LCD液晶顯示器結(jié)構(gòu)原理課件

液晶電視工作原理、優(yōu)點及評判標準

近幾年，由于液晶屏的關(guān)鍵技術(shù)不斷取得突破和價格的不斷下滑，液晶電視目前已經(jīng)完全取代了CRT電視在家庭、辦公、商場、醫(yī)院、政府機關(guān)單位應(yīng)用領(lǐng)域的霸主地位，成為各大企業(yè)首選的標配產(chǎn)品。液晶電視產(chǎn)品的迅速普及，對于我們這些做技術(shù)服務(wù)的維修人員來說，就意味著一個新的學(xué)習(xí)任務(wù)擺在了我們的面前。那么現(xiàn)在就讓我們一起來共同學(xué)習(xí)液晶電視的工作原理和優(yōu)點。從上圖我們可以知道，液晶電視在內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)上主要有以下幾個部分構(gòu)成：1、驅(qū)動板（也叫主板）：主要是用以接收、處理從外部送進來的模擬（VGA）或者數(shù)字（DVI）視頻信號，并通過屏線送出信號去控制液晶屏（PANEL）正常工作。驅(qū)動板上含有MCU單元，它是液晶顯示器的檢測控制中心和大腦。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，用于點亮PANEL的背光燈。電源板和背光板有時會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，它對液晶顯示器的性能和價格具有決定性的作用。液晶電視的優(yōu)點液晶電視與傳統(tǒng)顯像管(CRT)電視相比有如下優(yōu)點：⑴畫面穩(wěn)定。去掉了場、行掃描方式，從而避免了因掃描帶來的畫面閃爍和不穩(wěn)定；

⑵圖像逼真。采用數(shù)字點陣顯示模式，將畫面的幾何失真率降為零。采用高亮度、高對比度、防反光的液晶屏，大大增加了電視畫面的透亮度和對比度．減少光線的反射和散射，可看到更明亮、清晰、細膩的畫面；⑶消除輻射。采用熒光燈透過液晶屏成像，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，使整機機身厚度不超過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)電視機節(jié)能70%，非常受消費者歡迎。以下相對于我們維修行業(yè)（6）維修成本低，零件、配件我們培眾相當(dāng)齊全。而對于客戶來說因感覺屏幕大、功能多、機器貴重，所以我們收取的維修費用往往相對較高。（7）工作原理簡單，內(nèi)部結(jié)構(gòu)由五六片電路板組成，易學(xué)易懂。只要大家對液晶電視有興趣一個月時間保證同學(xué)們可以學(xué)的非常好。（8）學(xué)會了液晶電視的開關(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化合物。如果把它加熱會呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài)，把它冷卻則會出現(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”。液晶顯示的原理簡單地說，就是將置于兩個電極之間的液晶通電，液晶分子的排列順序在電極通電時會發(fā)生改變，從而改變透射光的光路，實現(xiàn)對影像的控制。液晶面板按照控制方式的不同可分為被動矩陣式（無源矩陣式）LCD及主動矩陣式（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液晶顯示器是在畫面中的每個像素內(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，對比度好，亮度高，可視角度大，色彩豐富等優(yōu)點。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產(chǎn)生灰階，而利用薄膜晶體管來產(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。光由底層透射進來，經(jīng)過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,但是實際應(yīng)用上,這個電容并無法將電壓保持到下一次再更新畫面數(shù)據(jù)的時候。也就是說當(dāng)TFT對這個電容充好電時,它并無法將電壓保持住,直到下一次TFT再對此點充電的時候。(以一般60Hz的畫面更新頻率,需要保持約16ms的時間。)這樣一來,電壓有了變化,所顯示的灰階就會不正確。因此一般在面板的設(shè)計上,會再加一個儲存電容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面的時候.不過正確的來說,長在玻璃上的TFT本身,只是一個使用晶體管制作的開關(guān)。它主要的工作是決定LCDsourcedriver上的電壓是不是要充到這個點來。至于這個點要充到多高的電壓,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，你會發(fā)現(xiàn)如下圖中所顯示的樣子。我們知道紅色、藍色以及綠色是所謂的三原色。也就是說利用這三種顏色，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原理來顯示出色彩。我們把RGB三種顏色，分成獨立的三個點，各自擁有不同的灰階變化，然后把鄰近的三個RGB顯示的點，當(dāng)作一個顯示的基

