《顯示技術(shù)》課件第4章

第4章液晶顯示技術(shù)4.1液晶的基本特征4.2液晶顯示器件4.3液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)與控制4.4液晶顯示的背照光源4.5液晶電視技術(shù)4.6LCD的技術(shù)指標(biāo)與接口標(biāo)準(zhǔn)習(xí)題4

4.1液晶的基本特征

4.1.1液晶的基本概念液晶是一種高分子材料,是一種以碳為中心所構(gòu)成的有機(jī)化合物。它具有特殊的物理、化學(xué)、光學(xué)特性,又對(duì)電磁場(chǎng)敏感,極具實(shí)用價(jià)值。

液晶實(shí)際上是物質(zhì)的一種形態(tài),也有人稱其為物質(zhì)的第四態(tài)。它是一種在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)既不同于固態(tài)、液態(tài),又不同于氣態(tài)的特殊物質(zhì)態(tài)。它既具有各向異性的晶體所

特有的雙折射性,又具有液體的流動(dòng)性,一般可分為熱致液晶和溶致液晶兩類。在顯示應(yīng)用領(lǐng)域,使用的是熱致液晶。

綜上所述,液晶是一種高分子材料,其定義為各向同性液體與完全有序晶體之間的一種中間態(tài),它既有液體的流動(dòng)性,又有晶體的各向異性特征,是一種取向有序的流體,其分子結(jié)構(gòu)有棒狀或盤狀不對(duì)稱性特征。

4.1.2液晶的種類

液晶種類很多,通常按液晶分子的中心橋鍵和環(huán)的特征進(jìn)行分類。目前已合成了1萬(wàn)多種液晶材料,其中常用的液晶顯示材料有上千種,主要有聯(lián)苯液晶、苯基環(huán)己烷液晶及

酯類液晶等。

按分子量大小,液晶可分為低分子液晶和高分子液晶,一般原子數(shù)目小于1000的為低分子液晶,原子數(shù)目大于1000的為高分子液晶。

按液晶相的物理?xiàng)l件,可將液晶分為熱致液晶和溶致液晶兩種。熱致液晶是由于溫度變化而出現(xiàn)的液晶相,它只能在一定溫度范圍內(nèi)存在,一般是單一組分或均勻混合物。目

前液晶顯示領(lǐng)域所用的液晶材料就是熱致液晶。溶致液晶是由于溶液濃度發(fā)生變化而出現(xiàn)的液晶相,在一定濃度范圍內(nèi)存在,一般是由符合一定結(jié)構(gòu)要求的化合物與溶劑組成的混

合物。常見(jiàn)的溶致液晶是由水和雙親分子組成的。

按液晶分子排列結(jié)構(gòu),可將液晶分為向列相、膽甾相、近晶相三種,如圖4－1所示。圖4－1按液晶分子排列結(jié)構(gòu)分類

1.向列相液晶

向列相液晶(Nematic),又稱絲狀液晶,其特點(diǎn)是其棒狀分子保持著與分子軸方向平行的排列狀態(tài),分子的質(zhì)心混亂無(wú)序,但分子(桿)的指向大體一致,使向列相物質(zhì)的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì)(即折射系數(shù)與介電常數(shù))沿著或垂直于這個(gè)有序排列的方向而不同。

2.膽甾相液晶

膽甾醇經(jīng)脂化或鹵素取代后呈現(xiàn)的液晶相,稱為膽甾相液晶(Cholestevic),又稱螺旋狀液晶。這類液晶分子呈扁平形狀,排列成層,層內(nèi)分子相互平行。不同層的分子長(zhǎng)軸方向稍有變化,沿層的法線方向排列成螺旋結(jié)構(gòu)。當(dāng)不同的分子長(zhǎng)軸排列沿螺旋方向經(jīng)歷360°的變化后,又回到初始取向。膽甾相液晶對(duì)溫度很敏感,溫度發(fā)生變化時(shí),膽甾相液晶顯現(xiàn)不同的顏色,因此用調(diào)配好的一系列膽甾相液晶就可以制作成液晶溫度顯示器。

