《液晶显示原理》PPT课件.ppt

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1、液液 晶晶 彩彩 电电 原原 理理第一节第一节 液晶显示屏结构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，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大家从生活当中看到的各类液晶显示屏有：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-filmtransistorliquidcrystaldisplay简称：TFTLCDTFTLCD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

2、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。一一.自然光与偏振光自然光与偏振光电磁波是横波，由两个相互垂直的振电磁波是横波，由两个相互垂直的振动矢量即电场强度动矢量即电场强度E和磁场强度和磁场强度H来表征。来表征。光也是一种电磁波，大量试验表明：光也是一种电磁波，大量试验表明：在光波中产生在光波中产生感光作用感光作用和和生理作用生理作用的是电的是电场强度场强度E，所以规定，所以规定E为光矢量为光矢量，我们把，我们把E的振动称为光振动，光矢量的振动称为光振动，光矢量E的方向就是的方向就是光振动的方向。光振动的方向。光是一种光是一种横波横波。太阳、电灯等普通光源发出的光

3、，包含着在太阳、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）。做自然光（如图）。起偏器和检偏器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。自然光通过偏振片自然光通过偏振片P P（叫做起偏器）之后，只（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，通过偏振片通过也就是说，通过偏振片P P的光波，在垂直于的光波，在垂

4、直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动这种光叫做偏振光。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图甲所示，让太阳光或灯光通过偏振片P，在，在P的另一侧进行观察，可以看到偏振片是透明的的另一侧进行观察，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以光的传播方向为轴旋转偏振片P，透射光的强，透射光的强度不变。度不变。偏振片偏振片P的后面再放置另一个偏振片的后面再放置另一个偏振片Q，观察，观察通过两块偏振片的透射光当通过两块偏振片的透射光当Q与与P的透振方向平的透振方向平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏行时，透

5、射光的强度最大，但是，比通过一块偏振片时要弱（图乙）。振片时要弱（图乙）。当当Q与与P的透振方向垂直时，透射光的强度最的透振方向垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零（图丙）。弱，几乎为零（图丙）。二、液晶屏的结构二、液晶屏的结构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)。1、偏光板、偏光板(polarizer)液晶显示器就是利用偏光板这个特性来完成液晶显示器就是利用偏光板这个特性来完成的。的。利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间,充满充满液

6、晶液晶,再利用电场控制液晶分子转动再利用电场控制液晶分子转动,来改变光的行进方向来改变光的行进方向,如此一来如此一来,不同不同的电场大小的电场大小,就会形成不同灰阶亮度了就会形成不同灰阶亮度了(请见请见图图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

7、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。v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如果我们在上下两块玻璃之间施加电压,由于由于TNTN型液晶的介电系数异方性多为正型型液晶的介电系数异方性多为正型 (/(/），因此当液晶分子受电场），因此当液晶分子受电场影响时影响时,其排列方向会倾向平行于电场方向；其排列方向会倾向平行于电场方向；所以我们从图所以我们从图1010中便可以看到中便可以看到,液晶分液晶分子的排列都变成站立着的，此时通过上层偏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光板的单方向的极化光波,经过液晶分子时经

8、过液晶分子时便不会改变极化方向便不会改变极化方向,因此就无法通过下层因此就无法通过下层偏光板。偏光板。v当施加电压时，光线被完全阻挡。2、Normallywhite及及normallyblack结构结构所谓的所谓的NW(Normallywhite),是指当我们对液晶面板不施是指当我们对液晶面板不施加电压时加电压时,我们所看到的面板是亮的画面我们所看到的面板是亮的画面,所以才叫做所以才叫做normallywhite。另外一种另外一种,当对液晶面板不施加电压时当对液晶面板不施加电压时,面板无法透光面板无法透光,看起来是黑色的看起来是黑色的,就称之为就称之为NB(Normallyblack)。刚才的

9、图刚才的图9及图及图10都是属于都是属于NW的配置。的配置。从图从图11可以知道，可以知道，TN型型LCD上下玻璃的配向膜都是互相垂上下玻璃的配向膜都是互相垂直的，而直的，而NB与与NW的差别就在于偏光板的相对位置不同而已。的差别就在于偏光板的相对位置不同而已。对对NB来说来说,其上下偏光板的极性是互相平行的，所以当其上下偏光板的极性是互相平行的，所以当NB不施加电压时不施加电压时,光线会因为液晶将之旋转光线会因为液晶将之旋转90度的极性而无度的极性而无法透光。法透光。为什么会有为什么会有NW与与NB这两种不同的偏光板配置这两种不同的偏光板配置呢呢?主要是为了不同的应用环境。一般桌上型计算机或

