《液晶显示原理》PPT课件.ppt

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-filmtransistorliquidcrystaldisplay简称：TFTLCD,TFTLCD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,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(polarizer),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(/），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，光线被完全阻挡。,2、Normallywhite及normallyblack结构,所谓的NW(Normallywhite),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normallywhite。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(Normallyblack)。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,光线会因为液晶将之旋转90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。,V3V,V5V,3、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。,TFTLCD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LCDsourcedriver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。,4、TFTLCD,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。,TFT 阵列等效电路,5、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,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Blackmatrix（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blackmatrix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(backlight,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TFTLCD的方向前进导光板-将光线分布到各处prismsheet（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TFTLCD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(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,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,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、TFT-LCD显像原理,TFT-LCD 构造剖面图,第二节液晶电视主要电路板组成及作用,逆变器,信号处理板,USB信号处理板,逆变器,逻辑板或屏控制板,USB信号处理板,电源组件,主信号处理板,电源组件板,背光灯,逆变器实物图,行列驱动板（PWB板）,逻辑板或屏控制板,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,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/D,DVI接受器,RF,VGA,/HDMI,DVI,Video,音效处理,Audio,D类功放,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,