3.近晶相液晶

近晶相液晶(Smectic),又稱層狀液晶,是由棒狀或條狀分子組成的,分子排列成層,層內(nèi)分子長(zhǎng)軸相互平行,其方向可以垂直于層面,或與層面成傾斜排列。因分子排列整齊,其規(guī)整性接近晶體,具有二維有序性。分子質(zhì)心位置在層內(nèi)無(wú)序,可以自由平移,從而有流動(dòng)性,但黏滯系數(shù)很大。其分子可以前后、左右滑動(dòng),但不能在上下層之間移動(dòng)。由于它的高度有序性,近晶相經(jīng)常出現(xiàn)在較低的溫度范圍內(nèi)。

4.1.3液晶的光電特性

1.液晶的異向性

從分子角度觀察,液晶的分子一般都是剛性的棒狀分子,

而且根據(jù)形成液晶的條件可知,由于分子頭尾、側(cè)面所接的分子集團(tuán)不同,液晶分子在長(zhǎng)軸與短軸兩個(gè)方向上具有不同性質(zhì),成為極性分子,由于分子力學(xué)作用,液晶分子集合在一起時(shí),處于自然狀態(tài)下的分子長(zhǎng)軸總是互相平行,液晶分子結(jié)構(gòu)上是非對(duì)稱的。而分子重心則呈自由狀態(tài),從宏觀上觀察,液晶具有流動(dòng)性和晶體的異向性,沿分子長(zhǎng)軸有序方向和短軸有序方向上的宏觀物理性質(zhì)出現(xiàn)不同,如圖4－2所示。圖4－2液晶的異向性

1)介電常數(shù)ε

液晶的介電常數(shù)(DielectricPermittivity)可分為ε//和ε⊥兩個(gè)方向的分量,如圖4－3所示,ε//是與指向矢平行的分量,ε⊥是與指向矢垂直的分量。當(dāng)ε//>ε⊥時(shí),便稱這類液晶是介電常數(shù)異向性為正型的液晶,可以用于平行配位,而當(dāng)ε//<ε⊥時(shí),則稱這類液晶是介電常數(shù)異向性為負(fù)型的液晶,只可用于垂直配位才能有所需要的光電效應(yīng)。當(dāng)有外加電場(chǎng)時(shí),液晶分子會(huì)因介電常數(shù)異向性是正或是負(fù),來(lái)決定液晶分子的轉(zhuǎn)向是平行或是垂直于電場(chǎng),并決定光的穿透與否。現(xiàn)在TFT-LCD上常用的TN型液晶大多屬于介電常數(shù)是正型的液晶。當(dāng)介電常數(shù)異向性Δε(=ε//-ε⊥)越大時(shí),液晶的臨界電壓(ThresholdVoltage)就會(huì)越小,這樣液晶便可在較低的電壓工作。圖4－3液晶介電常數(shù)的異向性

2)折射率

由于液晶分子大多由棒狀或碟狀分子所形成,因此與分子長(zhǎng)軸平行或垂直的方向上的物理特性會(huì)有一些差異,所以液晶分子也被稱做異向性晶體。與介電常數(shù)一樣,折射

率(RefractiveIndex)也可分為n//(=ne)和n⊥(=no)兩個(gè)

方向的向量,如圖4－4所示,n//是與指向矢平行的分量,

n⊥是與指向矢垂直的分量。圖4－4液晶折射系數(shù)的異向性

3)其他特性

液晶除了上述的介電常數(shù)和折射率兩個(gè)重要特性之外,還有許多其他特性。如彈性常數(shù)(ElasticConstant),它包含了κ11、κ22、κ33三個(gè)主要的常數(shù),κ11指的是斜展(Splay)的彈性常數(shù),κ22指的是扭曲(Twist)的彈性常數(shù),κ33指的是彎曲(Bend)的彈性常數(shù)。還有黏性系數(shù)η(ViscosityCoefficients),η影響液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與反應(yīng)時(shí)間(ResponseTime),其值越小越好,但是該特性受溫度的影響最大。

另外還有磁化率χ(MagneticSusceptibili-ty),磁化率χ也因?yàn)橐壕У漠愊蛐躁P(guān)系,分成χ//與χ⊥,而磁化率異向性則定義為Δχ=χ//-χ⊥。此外還有電導(dǎo)系數(shù)(

