液晶顯示器原理

1、 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 1第第40講講 液晶顯示原理液晶顯示原理主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 1、TNTN型液晶彩電原理型液晶彩電原理2 2、TFTTFT型液晶彩電原理型液晶彩電原理3 3、STNSTN型液晶彩電原理型液晶彩電原理4 4、液晶顯示器發(fā)光原理、液晶顯示器發(fā)光原理5 5、液晶電視成像原理、液晶電視成像原理 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 2液晶顯示器的種類液晶顯示器的種類 目前開發(fā)的液晶顯示器有TNLCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD)、STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)、DSTNLCD(Double layer STN-LCD雙層超扭曲向列LC

2、D)和TFT-LCD(Thin Film Transisto-LCD)薄膜晶體管LCD四種。各種類型LCD的特點和用途如下： (1)TN-LCD由于無法顯示細膩的字符，目前基本上被淘汰，只作為電子表和計算機顯示。 (2)STN-LCD的液晶分子扭曲角度為180o270o，由于扭轉(zhuǎn)角度較大，字符顯示細膩，同時也支持基本的彩色顯示，多用于液晶電視、攝像機的液晶顯示器、掌上游戲機等。 (3)DSTN-lED由于支持的彩色數(shù)有限，多用于早期的筆記本計算機。 (4)FFT-IED則采用與TN系列LCD截然不同的顯示方式，性能較好，被廣泛用于筆記本計算機和臺式顯示器。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 3TN型液晶

3、彩電的原理 TN型Twisted Nematic即扭曲向列型液晶彩電是在兩片平行放置的偏光板之間充填了一定數(shù)量的具有電特性和光特性的液晶混合物。這兩片偏光板的偏光方向是相互垂直的。液晶分子在偏光板之間排列成多層，如圖所示。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 4 在同一層內(nèi)，液晶分子的位置雖不規(guī)則，它可以在任何方向平移，也可以在其中一個方向旋轉(zhuǎn)，但長軸取向始終是平行于偏光的。所以TN被稱為向列型液晶。 在不同層之間，液晶分子的長軸沿偏光板平行平面連續(xù)扭轉(zhuǎn)90。其中，鄰接偏光板的兩層液晶分子長軸的取向，與所鄰接的偏光板的偏振光方向一致。所以呈現(xiàn)這種扭曲排列，被稱為扭曲向列型液晶彩電。 液晶分子具有一定的電特

4、性，分子在電場中通常會充電，之后極化，最終得到一個對準電場方向的正、負兩極。一旦通過電極給液晶分子加電，由于受到外界電壓的影響，液晶分子在兩片玻璃之問的排列形式得以改變。而液晶電視夾層內(nèi)貼附了兩塊偏光板，這兩塊偏光板的排列和透光角度與上下夾層的溝槽排列相同。在正常情況下，光線從上向下照射時，只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上偏光板將光線導(dǎo)入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉(zhuǎn)排列的通路從下偏光板穿出，形成一個完整的光線穿透路徑。這就是液晶的光學(xué)和電光學(xué)的特性。 由于在兩片玻璃板之間可以劃分出不同的區(qū)域，且每一個區(qū)域都用電場進行控制，這些不同的區(qū)域叫子像素。不同彩色濾光片放不同彩色濾光片放在

5、每個子像素的后面，當(dāng)光透過時，就可以顯示出全色的圖像來。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 5TFT型液晶彩電的原理型液晶彩電的原理 TFT型液晶彩電的原理與TN型彩電的原理大致相同，也是由玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等組成，采用兩夾層間充填液晶分子設(shè)計的。液晶分子在加電后排列狀態(tài)的變化，及透光過程都與TN型液晶彩電一樣，所不同的主要有以下幾點： (1)將TN上部夾層的電極改為了唧晶體管，而下部夾層改為了共通電極. (2)哪型彩電的顯示器采用背透式照射方式，即假想的光源路徑，不是像TN型液晶那樣從上至下，而是從下至上，在光源設(shè)計上與日光燈的原理相同，先向下照射再通過偏光板反射向上透出。由于聊晶體管

