1、第一章第一章 液晶彩电显示技术基础知识液晶彩电显示技术基础知识 第一节第一节 液晶的基本知识液晶的基本知识 第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述 第三节第三节 液晶面板介绍液晶面板介绍 第四节第四节 液晶彩电的主要技术指标液晶彩电的主要技术指标返回第一节第一节 液晶的基本知识液晶的基本知识 一、液晶的概念一、液晶的概念液晶一词的英文为液晶一词的英文为Liquid Crystal,缩写为缩写为LC。液晶是一种在一定温。液晶是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态度范围内呈现既不同于固态、液态,又不同于气态的特殊物质态又不同于气态的特殊物质态,它既它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性具
2、有各向异性的晶体所特有的双折射性,又具有液体的流动性。又具有液体的流动性。我们知道我们知道,对于水而言对于水而言,固态冰受热时固态冰受热时,当温度超过熔点便会熔解变成当温度超过熔点便会熔解变成液体。而液晶则不一样液体。而液晶则不一样,当其固态受热后当其固态受热后,并不会直接变成液态并不会直接变成液态,而会而会先熔解成液晶态。当持续加热时先熔解成液晶态。当持续加热时,才会再熔解成液态才会再熔解成液态,这就是所谓的二这就是所谓的二次熔解现象。当温度超出一定范围次熔解现象。当温度超出一定范围,液晶就不再呈现液晶态液晶就不再呈现液晶态:温度低了温度低了,出现结晶现象出现结晶现象,温度升高了温度升高了,
3、就变成液体。液晶显示器件所标注的存就变成液体。液晶显示器件所标注的存储温度指的就是呈现液晶态的温度范围。储温度指的就是呈现液晶态的温度范围。下一页返回第一节第一节 液晶的基本知识液晶的基本知识 二、液晶的种类二、液晶的种类当液态晶体刚被发现时当液态晶体刚被发现时,因为其种类很多因为其种类很多,所以不同研究领域的人对液所以不同研究领域的人对液晶会有不同的分类方法晶会有不同的分类方法,如果依据分子排列的有序性来分如果依据分子排列的有序性来分,液晶一般分液晶一般分成以下四类。成以下四类。1.层状层状(Sematic)液晶液晶层状液晶的结构是由液晶棒状分子聚集在一起层状液晶的结构是由液晶棒状分子聚集在
4、一起,形成一层一层的结构形成一层一层的结构,其每一层的分子的长轴方向相互平行其每一层的分子的长轴方向相互平行,且此长轴的方向对于每一层平且此长轴的方向对于每一层平面垂直或有一倾斜角。由于其结构非常近似于晶体面垂直或有一倾斜角。由于其结构非常近似于晶体,所以又称作近晶所以又称作近晶相。相。上一页 下一页返回第一节第一节 液晶的基本知识液晶的基本知识2.线状线状(Nematic)液晶液晶线状液晶是线状液晶是TFT 液晶显示器、液晶显示器、TFT 液晶彩电常用的液晶彩电常用的TN 型液晶型液晶,这种这种液晶看起来像丝线一样液晶看起来像丝线一样,因此而得名。线状液晶分子在空间上呈现一因此而得名。线状液
5、晶分子在空间上呈现一维的规则性排列维的规则性排列,所有线状液晶分子长轴会选择某一特定方向所有线状液晶分子长轴会选择某一特定方向(也就是也就是指向矢指向矢)作为主轴作为主轴,并相互平行排列并相互平行排列,而且不像层状液晶一样具有分层而且不像层状液晶一样具有分层结构。与层状液晶比较结构。与层状液晶比较,其排列比较无秩序。另外其排列比较无秩序。另外,其黏度较小其黏度较小,所以所以较易流动较易流动(它的流动性主要来自分子长轴方向较易出现的自由运动它的流动性主要来自分子长轴方向较易出现的自由运动)。上一页 下一页返回第一节第一节 液晶的基本知识液晶的基本知识3.胆固醇胆固醇(Cholesteric)液晶
6、液晶胆固醇液晶之所以有这个名字胆固醇液晶之所以有这个名字,是因为这类液晶大部分是由胆固醇的是因为这类液晶大部分是由胆固醇的衍生物所生成的衍生物所生成的,但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相。但有些没有胆固醇结构的液晶也会具有此液晶相。如果把胆固醇液晶一层一层分开来看如果把胆固醇液晶一层一层分开来看,它很像线状液晶它很像线状液晶,但是但是,它们的它们的指向矢会逐层不同而像螺旋状一样分布。指向矢会逐层不同而像螺旋状一样分布。4.碟状碟状(Disk)液晶液晶碟状液晶也称为柱状液晶碟状液晶也称为柱状液晶,以单个液晶来说以单个液晶来说,它呈碟状它呈碟状,但是其排列起但是其排列起来则呈柱状来则呈柱状