Conductivity)等光電特性。

液晶特性中最重要的就是液晶的介電系數(shù)與折射率。介電系數(shù)是液晶受電場(chǎng)的影響決定液晶分子轉(zhuǎn)向的特性,而折射率則是光線穿透液晶時(shí)影響光線行進(jìn)路線的重要參數(shù)。液

晶顯示器就是利用液晶本身的這些特性,通過(guò)電壓來(lái)控制液晶分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和影響光線的行進(jìn)方向來(lái)形成不同的灰階,從而顯示圖像的。

2.液晶的電光效應(yīng)(Electro-OpticEffect)

液晶的電光效應(yīng)是指液晶在外電場(chǎng)下的分子的排列狀態(tài)發(fā)生變化,從而引起液晶盒的光學(xué)性質(zhì)也隨之變化的一種電的光調(diào)制現(xiàn)象。因?yàn)橐壕Ь哂薪殡姼飨虍愋院碗妼?dǎo)各向異

性,因此外加電場(chǎng)能使液晶分子排列發(fā)生變化,進(jìn)行光調(diào)制,同時(shí)由于雙折射性,可以顯示出旋光性、光干涉和光散射現(xiàn)象的特殊的光學(xué)性質(zhì)。

所謂電光效應(yīng)實(shí)際上就是指在電的作用下,液晶分子的初始排列改變?yōu)槠渌呐帕行问?從而使液晶盒的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化。也就是說(shuō),以“電”通過(guò)液晶對(duì)“光”進(jìn)行了調(diào)制,不同的電光效應(yīng)可制成不同的顯示器件,因此液晶的電光效應(yīng)在液晶顯示器的設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。目前發(fā)現(xiàn)的電光效應(yīng)種類很多,如動(dòng)態(tài)散射效應(yīng)、賓主效應(yīng)、電控雙折射效應(yīng)、相變效應(yīng)、熱光學(xué)效應(yīng)、扭曲效應(yīng)、超扭曲效應(yīng)和鐵電效應(yīng)。液晶產(chǎn)生電光效應(yīng)的機(jī)理也較為復(fù)雜,但就其本質(zhì)來(lái)講都是液晶分子在電場(chǎng)作用下分子排列改變或分子變形的結(jié)果。

4.1.4液晶板的透光性

液晶板的透光性是指給液晶板中的液晶通電時(shí),液晶的排列變得有秩序,使光線容易通過(guò)液晶板中的液晶;不給液晶板中的液晶通電時(shí),液晶排列變得混亂,阻止光線通過(guò)。

液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材,中間夾著一層液晶。大多數(shù)液晶都屬于有機(jī)化合物,由長(zhǎng)棒狀的分子構(gòu)成,在自然狀態(tài)下,這些棒狀分子的長(zhǎng)軸大致平行。若將液晶倒入一個(gè)經(jīng)精良加工的開(kāi)槽平面,液晶分子會(huì)順著槽排列,如果這些槽是平行的,則液晶各分子也是平行的。當(dāng)光束通過(guò)這層液晶時(shí),液晶本身會(huì)扭轉(zhuǎn)呈不規(guī)則狀或排排站立,從而阻隔或使光束順利通過(guò)。

4.2液晶顯示器件

4.2.1液晶顯示器件的分類液晶顯示器件有很多種分類方式,下面從幾個(gè)不同的角度進(jìn)行分類。

1.按LCD所采用的材料構(gòu)造和技術(shù)原理分類按LCD(液晶顯示器)所采用的材料構(gòu)造,LCD分為TN、STN、TFT三大類。按目前的技術(shù)原理,LCD可分為TN、STN、DSTN、PDLC、FSTN、CSTN、TFT等幾類。

(1)TN型。“扭曲向列型液晶顯示器件”(TwistedNematicLiquidCrystalDisplay),簡(jiǎn)稱TN型顯示器。TN型液晶顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖4－5所示。向列型液晶夾在兩片玻璃中間,在玻璃的表面先鍍有一層透明而導(dǎo)電的薄膜作導(dǎo)電電極。這種薄膜主要是一種銦(Indium)和錫(Tin)的氧化物(Oxide),簡(jiǎn)稱ITO。在有ITO的玻璃上鍍上表面配向劑,使液晶順著一個(gè)特定且平行于玻璃表面的方向排列。

