鎴戣鎶曠ǹ
鎮ㄧ殑褰撳墠浣嶇疆锛主页 > 本期四不像中特图 >

液晶显示原理(新)

鏃ユ湡锛2019-09-29 04:25 鏉ユ簮:未知 浣滆:admin

  液 晶 彩 电 原 理 第一节 液晶显示屏结构 ? ? ? ? ? ? ? ? 液晶彩电是以液晶屏为显示器件的电视机, 大家从生活当中看到的各类液晶显示屏 有: 电子手表显示屏 计算器显示屏 掌上游戏机显示屏 手机上的显示屏 MP3的显示屏 MP4的显示屏 笔记电脑上的显示器 台式电脑上的显示器 液晶电视的显示屏 ? 电脑、液晶电视上用的都是薄膜晶体管 液晶显示器 ? 其英文名称: Thin-film transistor liquid crystal display ? 简称: TFT LCD ? TFT LCD从它的英文名称中我们 可以知道, 这一种显示器它的构成主要 有两个特征, 一个是薄膜晶体管, 另一 个就是液晶本身。 ? 我们先谈谈与液晶显示有关的偏 振光的概念。 一.自然光与偏振光 ? 电磁波是横波,由两个相互垂直的振 动矢量即电场强度E和磁场强度H来表征。 ? 光也是一种电磁波,大量试验表明: 在光波中产生感光作用和生理作用的是电 场强度E,所以规定E为光矢量,我们把E 的振动称为光振动,光矢量E的方向就是 光振动的方向。光是一种横波。 ? 太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在 垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿 着各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫 做自然光(如图)。 ? ◆起偏器和检偏器 ? ? 把自然光转化为线偏振光的过程叫 做起偏,用于这种转化的光学器件称为 起偏器。 ? ? 自然光通过偏振片P(叫做起偏器)之后,只 有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才能 通过.也就是说,通过偏振片P的光波,在垂直于 传播方向的平面上,只沿着一个特定的方向振 动.这种光叫做偏振光。 起偏器 检偏器 ? 图甲所示,让太阳光或灯光通过偏振片P, 在P的另一侧进行观察,可以看到偏振片是透明 的.以光的传播方向为轴旋转偏振片P,透射光 的强度不变。 偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q,观察 通过两块偏振片的透射光.当Q与P的透振方向平 行时,透射光的强度最大,但是,比通过一块偏 振片时要弱(图乙)。 当Q与P的透振方向垂直时,透射光的强度最 弱,几乎为零(图丙)。 ? ? ? ? 二、液晶屏的结构 1、偏光板(polarizer) ? 把两片偏光板迭在一起, 当旋转两片偏光板的 相对角度, 会发现随着相对角度的不同, 光线 的亮度会越来越暗;当两片偏光板的栅栏角 度互相垂直时, 光线就完全无法通过了(请见 图8) 。 ? ? 液晶显示器就是利用偏光板这个特性来完成 的。 利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之 间, 充满液晶, 再利用电场控制液晶分子转 动, 来改变光的行进方向, 如此一来, 不同的电 场大小, 就会形成不同灰阶亮度了(请见图9、 10)。 ? 图10中, 当上下两块玻璃之间没有施加电压 时, 液晶的排列会依照上下两块玻璃的配向膜而定。 ? ? 对于TN型的液晶来说, 上下的配向膜的角度差恰为 90度(见图9), 所以液晶分子的排列由上而下会自动旋 转90度。 ? 当入射的光线经过上面的偏光板(起偏器)时, 会 剩下单方向极化的光波,通过液晶分子时, 由于液晶分 子总共旋转了90度, 所以当光波到达下层偏光板时, 光 波的极化方向恰好转了90度。下层的偏光板与上层偏光 板, 角度也是恰好差异90度。 所以光线便可以顺利的 通过。 ? ?当上下偏光片相互垂直时,若未施加电压,光线可通过。 ? 如果我们在上下两块玻璃之间施加电 压, 由于TN型液晶的介电系数异方性多为正 型 (ε // ε ⊥ ),因此当液晶分子受电场 影响时, 其排列方向会倾向平行于电场方向; ? 所以我们从图10中便可以看到, 液晶分 子的排列都变成站立着的,此时通过上层偏 光板的单方向的极化光波, 经过液晶分子时 便不会改变极化方向, 因此就无法通过下层 偏光板。 ?当施加电压时,光线、Normally white及 normally black 结构 ? 所谓的NW(Normally white),是指当我们对液晶面板不施 加电压时, 我们所看到的面板是亮的画面, 所以才叫做 normally white。 另外一种, 当对液晶面板不施加电压时, 面板无法透光, 看起 来是黑色的, 就称之为NB(Normally black)。 ? 刚才的图9及图10都是属于NW的配置。 ? 从图11可以知道,TN型LCD上下玻璃的配向膜都是互相 垂直的,而NB与NW的差别就在于偏光板的相对位置不同而已。 ? 对NB来说, 其上下偏光板的极性是互相平行的,所以当NB 不施加电压时, 光线度的极性而无法透 光。 ? ? 为什么会有NW与NB这两种不同的偏光板配置 呢? ? 主要是为了不同的应用环境。 一般桌上型计 算机或是笔记型计算机,大多为NW的配置,那 是因为一般计算机软件的使用环境,你会发现整 个屏幕大多是亮点, 也就是说计算机软件多为白底 黑字的应用。 既然亮着的点占大多数, 使用NW当 然比较方便,也因为NW的亮点不需要加电压, 平 均起来也会比较省电。 ? 反过来,NB的应用环境大多是属于显示屏为 黑底的应用了。 V=3V V=5V 3、上下两层玻璃与配向膜 (alignment film) 上下两层玻璃主要是来夹住液晶用的。 下面的那层玻璃上有薄膜晶体管 (Thin film transistor, TFT); 上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片(Color filter)。 ? ? ? 两片玻璃在接触液晶 的那一面, 有锯齿状的沟 槽。 沟槽的主要目的是希 望长棒状的液晶分子, 会沿 着沟槽排列,这样液晶分子 的排列才会整齐。如果是光 滑的平面, 液晶分子的排列 便会不整齐, 造成光线的散 射, 形成漏光的现象。 ? ◇当液晶被包含在两个槽状表面中间,且 槽的方向互相垂直,则液晶分子的排列为: ? 上表面分子:沿着a方向 ? 下表面分子:沿着b方向 ? ◇介于上下表面中间的分子:产生旋转的 效应。因此液晶分子在两槽状表面间产生 90度的旋转。 ? 在实际的制造过程中,无法将玻璃作成有 如此的槽状的分布, 一般是在玻璃的表面 上涂布一层PI(polyimide), 然后再用布去 做磨擦,好让PI的表面分子依照固定而均 一的方向排列, 而这一层PI(聚酰亚胺) 就叫做配向膜, 它的功用就像图9中玻璃 的凹槽一样, 让液晶依照预定的顺序排列。 4、TFT LCD ? TFT LCD的中文名称就叫做薄膜晶体管液晶显示器。 ? 液晶显示器需要电压控制来产生灰阶。薄膜晶体管只是一 个开关,它主要是决定LCD source driver上来的电压是不是 要充到这个像素点来,以及这个点要充到多高的电压, 以控制 该点液晶转向,以便显示出怎样的灰阶。 ? 从图14的切面结构图来看, 在两层玻璃间, 夹着液晶, 两层 玻璃间形成平行板电容器, 它的大小约为0.1pF,这个电容太 小,当通过TFT对这个电容充好电后,它并无法将电压保持住, 以等待下一个画面的更新, (以一般60Hz的画面更新频率, 需 要保持约16ms的时间), 这样一来, 所显示的灰阶就会不正确。 ? 因此一般在液晶板上会再加一个储存电容CS( 大约为 0.5pF), 以便让充好的电压能保持到下一个画面的更新。 TFT 阵列等效电路 TFT元件 液晶 加入電壓 保持電容 ?因TFT组件的动作类似一个开关(Switch),液晶组件的作用 类似一个电容,藉Switch的ON/OFF对电容储存的电压值进行更 新/保持。 ?SW ON时信号写入(加入、记录)在液晶电容上,在以外时间 SW OFF,可防止信号从液晶电容泄漏。 ?在必要时可将保持电容与液晶电容并联,以改善其保持特性。 5、彩色滤光片(color filter, CF) ? 如果你拿着放大镜, 靠近液晶显示器的 线、TFT-LCD的基本结构 液晶面板上的每个像素都被再次分成红、绿、 蓝三种颜色,我们把每个这样的单元称做液晶 像素的子像素。 ? 红色、蓝色以及绿色是所谓的三原色, 利用这三 种颜色 便可以混合出各种不同的颜色, 很多平面显示 器就是利用这个原理来显示出色彩。 ? 我们把RGB三种颜色, 分成独立的三个点, 各自拥 有不同的灰阶变化, 然后把邻近的三个RGB显示的 点, 当作一个显示的基本单位, 也就是像素,那这一个 像素就可以拥有不同的色彩变化了。 ? ? 对于一个需要分辨率为1024*768的显示画面, 我们只要 让这个平面显示器的组成有1024*768个像素, 便可以正 确的显示这一个画面。 ? ? 在图15中,每一个RGB的点之间的黑色 部分, 就叫做Black matrix(黑色矩阵), 它主要是用来遮住不打算透光的部分(比 如一些ITO的走线, 或是Cr/Al的走线, 或 者是TFT的部分。 ? 每一个RGB的亮点看起来, 并不是矩 形),在其左上角也有一块被 black matrix遮住的部分, 这就是TFT的所 在位置。 ? 图16是常见的彩色滤光片的排列方式. 条状排列最常使用于笔记本电脑,或是台式计算 机。 