LCD液晶顯示器結(jié)構(gòu)原理課件

液晶電視工作原理、優(yōu)點(diǎn)及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

近幾年，由于液晶屏的關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破和價(jià)格的不斷下滑，液晶電視目前已經(jīng)完全取代了CRT電視在家庭、辦公、商場(chǎng)、醫(yī)院、政府機(jī)關(guān)單位應(yīng)用領(lǐng)域的霸主地位，成為各大企業(yè)首選的標(biāo)配產(chǎn)品。液晶電視產(chǎn)品的迅速普及，對(duì)于我們這些做技術(shù)服務(wù)的維修人員來(lái)說(shuō)，就意味著一個(gè)新的學(xué)習(xí)任務(wù)擺在了我們的面前。那么現(xiàn)在就讓我們一起來(lái)共同學(xué)習(xí)液晶電視的工作原理和優(yōu)點(diǎn)。從上圖我們可以知道，液晶電視在內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)上主要有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：1、驅(qū)動(dòng)板（也叫主板）：主要是用以接收、處理從外部送進(jìn)來(lái)的模擬（VGA）或者數(shù)字（DVI）視頻信號(hào)，并通過(guò)屏線送出信號(hào)去控制液晶屏（PANEL）正常工作。驅(qū)動(dòng)板上含有MCU單元，它是液晶顯示器的檢測(cè)控制中心和大腦。2、電源板：用于將90～240V的交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?6V、18V、24V12V、5V、3V等的直流電供給電視機(jī)工作。 3、背光板（也叫高壓板）：用于將主板或電源板輸出的36V、24V、18V、12V的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)镻ANEL需要的高頻的1500V～1800V的高壓交流電，用于點(diǎn)亮PANEL的背光燈。電源板和背光板有時(shí)會(huì)做在一起也就是所謂的電源背光二合一板。4、液晶屏：液晶顯示用模塊，它是液晶電視的核心部件，其包含液晶板和驅(qū)動(dòng)電路。其中,液晶屏是液晶顯示器內(nèi)部最為關(guān)鍵的部件，它對(duì)液晶顯示器的性能和價(jià)格具有決定性的作用。液晶電視的優(yōu)點(diǎn)液晶電視與傳統(tǒng)顯像管(CRT)電視相比有如下優(yōu)點(diǎn)：⑴畫(huà)面穩(wěn)定。去掉了場(chǎng)、行掃描方式，從而避免了因掃描帶來(lái)的畫(huà)面閃爍和不穩(wěn)定；

⑵圖像逼真。采用數(shù)字點(diǎn)陣顯示模式，將畫(huà)面的幾何失真率降為零。采用高亮度、高對(duì)比度、防反光的液晶屏，大大增加了電視畫(huà)面的透亮度和對(duì)比度．減少光線的反射和散射，可看到更明亮、清晰、細(xì)膩的畫(huà)面；⑶消除輻射。采用熒光燈透過(guò)液晶屏成像，徹底消除了CRT電子束高壓加速轟擊熒光粉產(chǎn)生的輻射和靜電；⑷節(jié)省空間。拋掉了龐大的CRT及其它元器件，使整機(jī)機(jī)身厚度不超過(guò)6cm，薄得可以貼在墻上，能節(jié)省存放空間⑸節(jié)省能耗。液晶電視的最大耗電量為65W，比傳統(tǒng)電視機(jī)節(jié)能70%，非常受消費(fèi)者歡迎。以下相對(duì)于我們維修行業(yè)（6）維修成本低，零件、配件我們培眾相當(dāng)齊全。而對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)因感覺(jué)屏幕大、功能多、機(jī)器貴重，所以我們收取的維修費(fèi)用往往相對(duì)較高。（7）工作原理簡(jiǎn)單，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由五六片電路板組成，易學(xué)易懂。只要大家對(duì)液晶電視有興趣一個(gè)月時(shí)間保證同學(xué)們可以學(xué)的非常好。