6、具有電容效應(yīng)，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持夾層內(nèi)液晶分子的排列狀態(tài)，直到FET晶體管電極下次再加電才能改變液晶的排列位置。 (3)TFTLCD屬于有源矩陣控制，由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而各個節(jié)點相對獨立，并可連續(xù)控制，這樣不僅提高了反應(yīng)時間，同時在灰度控制上可以做到非常精確。當(dāng)開關(guān)打開時，LCD分子就排列成允許背景光源透射出來的格局。投射出來的光線通過一個彩色的RGB濾光器加以處理，就能在屏幕上顯示出彩色來 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 6STNSTN型液晶彩電的原理型液晶彩電的原理 STN型是一種超扭轉(zhuǎn)式向列場效應(yīng)液晶顯示器，其顯示原理與TN基本相同，所不同的主要

7、有以下三點： (1)入射光旋轉(zhuǎn)角度不同。TN的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90。，而STN的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)18002700，如圖25所示。 (2)顯示的色調(diào)不同。TN液晶顯示器本身只能顯示黑白兩種色調(diào)，而STN液晶顯示器顯示的色調(diào)以淡綠和橘黃為主，加上彩色濾光片后可顯示出全色。 (3)屏幕大小的顯示效果不同。TN液晶顯示器屏幕越大，效果越差。而 STN液晶顯示器由于在制作材料和制作工藝上作了一些改進，其屏幕做大時，顯示效果也較好。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 7STNSTN型液晶彩電的原理型液晶彩電的原理 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 8液晶顯示器的發(fā)光原理液晶顯示器的發(fā)光原理 液晶顯示器是在兩片玻璃

8、板之間制作了很多空隙，分別在里面注入液晶分子，在玻璃板后方設(shè)置了一組熒光燈管，如圖2-6所示。熒光燈管發(fā)出的光經(jīng)由一組棱鏡片與背光模塊，將光源均勻地傳送到前方。 由于兩個電極之間的電場的驅(qū)動，引起液晶分子扭曲向列的電場效應(yīng)，以控制光源透射或遮蔽，在電源開關(guān)之間產(chǎn)生明暗變化，而將接收到的影像信號顯示出來，并通過彩色濾光片，顯示出彩色影像。在兩片玻璃基板上裝有配向膜，控制液晶分子沿著偏光板做90。的扭轉(zhuǎn)，當(dāng)玻璃基板沒有加入電場時，光線透過偏光板，液晶面板顯示白色，如圖27所示。當(dāng)玻璃基板加入電場時，液晶分子產(chǎn)生配列變化，光線通過液晶分子空隙維持原方向，被下方偏光板遮蔽，光線無法透出，液晶面板顯示黑

9、色。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 9液晶顯示器的發(fā)光原理液晶顯示器的發(fā)光原理 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 10液晶電視的成像原理液晶電視的成像原理 液晶電視的顯示屏是在兩片具有導(dǎo)電特性的玻璃板之間充入一層液晶材料，即液晶分子，液晶分子具有加熱時為液態(tài)，冷卻時就結(jié)晶為固態(tài)的特性，當(dāng)外界環(huán)境變化時，它的分子結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化，從而就能實現(xiàn)通過或阻擋光線的目的。 由于被充入的液晶物體內(nèi)含有超過200萬個紅、綠、藍三色液晶光閥，當(dāng)液晶光閥在低電驅(qū)動下激活后，位于液晶屏后的背光燈發(fā)出的光束從液晶屏通過，產(chǎn)生1024 X 768點陣(點距為o297mm)和分辨率極高的圖像。同時，先進的電子控制技術(shù)使液晶光閥產(chǎn)生16