7、(Discoid)。上一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述 一、液晶显示屏的分类一、液晶显示屏的分类液晶显示屏液晶显示屏(Liquid Crystal Display)简称液晶屏简称液晶屏,英文缩写为英文缩写为LCD。液晶显示屏的种类很多液晶显示屏的种类很多,常用的主要有常用的主要有TN、STN 和和TFT 型液晶显示型液晶显示屏屏,从技术层次和价格水平上从技术层次和价格水平上TN、STN、TFT 这这3 种显示器件的排列种显示器件的排列顺序依次递增。顺序依次递增。TN 型主要用于型主要用于3 英寸英寸(1 英寸英寸=2.54 厘米厘米)以下的黑白以下的黑白小屏幕小屏幕,如电子表
8、、计算器、掌上游戏机等如电子表、计算器、掌上游戏机等;STN 型配合彩色滤光片型配合彩色滤光片可显示多种色彩可显示多种色彩,多用于文字、数字及图像的显示多用于文字、数字及图像的显示,例如例如,低档的笔记低档的笔记本电脑、掌上电脑、手机和个人数字助理本电脑、掌上电脑、手机和个人数字助理(PDA)等便携式产品等便携式产品;TFT 液晶显示屏具有反应速度快等优点液晶显示屏具有反应速度快等优点,特别适用于动画及显像显示特别适用于动画及显像显示,因此因此,在数码相机、液晶投影仪、笔记本电脑、桌上型液晶显示器在数码相机、液晶投影仪、笔记本电脑、桌上型液晶显示器(简称液简称液晶显示器晶显示器)、液晶彩电中得
9、到了广泛的应用。、液晶彩电中得到了广泛的应用。下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述 二、液晶显示屏的显示方式与采光方式二、液晶显示屏的显示方式与采光方式1.液晶显示屏的显示方式液晶显示屏的显示方式液晶显示屏有液晶显示屏有3 种显示方式种显示方式:反射型、透射型和半透射型反射型、透射型和半透射型,如图如图1-1 所所示。反射型液晶显示屏是利用外界光线进行显示示。反射型液晶显示屏是利用外界光线进行显示,具有节能、省电的具有节能、省电的优点优点,TN 液晶器件一般工作在反射型。反射型液晶显示屏的底偏光片液晶器件一般工作在反射型。反射型液晶显示屏的底偏光片后面加了一块反射板后面加了一块
10、反射板,一般在户外和光线良好的办公室使用。透射型一般在户外和光线良好的办公室使用。透射型液晶显示屏的底偏光片是全透偏光片液晶显示屏的底偏光片是全透偏光片,它需要使用背光源它需要使用背光源,可工作在没可工作在没有光线或光线差的环境中有光线或光线差的环境中,液晶显示器、液晶彩电采用的就是这种方液晶显示器、液晶彩电采用的就是这种方式。半透射型液晶显示屏处于以上两者之间式。半透射型液晶显示屏处于以上两者之间,底偏光片能部分反光底偏光片能部分反光,一一般也带背光源。光线好的时候般也带背光源。光线好的时候,可关掉背光源可关掉背光源,光线差时光线差时,需要点亮背需要点亮背光源。光源。上一页 下一页返回第二节
11、第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述2.液晶显示屏的采光技术液晶显示屏的采光技术液晶显示屏是被动型显示器件液晶显示屏是被动型显示器件,它本身不会发光它本身不会发光,是靠调制外界光实现是靠调制外界光实现显示的显示的,外界光是液晶显示屏进行显示的前提条件。液晶显示屏的采外界光是液晶显示屏进行显示的前提条件。液晶显示屏的采光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而在外光源设置上光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而在外光源设置上,又有背光源、前光源和投影光源又有背光源、前光源和投影光源3 类技术类技术,其中其中,液晶彩电采用的是背液晶彩电采用的是背光源采光技术。光源采光技术。(1)背光源的任
12、务背光源的任务透射型和半透射型液晶显示屏一般都需要加背光源透射型和半透射型液晶显示屏一般都需要加背光源,背光源的任务主背光源的任务主要有两点要有两点:一是使液晶显示屏在有无外界光的环境下都能使用一是使液晶显示屏在有无外界光的环境下都能使用;二是二是提高背景光的亮度提高背景光的亮度,以改善显示效果。以改善显示效果。(2)背光源的分类背光源的分类常用的背光源主要有常用的背光源主要有CCFL、LED 和和EL3 种。种。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述CCFL 背光源也称冷阴极荧光管背光源背光源也称冷阴极荧光管背光源,是液晶显示器、液晶彩电应是液晶显示器、液晶彩电应用最为
