，施加像素电压到 $(N+2,M)$。

结果：每一行的像素电压都会依次被更新，形成完整的显示帧。

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总结

1. 像素电压的作用：驱动液晶分子旋转，控制光的透射率，从而显示亮度和颜色。
2. 逐行扫描机制：每一行都会依次更新像素电压，直到屏幕显示一帧图像。
3. 电压范围较高：确保液晶分子完全驱动，且通过正负电压反向保护液晶材料。