（8）學(xué)會(huì)了液晶電視的開(kāi)關(guān)電源工作原理，用處非常大如：辦公設(shè)備、電腦、家用電器全都要用到開(kāi)關(guān)電源。俗話言一通百通。液晶面板（液晶屏）的原理液晶是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì)，是具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。如果把它加熱會(huì)呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)，具有液體與晶體的特性，故稱之為“液晶”。液晶顯示的原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是將置于兩個(gè)電極之間的液晶通電，液晶分子的排列順序在電極通電時(shí)會(huì)發(fā)生改變，從而改變透射光的光路，實(shí)現(xiàn)對(duì)影像的控制。液晶面板按照控制方式的不同可分為被動(dòng)矩陣式（無(wú)源矩陣式）LCD及主動(dòng)矩陣式（有源矩陣式）LCD兩種。目前，液晶顯示器普遍采用的是主動(dòng)矩陣式LCD，也稱TFT-LCD(ThinFilmTransistor-LCD，薄膜晶體管LCD)。TFT液晶顯示器是在畫(huà)面中的每個(gè)像素內(nèi)建晶體管，可使亮度更明亮、色彩更豐富及更寬廣的可視面積，具有屏幕反應(yīng)速度快，對(duì)比度好，亮度高，可視角度大，色彩豐富等優(yōu)點(diǎn)。TFTLCD的中文翻譯名稱叫做薄膜晶體管液晶顯示器。從液晶面板的工作原理我們可以知道液晶顯示器需要電壓控制來(lái)產(chǎn)生灰階，而利用薄膜晶體管來(lái)產(chǎn)生電壓，以控制液晶轉(zhuǎn)向的顯示器,就叫做TFTLCD。TFT液晶面板，由表及里分別由偏光板、玻璃基板、彩色濾光片、沉積在玻璃基板上的FET晶體管（薄膜晶體管）電極、液晶、同樣沉積在玻璃質(zhì)基板上的共通電極、底層偏光板、背光板（導(dǎo)光）以及背光源組成。光由底層透射進(jìn)來(lái)，經(jīng)過(guò)液晶的和偏光板的共同控制，借助濾光板產(chǎn)生色彩斑斕的圖像。從上面的切面結(jié)構(gòu)圖來(lái)看,在上下兩層玻璃間,夾著液晶,從而形成了平行板電容器,我們稱之為CLC(capacitorofliquidcrystal)。它的大小約為0.1pF,但是實(shí)際應(yīng)用上,這個(gè)電容并無(wú)法將電壓保持到下一次再更新畫(huà)面數(shù)據(jù)的時(shí)候。也就是說(shuō)當(dāng)TFT對(duì)這個(gè)電容充好電時(shí),它并無(wú)法將電壓保持住,直到下一次TFT再對(duì)此點(diǎn)充電的時(shí)候。(以一般60Hz的畫(huà)面更新頻率,需要保持約16ms的時(shí)間。)這樣一來(lái),電壓有了變化,所顯示的灰階就會(huì)不正確。因此一般在面板的設(shè)計(jì)上,會(huì)再加一個(gè)儲(chǔ)存電容CS(storagecapacitor大約為0.5pF),以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫(huà)面的時(shí)候.不過(guò)正確的來(lái)說(shuō),長(zhǎng)在玻璃上的TFT本身,只是一個(gè)使用晶體管制作的開(kāi)關(guān)。它主要的工作是決定LCDsourcedriver上的電壓是不是要充到這個(gè)點(diǎn)來(lái)。至于這個(gè)點(diǎn)要充到多高的電壓,以便顯示出怎樣的灰階，都是由外面的LCDsourcedriver來(lái)決定的。彩色濾光片(colorfilter,CF)如果你拿著放大鏡去觀察液晶面板的話，你會(huì)發(fā)現(xiàn)如下圖中所顯示的樣子。我們知道紅色、藍(lán)色以及綠色是所謂的三原色。也就是說(shuō)利用這三種顏色，便可以混合出各種不同的顏色。很多平面顯示器就是利用這個(gè)原理來(lái)顯示出色彩。我們把RGB三種顏色，分成獨(dú)立的三個(gè)點(diǎn)，各自擁有不同的灰階變化，然后把鄰近的三個(gè)RGB顯示的點(diǎn)，當(dāng)作一個(gè)顯示的基