13、广泛的一种背光源用最为广泛的一种背光源,它由冷阴极荧光管发光它由冷阴极荧光管发光,通过散射器将光均通过散射器将光均匀分散在液晶显示屏的视窗区。匀分散在液晶显示屏的视窗区。CCFL 背光源能够提供能耗低、光亮背光源能够提供能耗低、光亮强的白光强的白光,具有成本低、效率高、寿命长、工作稳定、亮度调节简单具有成本低、效率高、寿命长、工作稳定、亮度调节简单、技术成熟等优点、技术成熟等优点,但但CCFL 需要一个逆变器来供应需要一个逆变器来供应600 1 000 V 的的交流电源交流电源,且亮度不够均匀。且亮度不够均匀。LED 背光源是一种发光二极管背光源背光源是一种发光二极管背光源,具有电压驱动低、体
14、积小、重具有电压驱动低、体积小、重量轻、寿命长、显色和调光性能好、耐震动、色温变化时不易产生视量轻、寿命长、显色和调光性能好、耐震动、色温变化时不易产生视觉误差等优点。目前觉误差等优点。目前,LED 背光源已在部分液晶彩电中得到了一定的背光源已在部分液晶彩电中得到了一定的应用应用,且具有广阔的发展前景。且具有广阔的发展前景。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述EL 背光源是电致发光背光源背光源是电致发光背光源,具有厚度薄、重量轻、功耗低、发光均具有厚度薄、重量轻、功耗低、发光均匀等优点匀等优点,具有不同的颜色具有不同的颜色,但最常用的是白光背光。和但最常用的是白光背光。
15、和CCFL 相比相比,EL 只需只需80 110 V 交流电压即可工作。目前交流电压即可工作。目前,EL 主要用于主要用于4 英寸以英寸以下小尺寸液晶显示下小尺寸液晶显示,如手机、如手机、PDA、游戏机等、游戏机等,在液晶彩电中还未得在液晶彩电中还未得到应用。到应用。三、三、TFT 液晶显示屏的结构液晶显示屏的结构1.TFT 液晶显示屏的基本结构液晶显示屏的基本结构TFT 液晶显示屏的局部结构示意图液晶显示屏的局部结构示意图如图如图1-2 所示所示。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述TFT 液晶显示屏是一种薄型的显示器件液晶显示屏是一种薄型的显示器件,它由前后两块相互
16、平行的透它由前后两块相互平行的透明玻璃明玻璃(衬底衬底)构成构成,玻璃衬底间充满了玻璃衬底间充满了TN 型液晶体型液晶体,四周密封组成了四周密封组成了一个扁平状的盒形密封体。在一个扁平状的盒形密封体。在TFT液晶显示屏的后玻璃上蚀刻有许多液晶显示屏的后玻璃上蚀刻有许多TFT 器件器件,每个每个TFT 的漏极的漏极D 连接到后玻璃上一定面积的导电区连接到后玻璃上一定面积的导电区,作作为像素电极。将同一行像素上的为像素电极。将同一行像素上的TFT 器件的栅极器件的栅极G 连接起来连接起来,形成行形成行电极电极(扫描电极扫描电极);将同一列像素上的场效应管源极将同一列像素上的场效应管源极S 连接起来
17、连接起来,形成列形成列驱动电极驱动电极(数据电极数据电极)。在。在TFT 液晶显示屏的前玻璃上液晶显示屏的前玻璃上,分布着像素的分布着像素的另一个电极。所有这些电极全部连接在一起另一个电极。所有这些电极全部连接在一起,形成一路电极形成一路电极,称为公共称为公共(Common)电极。电极。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述2.TFT 液晶显示屏的主要元器件介绍液晶显示屏的主要元器件介绍(1)液晶电容和存储电容液晶电容和存储电容根据根据TFT 液晶显示屏的结构可知液晶显示屏的结构可知,在上下两层玻璃间夹着液晶在上下两层玻璃间夹着液晶,液晶液晶是容性材料是容性材料,其等效电
18、容一般称为液晶电容其等效电容一般称为液晶电容CLC,它的大小约为它的大小约为0.1 pF,但是实际应用上但是实际应用上,这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候面数据的时候,也就是说当也就是说当TFT 液晶显示屏对这个电容充好电时液晶显示屏对这个电容充好电时,它它并无法将电压保持住并无法将电压保持住,直到下一次直到下一次TFT 液晶显示屏再对此点充电的时液晶显示屏再对此点充电的时候候(以一般以一般60 Hz 的画面更新频率的画面更新频率,需要保持约需要保持约16 ms 的时间的时间),这样一这样一来来,电压有了变化电压有了变化,所显示的灰阶就