圖4－5中左邊玻璃使液晶排成上下方向,右邊玻璃則使液晶排成垂直于玻璃表面的方向。在此組件之中,液晶的自然狀態(tài)從左到右共有90°的扭曲,這也是被稱為扭曲型液晶顯示器的原因。利用電場(chǎng)可使液晶旋轉(zhuǎn)的原理,在兩電極上加上電壓則會(huì)使液晶偏振方向轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)方向平行,這是因?yàn)橐壕У恼凵渎孰S液晶的方向而改變,其結(jié)果是光經(jīng)過(guò)TN型液晶盒以后其偏振方向會(huì)發(fā)生變化。選擇適當(dāng)?shù)囊壕Ш泻穸仁构獾钠穹较騽偤酶淖?0°。圖4－5N型液晶顯示器中的液晶組件構(gòu)造

這樣光經(jīng)過(guò)兩個(gè)平行偏振片時(shí)就完全不能通過(guò)(如圖4－6所示)。若在兩電極上外加足夠大的電壓使得液晶方向轉(zhuǎn)成與電場(chǎng)方向平行,光的偏振方向就不會(huì)改變,因此光可順利通過(guò)第二個(gè)偏光片,于是就可利用電壓的開(kāi)關(guān)控制光的明暗。這樣會(huì)形成透光時(shí)為白、不透光時(shí)為黑的效果,字符和圖像就可以在屏幕上顯示了。TN-LCD是人們發(fā)現(xiàn)較早,也是應(yīng)用范圍最廣、數(shù)量最多、價(jià)格最便宜的液晶顯示器,目

前主要用于電子表、計(jì)算器、游戲機(jī)等的顯示屏。

圖4－6TN型液晶顯示器的工作原理

(2)STN型?！俺で蛄行鸵壕э@示器”(SuperTwistedNematicLiquidCrystal

Display),簡(jiǎn)稱STN型顯示器。STN型的顯示原理與

TN型類似,它們的區(qū)別是TN型的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90°,而STN型的液晶分子將入射光旋轉(zhuǎn)180°~270°

(3)DSTN型。“雙超扭曲向列型液晶顯示器件”(DualSuperTwistedNematicLiquidCrystalDisplay),簡(jiǎn)稱DSTN型顯示器(即通常所說(shuō)的微彩LCD),也即通過(guò)雙掃描方式來(lái)掃描扭曲向列型液晶顯示屏,達(dá)到完成顯示的目的。

(4)PDLC型?！案叻肿由⒉夹鸵壕э@示器件”(PolymerDispersedLiquidCrystalDisplay),簡(jiǎn)稱PDLC型顯示器。PDLC型顯示器的液晶組件構(gòu)造如圖4－7所示。高分子的單體(Monomer)與液晶混合后夾在兩片玻璃中間,做成一液晶盒。在兩片玻璃表面先鍍上一層透明而導(dǎo)電的薄膜作電極,但是不需要在玻璃上鍍表面配向劑。此時(shí)將液晶盒放在紫外燈下照射使單體連結(jié)成高分子聚合物。在高分子形成的同時(shí),液晶與高分子分開(kāi)而形成許多液晶小顆粒,這些小顆粒被高分子聚合物固定住。圖4－7PDLC型顯示器的液晶組件構(gòu)造

(5)FSTN型。“薄膜超扭曲向列型液晶顯示器件”(FilmSuperTwistedNematicLiquidCrystalDisplay),簡(jiǎn)稱FSTN型顯示器。

(6)CSTN型?！安噬で蛄行鸵壕э@示器件”(ColorsSuperTwistedNematicLiquidCrystalDisplay),簡(jiǎn)稱CSTN型顯示器。CSTN型顯示器一般采用傳送式(Trans-

missive)照明方式,傳送式屏幕要使用外加光源照明,外加光源被稱為背光(Backlight),照明光源要安裝在LCD的背后。傳送式LCD在正常光線及暗光線下,顯示效果都很好,但在戶外尤其在日光下,很難辨清顯示內(nèi)容。而背光需要用電源產(chǎn)生照明光線,要消耗一定的電功率。

