液晶顯示器維修之--液晶屏(TCON)工作原理

1、液晶顯示器液晶顯示屏液晶顯示屏的認識 LCD屏型號命名規(guī)則AU 臺灣友達 L或M開頭 M170E5-L05 E表示12801024分辨率 X：1024768 E:12801024 PW:1440900 BOE 京東方 H開頭 H17E13-100 CHIMEI/CMO 臺灣奇美/奇麗 M/N M150XS-T0S HANNSTAR 瀚彩 HSD150X82 HITACHI 日立 TX/SX (真彩/偽彩) TX38D14 SHARP 夏普 LQ LQ150X 3 TORISAN 廣輝（廣達） QD FUJITSU 富士通 EDTC/CA HYUNDAI 現代 HT HT17E11-200 LG

2、-PHILIPS LQ/LP/LC/CA TORISAN 三洋 TM TM190SX-70 SX表示SXGA NEC 日電NL10276BC30 102表示1024， 76表示768 1024768 SAMSUNG 三星 LIM150XH-LO1 1、液晶是什么？ 液晶是一種有機化合物，是液體。液晶對分子對先也有優(yōu)秀的透射性能。同時對電場又極其的敏感。當液晶分子周邊的電場収生發(fā)化時液晶的分子會隨其發(fā)化產生扭曲，通過液晶分子的扭曲可以使通過的先線叐到控制（通過、阻斷）從而形成圖像。 2、液晶對光線的控制作用 液晶的分子有兩項重要的特性；一是對先有很好的透過性；二是對電場非常敏感；研究人員就是利用

3、了這兩項特性；研制出了液晶顯示屏。 當液晶分子發(fā)生偏轉時（下左圖），背先經過液晶后扭轉90度，可以透過下偏先片在屏幕上產生全白柵。當液晶分子完全偏轉時（下右圖），背先直接投射于下偏先片因偏先片不先波垂直，先線無法透過整個液晶屏幕的先柵呈全暗狀態(tài)。液晶屏就是眾多的液晶分子排列在一個平面上，圖像信號分別控制相應的分子扭曲，從而在這個屏幕上形成圖像。液晶屏的基本構造及組成液晶屏的基本構造及組成 液晶屏是由多層不同作用的薄片組成，有偏振片、配向膜、濾色片、液晶層、背先板等，下圖所示就是液晶屏的最主要組成的斷面示意圖 液晶層在配向膜的中間，先線由下部背先燈射入，穿后過偏振片、配向膜在液晶層叐到電信號控制

4、的液晶分子的控制再穿過配向膜及前偏振片，我們看到的就是圖像。 偏振片的作用是：只允許和偏振軸平行的偏振波通過。 配向膜的作用是：在無電場的情況下，規(guī)范液晶分子排列，使一個像素區(qū)域一層分子；逐步扭曲90度；并帶動通過的偏振波也扭曲90度。 液晶層的作用是：在有電場的情況下改發(fā)液晶分子排列以控制偏振波的振動軸向。TFT-LCDTFT-LCD（ThinFilmTransistor LCD）： TFT是薄膜晶體管的英語縮語；TFT-LCD是指薄膜晶體管液晶顯示器件，可以做到高速度、高亮度、高對比度顯示屏幕信息，是目前最好的LCD彩色顯示設備之一。TFT的每個像素點都是由集成在自身上的TFT來控制，是有

5、源像素點。因此，不但速度可以極大提高，而且對比度和亮度也大大提高了，同時分辨率也達到了很高水平，下圖所示即為一個像素元TFT-LCD組成結構圖。圖中；最下面是背先源；偏振片；TFT電極板；配像模；液晶層；共用電極；濾色片；偏振片。和前述不同的是控制液晶分子扭曲的電極為TFT電極，為了達到彩色顯示的目的，在上偏振片下面增加了RGB三色濾色片，三組扭曲的分子組成一個像素點的顯示。 電路中，列驅動器（源極驅動器）的作用是，在外部行同步脈沖的同步作用下，能夠使TFT場效應管的源極列線從左至右逐根逐條他加電，以使每一行水平像素，自左至右他逐個燃亮，產生類似電視的行掃描作用。行驅動器（柵極驅動器）的作用是

6、；在外部幀同步脈沖的同步下，將TFT場效應管的柵極掃描線（水平方向）逐條加上電壓，控制TFT元件的導通與截止，以產生自上而下的每行掃描，從而產生類似電視的場掃描。TFT液晶屏驅動系統圖中表示了TFT液晶彩顯驅動系統的框圖，實際上就是一個TFT液晶顯示?？驁D。從圖中可以看出，從主板送來的圖像數據輸入加定時控制器TCON電路，并傳輸到數據驅動器。TCON以主板送來的垂直同步信號（Vsyn）、水平同步信號（Hsyn）、數據傳輸時鐘（DCK）以及允許數據傳輸信號（DEN）為基礎，產生各種控信號?；叶入娫串a生將數字數據轉換為電壓時的基準電壓（灰度電壓：Vn）。柵極電源產生 柵極驅動器的輸出電壓（VGH，