10、77萬(256256256)種R、G、B顏色變化，還原真實的亮度、色彩度，并再現(xiàn)純真的圖像。 簡單地說，液晶電視的成像原理就是在玻璃板內(nèi)充有液晶分子，屏內(nèi)有許多交錯成格狀的微線路，以電極控制液晶分子的走向，從而折射光線產(chǎn)生顏色和畫面，相關(guān)結(jié)構(gòu)如圖28所示 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 11液晶電視的成像原理液晶電視的成像原理 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 12 液晶顯示器中的背光燈液晶顯示器中的背光燈 因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊設(shè)有作為光源的燈管，而在 液晶顯示器的背面設(shè)有一塊背光板(或均勻光板)和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其主要作用是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光

11、線 在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬的液晶顆粒的液晶層，射人液晶物質(zhì)中，液晶物質(zhì)受電場的控制。 液晶顯示屏光源的亮度及均勻度的好壞，對亮度和畫質(zhì)有著直接的影響，生產(chǎn)廠家曾對光源作了比較大的改進，早期生產(chǎn)的液晶顯示屏中只有兩個冷光源燈 管，而近期生產(chǎn)的液晶顯示屏使用了四個冷光源燈管，使亮度和畫質(zhì)有了更大的改善。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 13液晶顯示器是怎樣驅(qū)動的液晶顯示器是怎樣驅(qū)動的 在一個液晶顯示器中，左右兩個電極是排列在液晶同一側(cè)的，當(dāng)沒有施加電 場時，所有的分子都指向同一方向。當(dāng)在兩個電極施加電場后，液晶分子的排列 就馬上改變。這個施加電場的過程就是對液晶顯示器的驅(qū)動過程。 根據(jù)

12、液晶顯示器結(jié)構(gòu)的不同，其驅(qū)動方式不一樣，可分為段電極驅(qū)動、無源矩陣電極驅(qū)動和有源矩陣電極驅(qū)動。段電極驅(qū)動就是Y電極驅(qū)動，液晶顯示面板分為x、Y電極兩組驅(qū)動線，其中x電極稱為背電極，Y電極稱為段電極。無源矩陣電極驅(qū)動可顯示圖像，但多路驅(qū)動時有串?dāng)_，有源矩陣電極驅(qū)動(像素獨立尋址，多路驅(qū)動無串?dāng)_，閾值陡，對彩顯液晶顯示器的驅(qū)動，多采用有源矩陣電極驅(qū)動方式)。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 14TNTN型液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)型液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) TN型即扭曲向列型液晶顯示器是在一對平行放置的偏光板間填充液晶，這一對偏光板的偏振方向相互垂直。液晶分子在偏光板間分多層排列。通過取向膜使靠近偏光板的液晶分子平

13、行于偏光板偏振方向排列。取向膜是用絨布類材料高速磨擦得到的，它的表面形成了很多槽，起到可以將液晶分子固定取向的作用。 將液晶灌注在取向膜的表面，液晶長軸會自然地對準取各膜上的槽溝，這就是液晶分子的第一層排列，在第一層上再排列第二層、第三層逐步積累，形成一個立體的液晶層，如圖2-9所示為扭曲向列(1N)型液晶顯示器偏光示意圖，在不同層間，液晶分子的長軸在偏光板平行平面內(nèi)連續(xù)扭轉(zhuǎn)90。，(見圖29a)與射出偏光板垂直的直線偏振光，當(dāng)垂直射向無外加電場時，入射光將其偏振方向隨液晶分子軸的扭曲而旋轉(zhuǎn)射出。 若對液晶施加適當(dāng)?shù)碾妶?，液晶分子的排列即改變，如圖中29b所示。液晶分子長軸將改變?yōu)榕c電場方向平

