TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）的工作原理基于液晶的光学特性和薄膜晶体管的电学控制，其核心是用电信号精确控制液晶分子的排列，从而调制背光源透过的光量，最终在屏幕上形成彩色图像。

以下是其详细工作原理，分步骤解释：

1. 基本结构分层：

   • 背光源 (Backlight)： 位于屏幕最后方，通常使用LED（发光二极管）阵列提供均匀的白光。这是整个屏幕亮度的来源。
   • 下偏光片 (Lower Polarizer)： 位于背光源前方，只允许特定振动方向（偏振方向）的光线通过。
   • 下玻璃基板 (Lower Glass Substrate)： 在其朝向液晶的一面上，通过光刻等工艺精密制作了薄膜晶体管 (TFT) 阵列和像素电极 (Pixel Electrode)。每个像素对应一个TFT和一个像素电极。
   • 液晶层 (Liquid Crystal Layer)： 夹在上下基板之间，由细长的杆状分子组成。这些分子的排列方向可以在电场作用下发生扭转。
   • 彩色滤光片 (Color Filter)： 位于上玻璃基板内侧面。它由无数细小的 RGB（红、绿、蓝）子像素滤光单元组成，每个子像素只允许特定颜色的光通过。这些滤光单元精确地与下基板上的像素电极对应排列。
   • 公共电极 (Common Electrode / ITO)： 位于上玻璃基板（彩色滤光片之上）内侧面，覆盖整个屏幕。它提供一个公共的电压参考。
   • 上偏光片 (Upper Polarizer)： 位于最外侧。其偏振方向与下偏光片的偏振方向垂直（90度夹角）。这是形成明暗对比的关键。
   • TFT (Thin-Film Transistor)： 每个子像素都有一个TFT（像一个微型开关），以及一个存储电容 (Storage Capacitor, Cs)。TFT负责控制施加到该子像素电极上的电压。行扫描线和列数据线构成矩阵网络控制每个TFT的开关和数据输入。

2. 核心工作原理（光调制）：

   • 初始状态（无电场）： 液晶分子在上下基板内侧的配向膜（Alignment Layer）作用下，在平行于基板的方向上有序排列，但相邻层分子通常被设计成扭曲90度排列（如Twisted Nematic模式）。这种扭曲结构就像一个螺旋状的光波导。
   • 入射偏振光： 来自背光源的白光先通过下偏光片，变成单一偏振方向的光线。
   • 液晶旋转偏振方向： 当这束偏振光穿过扭曲排列的液晶层时，液晶分子的螺旋结构会将光线的偏振方向旋转90度（与上偏光片的偏振方向一致）。
   • 透光（亮态）： 旋转后的光线可以顺利通过偏振方向与之匹配的上偏光片，屏幕的该点看起来是亮的。
   • 施加电场（电压）： 当TFT开关打开，视频信号通过列数据线加到像素电极上，在像素电极和公共电极之间形成一个电场。
   • 液晶分子扭转： 电场作用于液晶分子，迫使它们从扭曲状态转向沿电场方向垂直排列（或部分倾斜排列）。
   • 无法旋转偏振方向： 此时液晶层不再能够旋转光的偏振方向。通过下偏光片的偏振光穿过液晶层后，其偏振方向没有改变。
   • 不透光（暗态）： 由于上偏光片偏振方向与入射光偏振方向垂直，光线无法通过上偏光片，屏幕的该点看起来是暗的。
   • 灰度控制： 通过精确控制每个子像素上的电压大小，可以控制液晶分子扭转的程度（倾斜角度），从而控制光线偏振方向被改变的量，最终控制通过上偏光片的光量。这就在每个子像素上实现了从全亮（255）到全暗（0）之间的256级灰度（8位数据）。

3. 彩色成像（彩色滤光片）：

   • 每个显示像素实际上是由 红(R)、绿(G)、蓝(B)三个紧邻的子像素组成。
   • 每个子像素上方都对应着一个彩色滤光片上的小单元（R, G, or B）。
   • 背光发出的白光穿透某个子像素区域时，只有与该子像素滤光片颜色一致的光才能通过。例如，覆盖红色滤光片的子像素只透红光。
   • 通过分别独立控制R、G、B三个子像素的灰阶（透光强度），就可以在该像素上混合出人眼所能感知的几乎所有颜色（三基色加法混色原理）。
   • 眼睛在一定距离观看时，会将紧邻的三个子像素发出的光混合成一个单一的颜色点。

4. 薄膜晶体管的作用（TFT）：

   • 开关控制（寻址）： 成千上万个像素需要单独控制。行扫描线按顺序激活（加电压）每一行。当某一行被激活时，这一行上所有像素的TFT开关打开。同时，列数据线将对应这一行每个像素的数据电压（对应目标灰阶）加载到像素电极上。
   • 电压保持： TFT被选通的时间非常短。在TFT关闭（扫描下一行）后，子像素电极上的电压需要维持至少一帧的时间，才能让液晶分子稳定在相应位置。存储电容 (Cs) 就是用来在TFT关闭期间临时存储这个电压的元件，保证液晶分子在两次刷新之间不会回到原始状态。

总结流程： 背光源 → 下偏光片（偏振光）→ 液晶层（受电信号控制的分子扭转，调制偏振方向）→ 彩色滤光片（RGB分色）→ 上偏光片（垂直偏振方向，最终光阀）→ 人眼成像。

简言之，TFT-LCD 就是通过 TFT 矩阵精准地给每个像素点施加不同的电压，控制该点液晶分子的扭转程度，从而决定有多少特定颜色的光（由背光源和彩色滤光片提供）最终能穿透到屏幕前面，合成出丰富多彩的图像。