本單位，也就是pixel。那這一個pixel，就可以擁有不同的色彩變化了。然后對于一個需要分辨率為1024*768的顯示畫面，我們只要讓這個平面顯示器的組成有1024*768個pixel，便可以正確的顯示這一個畫面。在圖中,每一個RGB的點之間的黑色部分，就叫做Blackmatrix。它主要是用來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，我們在圖中看到每一個RGB的亮點并不是矩形，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,來顯示出畫面.然而液晶顯示器本身,僅能控制光線通過的亮度,本身并無發(fā)光的功能.因此,液晶顯示器就必須加上一個背光板,來提供一個高亮度,而且亮度分布均勻的光源.我們在上面的TFTLCD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.最后藉由prismsheet及擴散板的幫忙,將光線均勻的分布到各個區(qū)域去,提供給TFTLCD一個明亮的光源.而TFTLCD則藉由電壓控制液晶的轉(zhuǎn)動,控制通過光線的亮度,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,反而會阻礙光線通過,也無法維持上下兩片玻璃的適當(dāng)間隙(gap),會成電場分布不均的現(xiàn)象,進而影響液晶的灰階表現(xiàn)。當(dāng)光線從背光板發(fā)射出來,會依序穿過偏光板,玻璃,液晶,彩色濾光片等等.假設(shè)各個零件的穿透率如以下所示：偏光板50%(因為其只準許單方向的極化光波通過)、玻璃95%(需要計算上下兩片)、液晶95%、開口率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。以RGB三原色來說，只能容許三種其中一種通過，所以僅剩下三分之一的亮度。所以總共只能通過80%*33%=27%。)以上述的穿透率來計算,從背光板出發(fā)的光線只會剩下6%，實在是少的可憐。這也是為什么在TFTLCD的設(shè)計中，要盡量提高開口率的原因。只要提高開口率，便可以增加亮度，而同時背光板的亮度也不用那么高，可以節(jié)省耗電及花費。最佳分辨率與色彩數(shù)我們知道，液晶面板的每一個像素中都有三種原色，這三種原色如果強度不同變化就可以產(chǎn)生不同的混色效果。對于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)。對屏幕上的每一個像素來說，256種顏色要用8位二進制數(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；如果每個像素的顏色用16位二進制數(shù)表示，我們就叫它16位圖，它可 以表達2的16次方即65536種顏色；如果每個像素的顏色用24位二進制數(shù)表示，則叫它24位彩色圖，它可以表達2的24次方即16,777,216種顏色。目前液晶顯示器常見的顏色種類有兩種，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，紅綠藍三原色組合起來就是24位真彩，這種液晶顯示器的顏色一般標稱為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，各個基色只能表現(xiàn)6位色,即2的6次方=64種顏色，不過通過“抖動”的技術(shù)，通過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，可以達到253種顏色，那么三個253相乘就基本是16.2M色。也就是說我們通常用16.7M表示真正的24位真彩（8bit板），而用16.2M表示6bit板。兩者實際視覺效果差別不算太大，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)動板的傳輸實現(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經(jīng)常會提到的所謂單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，往往會在后面跟一個T或者L來表示。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質(zhì)才最佳，在其它的分辨率下則是以擴展或壓縮的方式，將畫面顯示出來。不同尺寸乃至同一尺寸的液晶面板其實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，所顯示的內(nèi)容就越多，點距就越小，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)容就會越少，點距也越大，圖像相比之下也要粗糙一些。點距過大或過小，都會影響觀看舒適度。如擁有1680×1050分辨率的19吋寬屏，點距僅為0.243mm，顯示圖像非常精細，但是在文字辦公時，不免有些讓人不適。而點距為0.303mm的27吋液晶，在近看時，顆粒感要明顯一些。綜合液晶顯示器的使用特點和人眼視覺特征的普遍性，點距在0.270mm～0.300mm最為合適，而現(xiàn)在主流的19吋寬屏、19吋普屏、22吋寬屏的點距都在這個范圍之中。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點距。這從某種層面表明了液晶顯示器未來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，同時由于維修液晶面板對設(shè)備的高要求，都使得對液晶面板的芯片級維修變得很困難。因此，在實際的維修工作中，除了針對一些常見故障和通病，我們一般是不以維修液晶面板為目標的。這里，我們只是打算通過面板的電路原理框圖使我們對面板的了解進一步加深。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)動燈管，亮度降低到初始亮度的50%的工作時間長度為燈管壽命。目前液晶顯示器背光的標稱壽命可達到60000小時。CCFL(冷陰極熒光燈)背光源的特點是成本低廉，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，一層帶有過量的電子，另一層則缺乏電子而形成帶正電的空穴，工作時電流通過，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。通過使用不同的半導(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、青、橙、琥珀、白等顏色。手機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、藍三基色，在高端產(chǎn)品中也可以應(yīng)用多色LED背光來進一步提高色彩表現(xiàn)力，如六原色LED背光光源。采用LED背光的優(yōu)勢在于厚度更薄，大約為5厘米，色域也非常寬廣，能夠達到NTSC色域的105%，黑色的光通量更是可以降低到0.05流明，進而使液晶電視對比度高達10000:1。同時，LED背光光源的另還具有10萬小時的壽命。目前制約LED背光發(fā)展的問題主要是成本，由于價格比冷熒光燈管光源高出許多，LED背光光源目前只在國外的高端液晶產(chǎn)品中出現(xiàn)過。介于LED背光光源的高成本一部廠商推出了改進的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增加磷來提升綠色的純度，讓色域更廣，最為突出的就是電視的綠色度相當(dāng)耀眼。不過缺點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)品采用了四波長背光的技術(shù)（以前在65英寸的產(chǎn)品中也曾采用過）。夏普的四波長背光的原理是通過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偏紅！對于采用CCFL冷陰極熒光燈背光源的液晶顯示器，在使用達到一定時間期限后,背光燈管可能會出現(xiàn)老化、亮度降低的情況。這時可以通過更換背光燈管的方式讓LCD重獲新生。不過我們應(yīng)該知道，背光源不是只有單單的一個背光燈管在起作用，而是由一組由很多材料組成的一個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。其實很容易想通，如果里面只有一個背光燈在起作用的話，那離燈近的地方和離燈遠的地方的光線強度不就有很大的區(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)出來的光，能夠均勻的體現(xiàn)在液晶顯示器上，你在使用的時候，根本就無法察覺出，這個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。組裝整個背光組的環(huán)境要求也是相當(dāng)?shù)母?，要求在無塵的環(huán)境下組裝整個背光組，因為如果有灰塵滲透到背光組里面，那么點亮后，屏幕會看得非常的清楚和明顯，內(nèi)業(yè)一般管制