10、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。V3VV5V3、上下两层玻璃与配向膜、上下两层玻璃与配向膜(alignmentfilm)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（Thinfilmtransistor,TFT)；上面的那层玻璃则贴有彩色滤光片(Colorfilter)。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

11、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如此的槽状的分布,一般是在玻璃的表面一般是在玻璃的表面上涂布一层上涂布一层PI(polyimide),PI(polyimide),然后再用布然后再用布去做磨擦，好让去做

12、磨擦，好让PIPI的表面分子依照固定而的表面分子依照固定而均一的方向排列，均一的方向排列，而这一层而这一层PIPI（聚酰亚聚酰亚胺胺）就叫做）就叫做配向膜配向膜，它的功用就像图它的功用就像图9 9中中玻璃的凹槽一样玻璃的凹槽一样,让液晶依照预定的顺序让液晶依照预定的顺序排列。排列。TFTLCD的中文名称就叫做薄膜晶体管液晶显示器。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，它主要是决定个开关，它主要是决定LCDsourcedriver上来的电压是不是上来的电压是不是要充到这个像素点来，以及这个

13、点要充到多高的电压要充到这个像素点来，以及这个点要充到多高的电压,以控以控制该点液晶转向，以便显示出怎样的灰阶。制该点液晶转向，以便显示出怎样的灰阶。从图从图14的切面结构图来看的切面结构图来看,在两层玻璃间在两层玻璃间,夹着液晶夹着液晶,两层玻璃间形成平行板电容器两层玻璃间形成平行板电容器,它的大小约为，这个电容它的大小约为，这个电容太小，当通过太小，当通过TFT对这个电容充好电后，它并无法将电压保持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住，以等待下一个画面的更新,(以一般以一般60Hz的画面更新频的画面更新频率率,需要保持约需要保持约16ms的时间的时间)，这样一

14、来这样一来,所显示的灰阶所显示的灰阶就会不正确。就会不正确。因此一般在液晶板上会再加一个储存电容因此一般在液晶板上会再加一个储存电容CS（大约为大约为0.5pF),以便让充好的电压能保持到下一个画面的更新。以便让充好的电压能保持到下一个画面的更新。4 4、TFTLCDTFTLCDv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。vSW 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。v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。TFT 阵列等效电路5

15、、彩色滤光片、彩色滤光片(colorfilter,CF)如果你拿着放大镜,靠近液晶显示器的话，你会发现如图15中所显示的样子。6、TFT-LCD的基本结构的基本结构 液晶面板上的每个像素都被再次分成红、绿、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。像素的子像素。红色、蓝色以及绿色是所谓的三原色，红色、蓝色以及绿色是所谓的三原色，利用这三利用这三种颜色种颜色便可以混合出各种不同的颜色，便可以混合出各种不同的颜色，很多平面显很多平面显示器就是利用这个原理来显示出色彩。示器就是利用这个原理来显示出色彩。我们把

16、我们把RGBRGB三种颜色三种颜色,分成独立的三个点分成独立的三个点,各自各自拥有不同的灰阶变化拥有不同的灰阶变化,然后把邻近的三个然后把邻近的三个RGBRGB显示的点显示的点,当作一个显示的基本单位当作一个显示的基本单位,也就是像素，那这一个也就是像素，那这一个像素就可以拥有不同的色彩变化了。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对于一个需要分辨率为1024*7681024*768的显示画面的显示画面,我们只我们只要让这个平面显示器的组成有要让这个平面显示器的组成有1024*7681024*768个像素个像素,便可便可以正确的显示这一个画面。以正确的显示这一个画面。在图在图15

17、15中中,每一个每一个RGBRGB的点之间的黑色的点之间的黑色部分部分,就叫做就叫做BlackmatrixBlackmatrix（黑色矩阵）（黑色矩阵），它主要是用来遮住不打算透光的部分，它主要是用来遮住不打算透光的部分（比如一些（比如一些ITOITO的走线的走线,或是或是Cr/AlCr/Al的走线的走线,或者是或者是TFTTFT的部分。的部分。每一个每一个RGBRGB的亮点看起来的亮点看起来,并不是矩并不是矩形），在其左上角也有一块被形），在其左上角也有一块被blackmatrixblackmatrix遮住的部分遮住的部分,这就是这就是TFTTFT的的所在位置。所在位置。图16是常见的彩色滤