19、会不正确所显示的灰阶就会不正确,因此因此,一般在面板的设计一般在面板的设计上上,会再加一个储存电容会再加一个储存电容CS(一般由像素电极与公共电极走线形成一般由像素电极与公共电极走线形成),其容量约为其容量约为0.5 pF,以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候。时候。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述(2)薄膜晶体管薄膜晶体管(TFT)薄膜晶体管简称薄膜晶体管简称TFT 器件器件,也称也称TFT 开关管开关管,它是基于场效应管的原它是基于场效应管的原理制作而成的理制作而成的,也就是说也就是说,TFT 器件是一种利用电
20、场效应来控制电流的器件是一种利用电场效应来控制电流的管子。因为参与导电的只有一种极性的载流子管子。因为参与导电的只有一种极性的载流子,所以所以,TFT 器件是一器件是一种单极性器件。种单极性器件。TFT 器件也有器件也有3 个电极个电极,即源极即源极S(相当于三极管的相当于三极管的E 极极)、栅极、栅极G(相当于三极管的相当于三极管的B 极极)和漏极和漏极D(相当于三极管的相当于三极管的C 极极)。但二者的控制特性却截然不同但二者的控制特性却截然不同,三极管是电流控制器件三极管是电流控制器件,通过控制基极通过控制基极电流达到控制集电极电流或发射极电流的目的电流达到控制集电极电流或发射极电流的目
21、的,即需要信号源提供一即需要信号源提供一定的电流才能工作定的电流才能工作,因此因此,它的输入电阻较低它的输入电阻较低;TFT 器件则是电压控制器件则是电压控制器件器件,它的输出电流决定于输入电压的大小它的输出电流决定于输入电压的大小,基本上不需要信号源提供基本上不需要信号源提供电流电流,所以所以,它的输入阻抗很高。此外它的输入阻抗很高。此外,TFT 器件还具有开关速度快、器件还具有开关速度快、高频特性好、热稳定性好、噪声小等优点。高频特性好、热稳定性好、噪声小等优点。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述TFT 器件主要有器件主要有a-Si(非晶硅非晶硅)和和P-Si(多
22、晶硅多晶硅)两种两种,其中其中,P-Si 处处于起步和发展阶段于起步和发展阶段,a-Si 则应用比较广泛。则应用比较广泛。图图1-3 所示是所示是a-Si 非晶非晶硅硅TFT 器件内部结构示意图和电路符号。器件内部结构示意图和电路符号。TFT 器件工作时器件工作时,像一个电压控制的取向开关像一个电压控制的取向开关,当栅极当栅极G 不施加电压不施加电压时时,TFT 器件处于截止状态器件处于截止状态(关断状态关断状态),即源极即源极S 与漏极与漏极D 不能接通不能接通,此时栅极此时栅极G 与源极与源极S(或漏极或漏极D)之间的电阻称为关断电阻之间的电阻称为关断电阻ROFF。(3)像素电极和公共电极
23、像素电极和公共电极像素电极分布在后玻璃上像素电极分布在后玻璃上,公共电极分布在前玻璃上公共电极分布在前玻璃上,它们共同构成像它们共同构成像素单元。像素电极、公共电极素单元。像素电极、公共电极,再加上再加上TFT 器件器件,就构成了一个像素就构成了一个像素单元单元(也称子像素也称子像素)。图图l-4 所示为一个像素单元的结构及电路符号示所示为一个像素单元的结构及电路符号示意图。意图。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述(4)行电极与列电极行电极与列电极从驱动方式上看从驱动方式上看,TFT 液晶显示屏将所有的行电极作为扫描行连接到液晶显示屏将所有的行电极作为扫描行连接到栅极
24、驱动器上栅极驱动器上,将所有列电极作为列信号端连接到源极驱动器上将所有列电极作为列信号端连接到源极驱动器上,从而从而形成驱动阵列形成驱动阵列,如图如图1-5 所示所示。(5)配向膜配向膜我们知道我们知道,液晶前后液晶前后(或上下或上下)两层玻璃主要是用来夹住液晶的两层玻璃主要是用来夹住液晶的,后层玻后层玻璃上有薄膜晶体管璃上有薄膜晶体管(TFT),而前层玻璃则贴有彩色滤光片而前层玻璃则贴有彩色滤光片,但这两片玻但这两片玻璃在接触液晶的那一面并不是光滑的璃在接触液晶的那一面并不是光滑的,而是有锯齿状的沟槽而是有锯齿状的沟槽,如图如图1-6 所示。设置这个沟槽的主要目的是使线状的液晶分子沿着沟槽排
25、列所示。设置这个沟槽的主要目的是使线状的液晶分子沿着沟槽排列,如此一来如此一来,液晶分子的排列才会整齐。因为如果是光滑的平面液晶分子的排列才会整齐。因为如果是光滑的平面,液晶分液晶分子的排列便会不整齐子的排列便会不整齐,造成光线的散射造成光线的散射,形成漏光的现象。形成漏光的现象。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述(6)彩色滤光片彩色滤光片如果拿着放大镜靠近液晶显示屏如果拿着放大镜靠近液晶显示屏,会发现会发现图图1-7 所示的样子。所示的样子。我们知道我们知道,红色红色(R)、蓝色、蓝色(B)以及绿色以及绿色(G)是所谓的三原色是所谓的三原色(又称为基又称为基色色),