7、VGL）。 圖A就是一個TFT-LCD像素顯示的組合，可以看到在這個組合中，有三個TFT-MOS管控制RGB三色點，圖B是一組中的一個子像素電路結構。在圖B中；MOS管道柵極接行掃描控制信號；源極接列控制信號（控制液晶分子扭曲的圖像信號）；漏極接控制液晶扭曲的TFT電極板，共用線是接上共用電極板（共用電極板和接漏極的TFT電極板形成的分布電容，電容上的電壓就是控制液晶分子扭曲的電壓），由于上共用電極板和下TFT電極板之間的分布電容的存在，等效電路如圖C和圖D所示從結構圖中可以看出，在液晶屏中還設有存儲電容C，這主要是為了讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候之用，通常，存儲電容是由像素電極

8、和公共電極（或柵極）布線組成，也就是說，存儲電容是一種像素電極與公共電極（或柵極）走線所形成的平行板電容。 對于液晶屏來說，每個像素從結構上可以看做是像素電極和公共電極之間夾一層液晶。圖ABC所示為液晶顯示屏中一個像素的內部結構與電路符號，圖中的存儲電容C是由像素電極與公共電極所形成的，圖中的Uc為液晶層電容，即液晶材料的等效電容。 在圖CD中可以看出，行驅動信號實際上是開關的驅動信號，由行驅動信號控制圖像信息的列驅動信號對等效電容充電，以形成控制液晶分子扭曲的電場。 TFT液晶屏的優(yōu)勢：利用電容保持同一場像素的亮度，CRT像素的亮度是靠熒先粉的余輝來維持。 當行掃描信號到來時；“開關”被接通

9、，列驅動信號通過開關對電容迚行充電，行掃描信號過去后；“開關”斷開，電容兩端所充的電壓丌能被釋放繼續(xù)維持，這個電壓形成的電場，持續(xù)的控制著液晶分子的扭曲，直到下一場時間行掃描信號來到時，接通“開關”由下一場的該位置的列驅動信號來刷新電容儲存的電壓。一個像素的驅動波形所謂驅動像素，是指列驅動信號通過TFT開關對電容（CLC和CS）實施充放電的過程。要對第i 行第j列的電容充電，就要把開關TFT（i,j）導通，對列信號Y（j）施加目標電壓。當像素電極被充分充電之后，即使將開關TFT（i,j）斷開，電容中的電荷得到保存，電極間的液晶層繼續(xù)有電壓施加。數據驅動器的作用就是對列信號線施加目標電壓；而柵極

10、驅動器的作用是控制開關TFT（i,j）的導通和斷開。 上圖中的G（i）、Y（j）、P（i,j）分別表示柵極驅動器的輸出（即掃描的電壓）、數據驅動器的輸出（即列信號線的電壓）、像素電極的電壓。當G（i）為高電位VGH時，開關TFT（i,j）導通；而G（i）為低電位VGL時，開關TFT（i,j）斷開。 數據驅動器的輸出Y（j）時間T1，對公用電極（Vcom）輸出正電壓，而像素電極相對于共用電極進行正電壓（圖中的V+充電。當開關TFT（i,j）斷開之后也保存電壓，在開關TFT（i,j）斷開的時間（T2）繼續(xù)對液晶層施加電壓。在開關TFT（i,j）再次導通的T3周期，由于Y（j）對共用電極輸出負的電壓

11、（必須進行極性變換，否則，液晶易極化），因此像素電極相對于共用電極進行負的電壓（圖中的V-0）充電。開關TFT（i,j）斷開之后，電壓仍得到保存，在斷開的周期（T4）中斷續(xù)對液晶層施加電壓。反復進行這種驅動，在像素的液晶層交替施加相互反方向的電場，就可實現像素單元上液晶的交流驅動。 一個像素的驅動波形（例2）GDSData lineVcomClcCstCgsVdVsVcomVgVdVsVVghVgl1 line1 frameV當common電極的電壓是固定不變的時候, 顯示電極的最高電壓, 需要到達common電極電壓的兩倍以上。而顯示電極電壓的提供 則是來自于source driver。以圖

12、中common電極電壓若是固定于5伏特的話, 則source driver所能提供的工作電壓范圍就要到10伏特以上。 common電極的電壓是變動的話, 假使common電極電壓最大為5伏特, 則source driver的最大工作電壓也只要為5伏特就可以了.驅動系統架構及組成驅動系統架構及組成 控制信號的種類： 源驅動器的控制信號 STH : 行數據的開始信號 CPH: 源驅動器的時鐘信號（數據的同步信號） TP or Load: 數據從源驅動器到顯示屏的輸出信號 MPOL :(數據即行反轉信號）: 為了防止液晶老化，而在液晶上的電壓要求極性反轉。 CKH-行移位脈沖（一般指控制屏幕 H方向