本單位，也就是pixel。那這一個(gè)pixel，就可以擁有不同的色彩變化了。然后對(duì)于一個(gè)需要分辨率為1024*768的顯示畫(huà)面，我們只要讓這個(gè)平面顯示器的組成有1024*768個(gè)pixel，便可以正確的顯示這一個(gè)畫(huà)面。在圖中,每一個(gè)RGB的點(diǎn)之間的黑色部分，就叫做Blackmatrix。它主要是用來(lái)遮住不打算透光的部分。比如像是一些ITO的走線，或是Cr/Al的走線，或者是TFT的部分。因此，我們?cè)趫D中看到每一個(gè)RGB的亮點(diǎn)并不是矩形，在其左上角也有一塊被blackmatrix遮住的部分，這一塊黑色缺角的部份就是TFT的所在位置。背光板(backlight,BL)在一般的CRT屏幕,是利用高速的電子槍發(fā)射出電子,打擊在銀光幕上的熒光粉,藉以產(chǎn)生亮光,來(lái)顯示出畫(huà)面.然而液晶顯示器本身,僅能控制光線通過(guò)的亮度,本身并無(wú)發(fā)光的功能.因此,液晶顯示器就必須加上一個(gè)背光板,來(lái)提供一個(gè)高亮度,而且亮度分布均勻的光源.我們?cè)谏厦娴腡FTLCD的切面結(jié)構(gòu)圖中可以看到,組成背光板的主要零件有燈管(冷陰極管),反射板,導(dǎo)光板,prismsheet,擴(kuò)散板等等.燈管是主要的發(fā)光零件,藉由導(dǎo)光板,將光線分布到各處.而反射板則將光線限制住都只往TFTLCD的方向前進(jìn).最后藉由prismsheet及擴(kuò)散板的幫忙,將光線均勻的分布到各個(gè)區(qū)域去,提供給TFTLCD一個(gè)明亮的光源.而TFTLCD則藉由電壓控制液晶的轉(zhuǎn)動(dòng),控制通過(guò)光線的亮度,藉以形成不同的灰階.框膠(Sealant)及spacer在TFTLCD的切面結(jié)構(gòu)圖中另外還有框膠與spacer兩種結(jié)構(gòu)成分.其中框膠的用途,就是要讓液晶面板中的上下兩層玻璃,能夠緊密黏住,并且提供面板中的液晶分子與外界的阻隔,所以框膠正如其名,是圍繞于面板四周,將液晶分子框限于面板之內(nèi).而spacer主要是提供上下兩層玻璃的支撐,它必須均勻的分布在玻璃基板上,不然一但分布不均造成部分spacer聚集在一起,反而會(huì)阻礙光線通過(guò),也無(wú)法維持上下兩片玻璃的適當(dāng)間隙(gap),會(huì)成電場(chǎng)分布不均的現(xiàn)象,進(jìn)而影響液晶的灰階表現(xiàn)。當(dāng)光線從背光板發(fā)射出來(lái),會(huì)依序穿過(guò)偏光板,玻璃,液晶,彩色濾光片等等.假設(shè)各個(gè)零件的穿透率如以下所示：偏光板50%(因?yàn)槠渲粶?zhǔn)許單方向的極化光波通過(guò))、玻璃95%(需要計(jì)算上下兩片)、液晶95%、開(kāi)口率50%(有效透光區(qū)域只有一半)、彩色濾光片27%(假設(shè)材質(zhì)本身的穿透率為80%，但由于濾光片本身涂有色彩，只能容許該色彩的光波通過(guò)。以RGB三原色來(lái)說(shuō)，只能容許三種其中一種通過(guò)，所以僅剩下三分之一的亮度。所以總共只能通過(guò)80%*33%=27%。)以上述的穿透率來(lái)計(jì)算,從背光板出發(fā)的光線只會(huì)剩下6%，實(shí)在是少的可憐。這也是為什么在TFTLCD的設(shè)計(jì)中，要盡量提高開(kāi)口率的原因。只要提高開(kāi)口率，便可以增加亮度，而同時(shí)背光板的亮度也不用那么高，可以節(jié)省耗電及花費(fèi)。最佳分辨率與色彩數(shù)我們知道，液晶面板的每一個(gè)像素中都有三種原色，這三種原色如果強(qiáng)度不同變化就可以產(chǎn)生不同的混色效果。對(duì)于15寸液晶面板，全屏共有1024×768這樣的像素，所以物理（最佳）分辨率就是1024×768。色彩數(shù)則是指屏幕上最多顯示多少種顏色的總數(shù)。