26、也就是说也就是说,利用这利用这3 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,电视电视和显示器就是利用这个原理来显示色彩。把和显示器就是利用这个原理来显示色彩。把RGB 3 种颜色分成独立种颜色分成独立的的3 个单元个单元,使之各自拥有不同的灰阶变化使之各自拥有不同的灰阶变化,然后把邻近的然后把邻近的3 个个R、G、B 显示单元当作一个显示的基本单位显示单元当作一个显示的基本单位像素点像素点(Pixel),这个像这个像素点就可以拥有不同的色彩变化了。素点就可以拥有不同的色彩变化了。在图在图1-7 中中,每一个每一个RGB 点之间的黑色部分点之间的黑色部分,就叫作矩阵块就
27、叫作矩阵块(Black Matrix),矩阵块主要是用来遮住不打算透光的部分矩阵块主要是用来遮住不打算透光的部分,比如一些比如一些ITO 的的走线走线,或者或者TFT 的部分的部分,这也就是为什么在图这也就是为什么在图1-7 中每一个中每一个RGB 的亮的亮点看起来并不是矩形点看起来并不是矩形,在其右上角也有一块被矩阵块遮住的部分在其右上角也有一块被矩阵块遮住的部分,这一这一块黑色缺角的部分就是块黑色缺角的部分就是TFT 的所在位置。的所在位置。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述图图1-8 所示是常见的彩色滤光片的排列方式。条状排列最常使用于所示是常见的彩色滤光片的排
28、列方式。条状排列最常使用于OA 的产品中的产品中,也就是常见的笔记本型电脑或桌上型电脑显示器等。也就是常见的笔记本型电脑或桌上型电脑显示器等。为什么这种应用要用条状排列的方式呢为什么这种应用要用条状排列的方式呢?原因是现在的软件多半都是原因是现在的软件多半都是窗口化的接口窗口化的接口,也就是说也就是说,我们所看到的屏幕内容是由一大堆大小不等我们所看到的屏幕内容是由一大堆大小不等的方框所组成的的方框所组成的,而条状排列恰好可以使这些方框边缘看起来更笔直而条状排列恰好可以使这些方框边缘看起来更笔直,而不会有一条直线看起来有毛边或锯齿。但是而不会有一条直线看起来有毛边或锯齿。但是,如果是应用在液晶彩
29、如果是应用在液晶彩电等产品上电等产品上,就不一样了就不一样了,因为电视信号多半是人物因为电视信号多半是人物,人物的线条不是人物的线条不是笔直的笔直的,其轮廓大部分是不规则的曲线其轮廓大部分是不规则的曲线,因此一开始因此一开始,液晶彩电都是使液晶彩电都是使用马赛克排列用马赛克排列(或称为对角形排列或称为对角形排列),不过最近的液晶彩电产品多已改不过最近的液晶彩电产品多已改进到使用三角形排列。除了上述排列方式之外进到使用三角形排列。除了上述排列方式之外,还有一种排列还有一种排列,叫作正叫作正方形排列方形排列,它跟前面几个不一样的地方在于它跟前面几个不一样的地方在于,它并不是以它并不是以3 个单元来
30、当个单元来当作一个像素点而是以作一个像素点而是以4 个单元来当作一个像素点个单元来当作一个像素点,4 个单元组合起来个单元组合起来刚好形成一个正方形。刚好形成一个正方形。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述(7)框胶和填充物框胶和填充物(Spacer)框胶围绕于液晶屏四周框胶围绕于液晶屏四周,其作用是让液晶面板中的上下两层玻璃能够其作用是让液晶面板中的上下两层玻璃能够紧密黏住紧密黏住,将液晶分子框限于面板之内。而填空物主要是提供上下两将液晶分子框限于面板之内。而填空物主要是提供上下两层玻璃的支撑层玻璃的支撑,它必须均匀地分布在玻璃衬底上它必须均匀地分布在玻璃衬底上,不然
31、不然,一旦分布不均一旦分布不均,造成部分填空物聚集在一起造成部分填空物聚集在一起,反而会阻碍光线通过反而会阻碍光线通过,也无法维持上下两也无法维持上下两片玻璃的适当间隙片玻璃的适当间隙,造成电场分布不均的现象造成电场分布不均的现象,进而影响液晶的灰阶表进而影响液晶的灰阶表现。现。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述3.液晶显示屏的开口率液晶显示屏的开口率液晶显示屏有一个很重要的规格就是亮度液晶显示屏有一个很重要的规格就是亮度,而决定亮度的最重要的因而决定亮度的最重要的因素就是开口率。开口率是什么呢素就是开口率。开口率是什么呢?简单来说简单来说,就是光线能透过的有效就是光