18、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。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，其原因是现在的软件，多半都是窗口化的，我们所看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，到的屏幕内容，就是一大堆大小不等的方框所组成的，条状排列条状排列,恰好可以使这些方框边缘恰好可以使这些方框边缘,看起来更直，看起来更直，而而不会看起来有毛边或是锯齿状的感觉。不会看起来有毛边或是锯齿状的感觉。AV产品上产品上,因为电视信号多半是人物因为电视信号多半是人物,其其轮廓大部分是不规则的曲线，轮廓大部分是不规则的曲线，因此因此AV产品产品都是

19、使用马赛克排列，现在已改进到使用都是使用马赛克排列，现在已改进到使用三三角形角形排列。排列。除了上述的排列方式之外除了上述的排列方式之外,还有正方还有正方形排列。形排列。它并不是以三个点来当作一个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而是以四个点来当作一个pixel。7、背光板、背光板(backlight,BL)CRT是利用电子枪发射出高速的电子是利用电子枪发射出高速的电子,打击屏幕上的荧光粉打击屏幕上的荧光粉,以产生亮光以产生亮光,来显示出画面。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

20、提供一个亮度高，亮度分布均匀的光源。背光模块种类背光模块种类组成背光板的主要零件组成背光板的主要零件灯管灯管(冷阴极荧光灯管冷阴极荧光灯管CCFL)-)-发光零件发光零件反射板反射板-使光线只往使光线只往TFTLCDTFTLCD的方向前进的方向前进导光板导光板-将光线分布到各处将光线分布到各处prismsheetprismsheet（棱镜片）（棱镜片）-增加正面发光强度增加正面发光强度扩散板扩散板-将光线均匀的分布到各个区域去将光线均匀的分布到各个区域去,缓解辉缓解辉斑，提供给斑，提供给TFTLCDTFTLCD一个明亮的光源。一个明亮的光源。而TFTLCD则藉由电压控制液晶的转动,控制通过光线

21、的亮度,藉以形成不同的灰阶。8、框胶框胶(Sealant)框胶的用途框胶的用途,就是要让液晶面板中的上就是要让液晶面板中的上下两层玻璃下两层玻璃,能够紧密黏住能够紧密黏住,并且提供并且提供面板中的液晶分子与外界的阻隔。所以框面板中的液晶分子与外界的阻隔。所以框胶正如其名胶正如其名,是围绕于面板四周是围绕于面板四周,将液晶将液晶分子框限于面板之内。分子框限于面板之内。9、衬垫、衬垫（spacer）spacerspacer主要是提供上下两层玻璃的支撑。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它必须均匀的分布在玻璃基板上,不然不然就会造成部分就会造成部分spacerspacer聚集

22、在一起聚集在一起,阻碍光阻碍光线通过线通过,也无法维持上下两片玻璃的适当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间隙，成电场分布不均的现象,进而影响进而影响液晶的灰阶表现。液晶的灰阶表现。10、开口率、开口率(Apertureratio)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LCDsource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

23、,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blackmatrix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所以有效的透光区域,就只剩下如同图就只剩下如同图17右边所显示的区域而已。右边所显示的区域而已。这一块有效的透这一块有效的透光区域光区域,与全部面积的比例就称之为开口率。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光线从背光板发射出来,会依序穿过偏光板、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率如以下所示:偏光板:50%(因为其只准许单方向的极

24、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只会剩下6%,实在是少的可怜。这也是为什么在TFTLCD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、三、TFT-LCDTFT-LCD显像原理显像原理数据线存储电容液晶TFT控制线数据线驱动电路控制线驱动电路TFT-LCD构构造剖

25、面造剖面图图第二节第二节液晶电视主要电路板组成及作用液晶电视主要电路板组成及作用逆变器逆变器信号处理信号处理板板USB信号信号处理板处理板逆变器逆变器逻辑板或屏逻辑板或屏控制板控制板USB信号信号处理板处理板电源组件电源组件主信号处理板主信号处理板电源组件板电源组件板背光灯背光灯逆变器实物图逆变器实物图行列驱动板行列驱动板（PWB板）板）逻辑板或逻辑板或屏控制板屏控制板上屏线接口，上屏线接口，与主信号板与主信号板相连相连屏控制板（逻辑板）和屏驱动板屏控制板（逻辑板）和屏驱动板液晶电视原理框图液晶电视原理框图隔行/逐行变换高频头视频解码器格式变换器LVDS低压差分信号屏A/DDVI接受器RFVGA/HDMIDVIVideo音效处理AudioD类功放第三节第三节长虹长虹LS10机芯液晶电视机芯液晶电视电路原理电路原理一、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