(7)TFT型?！氨∑骄w管液晶顯示器”(ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay),簡(jiǎn)稱TFT型顯示器。TFT-LCD(即通常所說(shuō)的真彩LCD)的每個(gè)液晶像素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后面的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)的,從而可以高速度、高亮度、高對(duì)比度地顯示屏幕信息。

2.按LCD的顯示方式分類

(1)正性顯示:顯示部分不透光,非顯示部分透光,俗稱亮底暗字。

(2)負(fù)性顯示:顯示部分透光,非顯示部分不透光,俗稱暗底亮字。

(3)透射型顯示:底偏光是透射型,背照明光源通過(guò)器件使正面觀察者能看見(jiàn)顯示內(nèi)容的產(chǎn)品。它適用于環(huán)境沒(méi)有光源,需要外加背光源的工作場(chǎng)所。

(4)反射型顯示:底偏光是反射型,觀察者與外光源均在器件一側(cè)的產(chǎn)品。只能用LCD正面的光,適用于環(huán)境有光源的場(chǎng)所。

(5)透反射型顯示:該產(chǎn)品背后反射膜有網(wǎng)狀孔隙,可以透過(guò)30%的背照明光。故白天可作反射型顯示,夜間可作透射型顯示。

(6)單色顯示:黑底白字或白底黑字顯示。

(7)彩色顯示:又分單彩色和多彩色,而在多彩色中又分為偽彩色(即只能顯示8至32色)和真彩色(即可顯示256種顏色至幾十萬(wàn)種顏色)。

3.按LCD的顯示性能分類

(1)常溫顯示:0℃~+40℃為工作溫度、-20℃~+60℃為存儲(chǔ)溫度的產(chǎn)品。

(2)寬溫顯示:-20℃~+70℃為工作溫度、-35℃~+80℃為存儲(chǔ)溫度的產(chǎn)品。

(3)段形顯示:依靠長(zhǎng)條形像素進(jìn)行顯示的產(chǎn)品,只能顯示數(shù)字及個(gè)別字符。

(4)點(diǎn)陣顯示:依靠矩形點(diǎn)像素進(jìn)行顯示的產(chǎn)品,可以顯示任何字符、數(shù)字、圖形。

(5)字符顯示:只能顯示分割開(kāi)的字符的點(diǎn)陣式產(chǎn)品。

(6)圖形顯示:點(diǎn)陣數(shù)量多,且像素間距均等,可以顯示任意圖形的點(diǎn)陣式產(chǎn)品。

(7)圖像顯示:圖形顯示產(chǎn)品中的一種,由于其響應(yīng)速度快,有可能顯示視頻速度活動(dòng)圖像的產(chǎn)品。

(8)非存儲(chǔ)型顯示:僅在施加電場(chǎng)時(shí)呈現(xiàn)顯示狀態(tài),撤掉外電場(chǎng)后,顯示內(nèi)容消失。

(9)存儲(chǔ)型顯示:一個(gè)脈沖即可驅(qū)動(dòng)顯示。一經(jīng)驅(qū)動(dòng)顯示,撤掉外加電壓,顯示內(nèi)容照樣保持不變。

4.按LCD的驅(qū)動(dòng)方式分類

(1)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示:每個(gè)像素均有單獨(dú)引出電極,驅(qū)動(dòng)期間要持續(xù)施加電壓的產(chǎn)品。

(2)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示:像素電極排布呈矩陣或變形矩陣方式,需用時(shí)間分割掃描方式驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品。

4.2.2液晶顯示器件的特點(diǎn)

LCD能有今天的發(fā)展,這與它所具有的一系列優(yōu)點(diǎn)是分不開(kāi)的,與CRT相比較,其突出的優(yōu)點(diǎn)如下:

1.低壓微功耗

傳統(tǒng)的CRT顯示器內(nèi)部由許多電路組成,這些電路驅(qū)動(dòng)著陰極射線顯像管工作時(shí),需要消耗很大的功率,而且隨著體積的不斷增大,其內(nèi)部電路消耗的功率也會(huì)隨之增大。相比而言,液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上,因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多。特別是反射式LCD,它是目前所有各類顯示器中單位面積功耗最低的器件,