32、线能透过的有效区域比例。区域比例。图图1-9 中的左边是一个液晶显示屏从正上方或正下方看过中的左边是一个液晶显示屏从正上方或正下方看过去的结构去的结构,当光线经由背光板发射出来时当光线经由背光板发射出来时,并不是所有的光线都能穿过并不是所有的光线都能穿过面板。面板。当光线从背光板发射出来时当光线从背光板发射出来时,其会依次穿过偏光板、玻璃、液晶、彩其会依次穿过偏光板、玻璃、液晶、彩色滤光片等。假设各个零件的穿透率如下所示色滤光片等。假设各个零件的穿透率如下所示:偏光板偏光板:50%(因为其只准许单方向的极化光波通过因为其只准许单方向的极化光波通过);玻璃玻璃:95%(需要计算上下两片需要计算上
33、下两片);液晶液晶:95%;上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述开口率开口率:50%(有效透光区域只有一半有效透光区域只有一半);彩色滤光片彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率为假设材质本身的穿透率为80%,但由于滤光片本身但由于滤光片本身涂有色彩涂有色彩,只能容许该色彩的光波通过只能容许该色彩的光波通过,以以RGB 三原色来说三原色来说,其只能容其只能容许许3 种中的一种通过种中的一种通过,仅剩下仅剩下1/3的亮度的亮度,所以总共只能通过所以总共只能通过80%33%27%)。4.常亮常亮(NW)及常黑及常黑(NB)液晶显示屏液晶显示屏所谓常亮所谓常亮,即即NW(N
34、ormally White),是指当对液晶显示屏不施加电压是指当对液晶显示屏不施加电压时时,所看到的显示屏是透光的画面所看到的显示屏是透光的画面,也就是亮的画面也就是亮的画面;而反过来而反过来,当对当对液晶显示屏不施加电压时液晶显示屏不施加电压时,如果面板无法透光如果面板无法透光,看起来是黑色的话看起来是黑色的话,就就称之为常黑称之为常黑,即即NB(Normally Black)。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述TFT 液晶显示屏前后玻璃的配向膜都是互相垂直的液晶显示屏前后玻璃的配向膜都是互相垂直的,而而NB 与与NW 的的差别就只在于偏光板的相对位置不同而已。对差
35、别就只在于偏光板的相对位置不同而已。对NW 来说来说,其前后偏光其前后偏光板的极性是互相垂直的板的极性是互相垂直的,所以所以,当当NW 不施加电压时不施加电压时,光线会因为液晶光线会因为液晶将之旋转将之旋转900而透光而透光,如图如图1-10 所示所示;而对而对NB 来说来说,其前后偏光板的其前后偏光板的极性是互相平行的极性是互相平行的,所以当其不施加电压时所以当其不施加电压时,光线会因为液晶将之旋转光线会因为液晶将之旋转900而无法透光而无法透光,如图如图1-11 所示所示。四、四、TFT 液晶显示屏显示图像的工作原理液晶显示屏显示图像的工作原理1.显示图像的工作过程显示图像的工作过程下面结
36、合下面结合图图1-12 所示所示的电路框图的电路框图,简要描述简要描述TFT 液晶显示屏显示图液晶显示屏显示图像的工作过程。像的工作过程。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述在图在图1-12 中中,将一个像素电极接到场效应管的漏极将一个像素电极接到场效应管的漏极D,将另一个像素将另一个像素电极接到驱动电源的某一个电位上电极接到驱动电源的某一个电位上(公共电极上公共电极上),然后把场效应管的然后把场效应管的栅极栅极G 作为该像素的选通控制端作为该像素的选通控制端,把源极把源极S 作为数据的写入端作为数据的写入端,以此搭以此搭建成建成TFT 的驱动电路。的驱动电路。图图1-
37、12 中只画出了液晶像素的模型中只画出了液晶像素的模型,而没有画出像素电容而没有画出像素电容CLC,实际实际上二者是一致的上二者是一致的,因为液晶材料具有容性负载特性因为液晶材料具有容性负载特性,在建立在建立TFT 液晶液晶显示屏驱动电路模型时显示屏驱动电路模型时,既可以把液晶像素等效为一个电容既可以把液晶像素等效为一个电容CLC,也可也可以画一个像素。以画一个像素。TFT 场效应管的栅极场效应管的栅极G 连接到行驱动器的扫描选通信号上连接到行驱动器的扫描选通信号上,该信号由该信号由行驱动器控制。行驱动器控制。TFT 场效应管的源极连接到一个源极驱动器内场效应管的源极连接到一个源极驱动器内DA