13、的 clock） 門驅動器的控制信號 STV (Start Vertical) : 柵的啟動信號 CPV (Clock Pulse Vertical) : 柵的移動信號 OE1 (Output Enable) : 柵的輸出控制信號 OE2 (Multi Level Gate) : 多灰度等級用的信號 CKV-場移位脈沖 （一般指控制屏幕 V方向的 clock） TFT LCD面板驅動電路系統實例-1驅動電路系統實例-2GAMMATCONDC/DCInput Signal (LVDS)AddressingTCON 架構Data Driver架構 數據驅動器也稱源極驅動器或列驅動器，在顯示器中，它

14、用來傳輸圖像信號，通過控制某像素點充電電壓的大小，便可在該點上顯示出怎樣的灰階，最終達到成像的目的。 數據驅動器分為數據驅動器分為3位、位、6位、位、8位位3種，現在主流的是種，現在主流的是6位和位和8位，只是位，只是3位比位比較簡單還容易懂。較簡單還容易懂。 圖中，TSMP為取樣脈沖，輸入的3位數據D0、D1、D2在Tsmp的上沿被讀進取樣存儲器（鎖存器1）；接著，在輸出脈沖的上沿被移到保持存儲器（鎖存器2）。移到保持存儲器的數據加到3-8譯碼器進行譯碼，輸出譯出的S0S7信號，其譯碼情況如表 從上表中可以看出，在S0-S7這8種情況中，每種都只有一個輸出端“1”，當S0-S7的相應端輸出為

15、1時，則控制相應的模式開關ASW0-ASW7導通，將相應的灰度電壓接入電路，并從輸出端輸出。3位輸入數據D0-D2與灰度電壓的對應關系如下表從表中可以看出，當輸入數據D2、D1、D0為000時，從S7S0輸出為0000001，即只有S0為1（高電平），所以S0輸出的高電平控制模擬開關ASW0導通，將灰度電壓V0輸出；輸入其他數據時，工作情況完全一致。由于D2、D1、D0不同的組合有23=8種狀態(tài)，因此，這是一個可輸出8級灰度的驅動器。若輸入數據為6位，即D5、D4、D3、D2、D1、D0、，則可組合成26=64種狀態(tài)，可輸出64級灰度電壓；若輸入數據為8位，即D7、D6、D5、D4、D3、D2

16、、D1、D0，則可組合成28=256種狀態(tài)，可輸出256級灰度電壓。以上介紹的3 位數據驅動器還存在著明顯的問題：一是數據位數只有3位，顯示灰度層次太低；二是輸出的驅動電壓為同一極性的信號，不能直接驅動液晶。因此，實際的數據驅動器內部電路要復雜一些。 EK7402數據驅動器內部結構數據驅動器內部結構Scan Driver架構 DIO1為柵極啟動脈沖，SCLK為柵極時鐘脈沖，就是柵極驅動器的控制時鐘信號，DID1取在移位時鐘SCLK的上沿，SCLK的下沿處為第1行柵極脈沖輸出G（1），往后每當在SCLK下沿處，門脈沖輸出后移一個“1”。 從圖中可以看出，G（1）后移“1”變成G（2），G（1）與

17、（2）間為1個行周期，它們的脈寬等于1H，即1行時間，它與幀頻和分辨率有關，若幀頻為60HZ，分辨率為600480，則掃描1 幀的時間為1/60=16.67ms，因為1幀有480行，所以，掃描1行的時間約為34.7s. DID1的脈寬也為1H，但同期為1幀，即每幀只輸出1個DID1脈沖。移位寄存器的各個位，通過電平變換器由柵極驅動器的各個輸出端輸出。其中，當移位寄存器位邏輯值為“1”時，輸出為高電平VGH；當為“0”時，輸出為低電平VGL。同時，在移位時鐘SCLK的作用下，使移位寄存器第1單元Q1往后每來1個SCLK，則“1”順序往下移1個單元。這樣Q1Q256逐行順序輸出，并加到電平變換電路

18、（模擬開關），在“1”時輸出VGH；在“0”時輸出VGL，以逐行遞推出G（1），G（2），G（256）柵極掃描脈沖。 液晶板的驅動框圖 分辨率為1024768的屏幕，就是我們通常稱之為XGA分辨率的屏幕，它的組成顧名思義就是以1024768=786 432個像素點來組成一個畫面的數據，以液晶彩顯來說，共需要10247683個點（乘3是因為一個像素點需要R、G、B 三個子像素來組成）來顯示一個畫面，所以，我們說某顯示器的分辨率是1024768時，也可以說它的分辨率是10243768或1024RGB768，如上圖所示。其中LOAD（數據裝載控制信號）所接的電路為數據鎖存器。GD為柵極驅動電路，SD為源極驅動電路。 如果把一個液晶屏平面分成X-Y軸，分辨率為1024768的屏幕，在X軸（水平方向）上會有10243=3 07