其原因是现在的软件,多半都是窗口化的, 我们 所看到的屏幕内容,就是一大堆大小不等的方框所组成 的,条状排列,恰好可以使这些方框边缘, 看起来更 直, 而不会看起来有毛边或是锯齿状的感觉。 ? AV产品上, 因为电视信号多半是人物, 其轮 廓大部分是不规则的曲线, 因此AV产品都 是使用马赛克排列,现在已改进到使用三角 形排列。 ? 除了上述的排列方式之外, 还有正方形 排列。 它并不是以三个点来当作一个pixel, 而是以四个点来当作一个pixel。 7、背光板(back light, BL) ? CRT是利用电子枪发射出高速的电 子, 打击屏幕上的荧光粉, 以产生亮光, 来 显示出画面。 而液晶显示器本身, 靠控制光线通过的多少 来显示亮度, 本身并无发光的功能。 因此,液晶 显示器就必须加上一个背光组件, 来提供一个亮 度高,亮度分布均匀的光源。 ? ? 背光模块种类 组成背光板的主要零件 灯管(冷阴极荧光灯管CCFL)---发光零件 反射板---使光线只往TFT LCD的方向前进 导光板--- 将光线分布到各处 prism sheet(棱镜片)---增加正面发光强度 扩散板---将光线均匀的分布到各个区域去, 缓解辉 斑,提供给TFT LCD一个明亮的光源。 而TFT LCD则藉由电压控制液晶的转 动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成不同 的灰阶。 8、框胶(Sealant) ? 框胶的用途,就是要让液晶面板中的上 下两层玻璃, 能够紧密黏住, 并且提供面板 中的液晶分子与外界的阻隔。所以框胶正 如其名,是围绕于面板四周, 将液晶分子框限 于面板之内。 9、衬垫(spacer) ? spacer主要是提供上下两层玻璃的支 撑。 它必须均匀的分布在玻璃基板上, 不 然就会造成部分spacer聚集在一起, 阻碍 光线通过, 也无法维持上下两片玻璃的适 当间隙,成电场分布不均的现象, 进而影 响液晶的灰阶表现。 10、开口率(Aperture ratio) ? 液晶显示器中有一个很重要的参数就是亮 度, 而决定亮度最重要的因素就是开口率。开口率 就是光线能透过的有效区域比例。 ? 图17中,左边是一个液晶显示器从正上方或是 正下方看过去的结构图。 ? 当光线经背光板发射出来时,并不是所有的光 线都能穿过面板, 象给LCD source驱动芯片及gate 驱动芯片用的信号走线、 以及TFT本身、 还有储存 电容等, 这些地方除了不完全透光外, 也由于经过 这些地方的光线 并不受到电压的控制,而无法显示 正确的灰阶, 所以都需利用black matrix加以遮 蔽, 以免干扰到其它透光区域的正确亮度。 ? 所以有效的透光区域, 就只剩下如同图 17右边所显示的区域而已。 这一块有效的透 光区域, 与全部面积的比例就称之为开口率。 ? 光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板、玻 璃、液晶、彩色滤光片等等。假设各个零件的穿透率 如以下所示: 偏光板: 50%(因为其只准许单方向的极化光波通过) 玻璃:95%(需要计算上下两片) 液晶:95% 开口率:50%(有效透光区域只有一半) 彩色滤光片:27%(设材质本身的穿透率为80%,由 于滤光片本身涂有色彩, 只能容许该色彩的光波通过, 所以仅剩下三分之一的亮度,总共只能通过 80%*33%=27%.) 以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线%, 实在是少的可怜。这也是为什么在 TFT LCD的设计中, 要尽量提高开口率的原因,只要 提高开口率, 便可以增加亮度, 同时背光板的亮度也不 用那么高, 可以节省耗电及花费。 三、TFT-LCD 显像原理 数据线驱动电路 控 制 线 驱 动 电 路 TFT 数据线 控制线 液晶 存储电容 TFT-LCD 构造剖面图 第二节 液晶电视主要电路板组成及作用 信号处理 板 逻辑板或屏 控制板 电源组件 USB信号 USB信号 处理板 处理板 逆变器 逆变器 主信号处理板 电源组件板 背光灯 逆变器实物图 逻辑板或 屏控制板 行列驱动板 (PWB板) 上屏线接口 ,与主信号 板相连 屏控制板(逻辑板)和屏驱动板 液晶电视原理框图 Audio 音效处理 RF 高频头 D类功放 视频解码器 隔行/逐行变换 Video 格式变换器 LVDS 低压 差分信号 屏 A/D DVI接受器 VGA DVI / HDMI 第三节 长虹LS10机芯液晶电视 电路原理 ? 一、长虹LS10机芯主板电路组成: ? 1、LS10机芯彩电基本组成框图 ? ? ? ? ? 2、LS10机芯伴音信号处理电路框图 3、LS10机芯视频信号处理电路框图 4 、液晶显示屏工作条件 5、LS10机芯遥控系统 6、电源板与主板的连接关系

鐑棬鎺ㄨ崘
闅忔満鎺ㄨ崘
鏈鏂版枃绔