38、C(数数/模模)转换器的输出端。转换器的输出端。DAC 转换器输出的是模拟电压转换器输出的是模拟电压,作为显示像作为显示像素的模拟驱动电压。素的模拟驱动电压。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述2.液晶显示屏的灰度控制原理液晶显示屏的灰度控制原理以上介绍了以上介绍了TFT 液晶显示屏显示图像的工作过程液晶显示屏显示图像的工作过程,下面简要说明液晶下面简要说明液晶显示屏控制显示图像灰度的工作原理。显示屏控制显示图像灰度的工作原理。TFT 液晶显示屏的灰度是由加在液晶上的驱动电压进行控制的液晶显示屏的灰度是由加在液晶上的驱动电压进行控制的,简单简单描述如下描述如下:TFT
39、液晶显示屏的驱动电路通过漏极液晶显示屏的驱动电路通过漏极D 对像素施加的电压对像素施加的电压大小不同大小不同,像素和存储电容充入的电荷多少就不同像素和存储电容充入的电荷多少就不同,即建立在像素上的即建立在像素上的电场强度和时间就不同电场强度和时间就不同,从而液晶材料的电光效应也就不同从而液晶材料的电光效应也就不同,在液晶显在液晶显示屏上产生的显示效果就不同示屏上产生的显示效果就不同,即灰阶的显示效果不同。因此即灰阶的显示效果不同。因此TFT 液液晶显示屏的灰度控制方法为幅值驱动法晶显示屏的灰度控制方法为幅值驱动法,灰度的幅值驱动法的原理如灰度的幅值驱动法的原理如图图1-13 所示所示。上一页
40、下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述由图由图1-13 可以看出可以看出,灰度控制电路被集成在列驱动器中灰度控制电路被集成在列驱动器中,在列驱动器在列驱动器的驱动电路和数据锁存器的输出之间加入了电平选择电路。驱动输出的驱动电路和数据锁存器的输出之间加入了电平选择电路。驱动输出的电平不是选择电平和非选电平的二选一的电平不是选择电平和非选电平的二选一,而是多级电平的选择。此而是多级电平的选择。此时的显示数据也不是一个像素对应一位数据时的显示数据也不是一个像素对应一位数据,而是一个像素对应多位而是一个像素对应多位据。例如据。例如,图图1-13 所示的电路中所示的电路中,一个像素有一个像
41、素有3 位数据位数据D2、D1、D0,当液晶显示控制器将这当液晶显示控制器将这3 位数据传输给带灰度控制的液晶显示驱动器位数据传输给带灰度控制的液晶显示驱动器时时,这这3 位数据被锁存到锁存器内。锁存器的位数据被锁存到锁存器内。锁存器的3 位数据输出给电平选位数据输出给电平选择电路择电路,电平选择电路类似于电平选择电路类似于3-8 译码器译码器,3 位数据组合为位数据组合为8 种状态种状态,使电平选择电路在使电平选择电路在8 路电平路电平V0 V7中选一中选一,变成模拟的灰度电压输出变成模拟的灰度电压输出,使液晶显示屏呈现灰度显示的效果。图中的使液晶显示屏呈现灰度显示的效果。图中的V0 V7
42、由灰度电压发由灰度电压发生器产生生器产生,一般集成在列驱动器内。一般集成在列驱动器内。图图1-14 给出了给出了8 级灰度电压与输级灰度电压与输入数据入数据D0、D1、D2 的对应关系。的对应关系。上一页 下一页返回第二节第二节 液晶显示屏概述液晶显示屏概述 五、五、TFT 液晶显示屏显示彩色图像的工作原理液晶显示屏显示彩色图像的工作原理TFT 液晶显示屏能够显示出色彩逼真的彩色液晶显示屏能够显示出色彩逼真的彩色,这是由这是由TFT 液晶显示屏液晶显示屏内部的彩色滤色片和内部的彩色滤色片和TFT 场效应管协调工作完成的。下面结合图场效应管协调工作完成的。下面结合图1-15 所示的电路图进行说明
43、。所示的电路图进行说明。图图1-15 展示了液晶屏上一组三基色像素展示了液晶屏上一组三基色像素的示意图。的示意图。图图1-16 给出了一个显示给出了一个显示3 个连续的白色像素点的示意图。个连续的白色像素点的示意图。显示的工作过程与以上类似显示的工作过程与以上类似,即在即在t1时刻时刻,第第m-1 行的行的TFT 导通导通,于是于是在第在第m-1 行的对应列处显示一个白色像素点行的对应列处显示一个白色像素点;在在t2时刻时刻,第第m 行的行的TFT 导通导通,于是在第于是在第m 行的对应列处显示一个白色像素点行的对应列处显示一个白色像素点;在在t3时刻时刻,第第m+1 行的行的TFT 导通导通