對(duì)屏幕上的每一個(gè)像素來(lái)說(shuō)，256種顏色要用8位二進(jìn)制數(shù)表示，即2的8次方，因此我們也把256色就圖形叫做8位圖；如果每個(gè)像素的顏色用16位二進(jìn)制數(shù)表示，我們就叫它16位圖，它可 以表達(dá)2的16次方即65536種顏色；如果每個(gè)像素的顏色用24位二進(jìn)制數(shù)表示，則叫它24位彩色圖，它可以表達(dá)2的24次方即16,777,216種顏色。目前液晶顯示器常見(jiàn)的顏色種類有兩種，一種是24位色，也叫24位真彩。這24位真彩是由紅綠藍(lán)三原色每種顏色8位色彩組成，所以這種液晶板也叫8bit液晶板。每種顏色8位，紅綠藍(lán)三原色組合起來(lái)就是24位真彩，這種液晶顯示器的顏色一般標(biāo)稱為16.7M或者

16.77M。另一種液晶顯示器三原色每種只有6bit，也叫6bit液晶板，各個(gè)基色只能表現(xiàn)6位色,即2的6次方=64種顏色，不過(guò)通過(guò)“抖動(dòng)”的技術(shù)，通過(guò)局部快速切換相近顏色，利用人眼的殘留效應(yīng)獲得缺失色彩，可以達(dá)到253種顏色，那么三個(gè)253相乘就基本是16.2M色。也就是說(shuō)我們通常用16.7M表示真正的24位真彩（8bit板），而用16.2M表示6bit板。兩者實(shí)際視覺(jué)效果差別不算太大，目前高端液晶顯示器以16.7M色占主流。另外，6bit和8bit板在液晶面板和驅(qū)動(dòng)板的傳輸實(shí)現(xiàn)方法上有單通道和雙通道的區(qū)別。這也正是在液晶配板時(shí)經(jīng)常會(huì)提到的所謂單6屏、單8屏、雙6屏、雙8屏的出處。單6屏常記作D6或者SI6、單8屏常記作D8或者SI8、雙6屏常記作S6或者DO6、雙8屏常記作S8L或者DO8。為了區(qū)分是TTL屏還是LVDS屏，往往會(huì)在后面跟一個(gè)T或者L來(lái)表示。比如：D8L就是指LVDS接口的單8屏。TFT液晶顯示器與CRT顯示器不同，其具有固定的分辨率，只有在指定使用的分辨率下其畫(huà)質(zhì)才最佳，在其它的分辨率下則是以擴(kuò)展或壓縮的方式，將畫(huà)面顯示出來(lái)。不同尺寸乃至同一尺寸的液晶面板其實(shí)際像素可以是不一樣的，所以它們的最佳分辨率也就有所不同。而相同尺寸，分辨率越大，顯示圖像越精細(xì)，所顯示的內(nèi)容就越多，點(diǎn)距就越小，顯示的字體也就越小。相反，相同尺寸，分辨率越小，顯示的內(nèi)容就會(huì)越少，點(diǎn)距也越大，圖像相比之下也要粗糙一些。點(diǎn)距過(guò)大或過(guò)小，都會(huì)影響觀看舒適度。如擁有1680×1050分辨率的19吋寬屏，點(diǎn)距僅為0.243mm，顯示圖像非常精細(xì)，但是在文字辦公時(shí)，不免有些讓人不適。而點(diǎn)距為0.303mm的27吋液晶，在近看時(shí)，顆粒感要明顯一些。綜合液晶顯示器的使用特點(diǎn)和人眼視覺(jué)特征的普遍性，點(diǎn)距在0.270mm～0.300mm最為合適，而現(xiàn)在主流的19吋寬屏、19吋普屏、22吋寬屏的點(diǎn)距都在這個(gè)范圍之中。分辨率為1920×1200的24吋寬屏，不但擁有較高的分辨率和超大尺寸，還擁有較為舒適的0.270mm點(diǎn)距。這從某種層面表明了液晶顯示器未來(lái)流行尺寸的可能方向。液晶面板電路原理方框圖從上圖,我們能基本了解到液晶面板上的電路結(jié)構(gòu)情況。由于屏上電路大量采用了高集成微型器件和貼片多層電路板，同時(shí)由于維修液晶面板對(duì)設(shè)備的高要求，都使得對(duì)液晶面板的芯片級(jí)維修變得很困難。因此，在實(shí)際的維修工作中，除了針對(duì)一些常見(jiàn)故障和通病，我們一般是不以維修液晶面板為目標(biāo)的。這里，我們只是打算通過(guò)面板的電路原理框圖使我們對(duì)面板的了解進(jìn)一步加深。CCFL冷陰極熒光燈是目前液晶顯示器最主要的背光源。它的工作原理是當(dāng)高電壓加在燈管兩端后，燈管內(nèi)少數(shù)電子高速撞擊電極后產(chǎn)生二次電子發(fā)射，開(kāi)始放電，管內(nèi)的水銀或者惰性氣體受電子撞擊后，激發(fā)輻射出253.7nm的紫外光，產(chǎn)生的紫外光激發(fā)涂在管內(nèi)壁上的熒光粉而產(chǎn)生可見(jiàn)光。