14、行，此時液晶分子不再使光偏振而旋轉(zhuǎn)，而是將光遮斷。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 15TNTN型液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)型液晶顯示器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 16彩色液晶顯示器的結(jié)構(gòu)彩色液晶顯示器的結(jié)構(gòu) 彩色液晶顯示器的基本結(jié)構(gòu)與單色液晶顯示器相同，它只是多了一個紅、綠、藍三色濾光器。采用彩色濾光器方式LCD的結(jié)構(gòu)如圖210所示。 彩色濾光器的透過率與背光燈的發(fā)光強度有關(guān)，其透過率與紅、綠、藍三基色熒光光譜如圖211所示。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 17TFT-LCDTFT-LCD驅(qū)動矩陣的結(jié)構(gòu)驅(qū)動矩陣的結(jié)構(gòu) TFT(Thin Film Transistor薄膜場效應(yīng)晶體管)一LCD，是在兩片玻

15、璃板之間封封入液晶，在下玻璃板上配置有掃描線與尋址線，將其組成一個矩陣，在其交點上再制作TFT有源器件和像素電極，如圖212所示。當(dāng)行線Xi(i=1，2，3，n)加上高壓電平脈沖時，連接在Xi上的TFI全部被選通，圖像信號經(jīng)緩沖器同步加到源極母線(Y1Ym)上，經(jīng)TFT號電荷加到液晶像素。Xi每幀被選通一次，YlY。每行都被選通。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 18TFT-LCDTFT-LCD驅(qū)動矩陣的結(jié)構(gòu)驅(qū)動矩陣的結(jié)構(gòu) 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 19彩色彩色TFT-LCI)TFT-LCI)有源矩陣顯示器的結(jié)構(gòu)有源矩陣顯示器的結(jié)構(gòu) 彩色TFF-LCD顯示器是在單色TFT顯示器的基礎(chǔ)上制作了上面與下面矩

16、陣像素對應(yīng)的R、G、B三種顏色的彩色膜，最后將其兩基板對齊、封盒、灌注、堵孔處理，即制成了TFT器件，如圖213所示。 TFT-LCD與TNLCD的結(jié)構(gòu)大致相同，只是把TN上部夾層的電極改為TFT(場效應(yīng)晶體管)，而下層改為共電極。 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 20TFT-LCDTFT-LCD顯示器的驅(qū)動電路顯示器的驅(qū)動電路 TFT-LCD顯示器是一種薄膜晶體管顯示器，屬于有源矩陣液晶顯示器的一種。其驅(qū)動電路主要包括行掃描驅(qū)動器、768位移位寄存器和768位緩沖驅(qū)動器。 掃描驅(qū)動信號通過768位移位寄存器產(chǎn)生與列信號同步的逐行掃描信號，經(jīng)緩沖器加到每行TFT的柵極，通過移位去逐行打開TFT，實現(xiàn)行

17、掃描驅(qū)動 電電 視視 技技 術(shù)術(shù) 21液晶電視的電路結(jié)構(gòu)和工作流程液晶電視的電路結(jié)構(gòu)和工作流程 如圖2-14所示是典型的液晶電視整機原理框圖。主要由模擬信號處理模等10個部分構(gòu)成。 RF電視信號、CVBS復(fù)合電視信號、s-Video信號、色差分量信號等經(jīng)模擬電視信號處理模塊處理后，形成模擬Y、U、V(或R、G、B)信號及行場同步信號給模擬信號數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模塊進行AD轉(zhuǎn)換，成為24位數(shù)字Y、U、V(或R、G、B)信號。該信號再經(jīng)隔行逐行轉(zhuǎn)換處理，形成標準逐行格式的數(shù)字Y、U、V(或R、G、B)信號，從VGA接口輸入的AGA視頻信號，經(jīng)模擬VGA數(shù)字VGA信號轉(zhuǎn)換成24位VGA視頻信號供LCD圖像信號處理模塊用。從DVI接口輸入的VGA視頻信號，經(jīng)DVI串行并行轉(zhuǎn)換后，形