44、,于是在第于是在第m+1 行的对应列处显示一个白色像素点行的对应列处显示一个白色像素点。由于。由于t1、t2、t3 之间的时间间隔很小之间的时间间隔很小,因此因此,人眼是看不到白色像素人眼是看不到白色像素点闪动的点闪动的,而看到的是而看到的是3 个竖着排放的白色像素点。个竖着排放的白色像素点。上一页返回 第三节第三节 液晶面板介绍液晶面板介绍 一、液晶面板的组成一、液晶面板的组成在生产液晶彩电时在生产液晶彩电时,TFT 液晶显示屏要和其他部件组合在一起液晶显示屏要和其他部件组合在一起,作为作为一个整体而存在。这是因为一个整体而存在。这是因为,液晶显示屏本身具有特殊性液晶显示屏本身具有特殊性,且
45、连接和装且连接和装配需要专用工具配需要专用工具,再加上操作技术难度很大再加上操作技术难度很大,因此生产厂家把液晶显示因此生产厂家把液晶显示屏、连接件屏、连接件(接口接口)、驱动电路、驱动电路PCB、背光灯等元器件用钢板封闭起来、背光灯等元器件用钢板封闭起来,只留有背光灯、插头和驱动电路输入插座。这种组件被称为只留有背光灯、插头和驱动电路输入插座。这种组件被称为LCD MODULE(即即LCM),也叫液晶显示模块、液晶板、液晶面板等也叫液晶显示模块、液晶板、液晶面板等,在本在本教材中教材中,一般使用一般使用“液晶面板液晶面板”这一叫法。可见这一叫法。可见,这种组件的方式既增这种组件的方式既增加了
46、工作的可靠性加了工作的可靠性,又能防止用户因随意拆卸造成不必要的意外损失又能防止用户因随意拆卸造成不必要的意外损失。液晶彩电的生产厂家只需把背光灯的插头和驱动电路插排与外部电。液晶彩电的生产厂家只需把背光灯的插头和驱动电路插排与外部电路板连接起来即可路板连接起来即可,整机的生产工艺变得简单多了。整机的生产工艺变得简单多了。TFT 液晶面板的液晶面板的外形如外形如图图1-17 所示所示,其内部组成如其内部组成如图图1-18 所示。所示。下一页返回 第三节第三节 液晶面板介绍液晶面板介绍液晶面板中还设有栅极、源极、定时控制器液晶面板中还设有栅极、源极、定时控制器PCB,其上分布着定时控其上分布着定
47、时控制器制器(TCON)、行驱动器、列驱动器和其他元件。液晶面板的数据和、行驱动器、列驱动器和其他元件。液晶面板的数据和时钟信号经时钟信号经TCON 处理后处理后,分离出行驱动信号和列驱动信号分离出行驱动信号和列驱动信号,再分别再分别送到液晶面板的行、列电极送到液晶面板的行、列电极(即行、列驱动信号输入端即行、列驱动信号输入端)。图图1-19 所所示是液晶面板的内部电路构成示意图。示是液晶面板的内部电路构成示意图。需要注意的是需要注意的是,不要试图拆卸或者修理液晶面板的行、列电板的输出不要试图拆卸或者修理液晶面板的行、列电板的输出和输入接口和输入接口,业余条件下业余条件下,维修人员是无法维修的
48、。维修人员是无法维修的。上一页 下一页返回 第三节第三节 液晶面板介绍液晶面板介绍 二、液晶面板的类型二、液晶面板的类型目前市场上最常见的液晶面板技术有目前市场上最常见的液晶面板技术有5 种种,分别是分别是CPA、MVA/S-MVA、PVA/S-PVA、IPS/S-IPS 和和AS-IPS。这几种技术又分两。这几种技术又分两大阵营大阵营,CPA、MVA/S、MVA、PVA/S-PVA 同属于同属于VA 阵营阵营,为垂为垂直配向技术。其特性是在常态下分子长轴垂直于面板方向直配向技术。其特性是在常态下分子长轴垂直于面板方向;而而IPS/S-IPS、AS-IPS 技术比较独特技术比较独特,液晶分子始
49、终都与屏幕平行。液晶分子始终都与屏幕平行。给液晶彩电供货的面板厂主要有如下几个给液晶彩电供货的面板厂主要有如下几个:日本的夏普和日本的夏普和IPS Alpha(东芝、松下、日立合资东芝、松下、日立合资),韩国的三星和韩国的三星和LPL(LG 和飞利浦合资和飞利浦合资),中国中国台湾的奇美和友达。它们又分属不同的技术阵营台湾的奇美和友达。它们又分属不同的技术阵营,见见表表1-1。上一页 下一页返回 第三节第三节 液晶面板介绍液晶面板介绍1.VA 面板面板(1)CPA 面板面板CPA(Continuous Pinwheel Alignment,连续焰火状排列技术连续焰火状排列技术)为夏为夏普所发明
50、普所发明,目前夏普生产的面板普遍采用这种技术。夏普目前夏普生产的面板普遍采用这种技术。夏普CPA 屏是目屏是目前最受关注的液晶面板之一前最受关注的液晶面板之一,也是目前业界公认的顶级面板也是目前业界公认的顶级面板,由于是在由于是在龟山生产线生产龟山生产线生产,所以夏普所以夏普CPA 屏也称为屏也称为“龟山屏龟山屏”。CPA 模式的每个像素都具有多个方形圆角的次像素电极模式的每个像素都具有多个方形圆角的次像素电极,当电压加到当电压加到液晶层次像素电极和另一面的电极上时液晶层次像素电极和另一面的电极上时,形成一个对角的电场形成一个对角的电场,驱使液驱使液晶向中心电极方向倾斜晶向中心电极方向倾斜,各