CCFL燈管壽命一般定義為：在25℃的環(huán)境溫度下，以額定的電流驅(qū)動(dòng)燈管，亮度降低到初始亮度的50%的工作時(shí)間長(zhǎng)度為燈管壽命。目前液晶顯示器背光的標(biāo)稱壽命可達(dá)到60000小時(shí)。CCFL(冷陰極熒光燈)背光源的特點(diǎn)是成本低廉，但是色彩表現(xiàn)不及LED背光。LED背光采用發(fā)光二極管作為背光光源，是未來(lái)最有希望替代傳統(tǒng)冷陰極熒光管的技術(shù)。發(fā)光二極管由數(shù)層很薄的攙雜半導(dǎo)體材料制成，一層帶有過(guò)量的電子，另一層則缺乏電子而形成帶正電的空穴，工作時(shí)電流通過(guò)，電子和空穴相互結(jié)合，多余的能量則以光輻射的形式被釋放出來(lái)。通過(guò)使用不同的半導(dǎo)體材料可以獲得不同發(fā)光特性的發(fā)光二極管。目前已經(jīng)投入商業(yè)應(yīng)用的發(fā)光二極管可以提供紅、綠、藍(lán)、青、橙、琥珀、白等顏色。手機(jī)上使用的主要是白色LED背光，而在液晶電視上使用的LED背光光源可以是白色，也可以是紅、綠、藍(lán)三基色，在高端產(chǎn)品中也可以應(yīng)用多色LED背光來(lái)進(jìn)一步提高色彩表現(xiàn)力，如六原色LED背光光源。采用LED背光的優(yōu)勢(shì)在于厚度更薄，大約為5厘米，色域也非常寬廣，能夠達(dá)到NTSC色域的105%，黑色的光通量更是可以降低到0.05流明，進(jìn)而使液晶電視對(duì)比度高達(dá)10000:1。同時(shí)，LED背光光源的另還具有10萬(wàn)小時(shí)的壽命。目前制約LED背光發(fā)展的問(wèn)題主要是成本，由于價(jià)格比冷熒光燈管光源高出許多，LED背光光源目前只在國(guó)外的高端液晶產(chǎn)品中出現(xiàn)過(guò)。介于LED背光光源的高成本一部廠商推出了改進(jìn)的CCFL(冷陰極熒光燈)背光源液晶電視產(chǎn)品，具有代表性的是索尼和夏普。索尼廣色域冷陰極背光燈管（WCGCCFL）在普通的冷陰極背光燈管銀光份中通過(guò)增加磷來(lái)提升綠色的純度，讓色域更廣，最為突出的就是電視的綠色度相當(dāng)耀眼。不過(guò)缺點(diǎn)是高昂的成本投入并不是普通家庭可以接受的。目前三星部分產(chǎn)品也具有這種技術(shù)。而夏普選擇了低成本的思路。夏普第八代面板產(chǎn)品采用了四波長(zhǎng)背光的技術(shù)（以前在65英寸的產(chǎn)品中也曾采用過(guò)）。夏普的四波長(zhǎng)背光的原理是通過(guò)在燈管之間加入紅色的LED發(fā)光二極管，從而提升紅色的表現(xiàn)力。而紅色LED發(fā)光二極管的成本很低，這招要比索尼巧妙一些。這也使得在全黑狀態(tài)下，可明顯看出夏普的面板會(huì)偏紅！對(duì)于采用CCFL冷陰極熒光燈背光源的液晶顯示器，在使用達(dá)到一定時(shí)間期限后,背光燈管可能會(huì)出現(xiàn)老化、亮度降低的情況。這時(shí)可以通過(guò)更換背光燈管的方式讓LCD重獲新生。不過(guò)我們應(yīng)該知道，背光源不是只有單單的一個(gè)背光燈管在起作用，而是由一組由很多材料組成的一個(gè)背光組在共同起作用。背光源的組成十分復(fù)雜，材料包括：背光板、反射片、增光片，背光源等。其實(shí)很容易想通，如果里面只有一個(gè)背光燈在起作用的話，那離燈近的地方和離燈遠(yuǎn)的地方的光線強(qiáng)度不就有很大的區(qū)別嗎，所以這一組復(fù)雜的背光組的最主要目的是使CCFL發(fā)出來(lái)的光，能夠均勻的體現(xiàn)在液晶顯示器上，你在使用的時(shí)候，根本就無(wú)法察覺(jué)出，這個(gè)小燈管到底是安在你屏幕的上方、下方，還是側(cè)邊？這就是它的最主要作用。組裝整個(gè)背光組的環(huán)境要求也是相當(dāng)?shù)母?，要求在無(wú)塵的環(huán)境下組裝整個(gè)背光組，因?yàn)槿绻谢覊m滲透到背光組里面，那么點(diǎn)亮后，屏幕會(huì)看得非常的清楚和明顯，內(nèi)業(yè)一般管制