2.平板型結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器,后面總是拖著一個(gè)笨重的射線管,通過(guò)電子槍發(fā)射電子束到屏幕,因而顯像管的管頸不能做得很短,當(dāng)屏幕增加時(shí)也必然增大整個(gè)顯示器的體積。而液晶顯示器通過(guò)顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來(lái)達(dá)到顯示目的,即使屏幕加大,它的體積也不會(huì)成正比地增加,而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。LCD這一特點(diǎn)非常適用于便攜式產(chǎn)品,并成為平板顯示的重要技術(shù)之一。

3.精確還原圖像

CRT顯示器是靠偏轉(zhuǎn)線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng)來(lái)控制電子束在屏幕上周期性掃描來(lái)顯示圖像的。由于電子束的運(yùn)動(dòng)軌跡容易受到環(huán)境磁場(chǎng)和地磁的影響,無(wú)法做到電子束在屏幕上的

絕對(duì)定位,所以CRT顯示器很容易出現(xiàn)根本無(wú)法消除的畫(huà)面的幾何失真和線性失真現(xiàn)象。而液晶顯示器采用的是直接數(shù)碼尋址的顯示方式,將視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換之后,根據(jù)信

號(hào)電平中的“地址”,直接將視頻信號(hào)一一對(duì)應(yīng)并用屏幕上的液晶像素顯示出來(lái),因而不會(huì)出現(xiàn)任何的幾何失真、線性失真。

4.顯示字符銳利,畫(huà)面穩(wěn)定不閃爍

傳統(tǒng)的CRT顯示器存在固有的會(huì)聚以及聚焦不良的弊病,而液晶顯示獨(dú)特的顯示原理決定了其屏幕上各個(gè)像素發(fā)光均勻,且紅、綠、藍(lán)三基色像素緊密排列,視頻信號(hào)直接

送到像素背后來(lái)驅(qū)動(dòng)像素發(fā)光,因此不會(huì)出現(xiàn)聚焦不良的弊病。所以,液晶顯示器上的文本顯示效果與傳統(tǒng)CRT顯示器的相比有著天壤之別。

5.屏幕調(diào)節(jié)方便

液晶顯示器的直接尋址顯示方式,使得液晶顯示器的屏幕調(diào)節(jié)不需要太多的幾何調(diào)節(jié)和線性調(diào)節(jié)以及顯示內(nèi)容的位置調(diào)節(jié)。液晶顯示器可以很方便地通過(guò)芯片計(jì)算后自動(dòng)把屏

幕調(diào)節(jié)到最佳位置,這個(gè)步驟只需要按一下“Auto”鍵就可以自動(dòng)完成,省卻了CRT顯示器那種繁瑣的調(diào)節(jié)。只需要手動(dòng)調(diào)節(jié)一下屏幕的亮度和對(duì)比度就可以使LCD工作在最佳

狀態(tài)了。

6.被動(dòng)顯示且顯示質(zhì)量高

液晶顯示器本身不能發(fā)光,它靠調(diào)制外界光達(dá)到顯示目的。也就是說(shuō),它不像主動(dòng)型顯示器件那樣,靠發(fā)光刺激人眼實(shí)現(xiàn)顯示,而是單純依靠對(duì)外界光的不同反射形成不同的對(duì)比度來(lái)達(dá)到顯示目的,所以稱其為被動(dòng)顯示。

由于液晶顯示器的每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度,恒定發(fā)光,而不像陰極射線管顯示器(CRT)那樣需要不斷刷新亮點(diǎn),因此,液晶顯示器畫(huà)質(zhì)高而且絕對(duì)不會(huì)閃爍,把眼睛疲勞降到最低。

7.顯示信息量大

與CRT相比,液晶顯示器件沒(méi)有蔭罩限制,因此像素點(diǎn)可以制作得更小、更精細(xì);與等離子顯示相比,等離子顯示的像素點(diǎn)之間要留有一定的隔離區(qū),而液晶顯示器的像素點(diǎn)之間不需要留有一定的隔離區(qū)。因此對(duì)于相同尺寸的顯示器來(lái)說(shuō),液晶顯示器的可視面積要更大一些,與它的對(duì)角線尺寸相同,而陰極射線管顯示器顯像管前面板四周有一英寸左右的邊框不能用于顯示。因此液晶顯示器可以容納更多的像素,顯示更多的信息。這對(duì)于制作高清晰度電視、筆記本式電腦都非常有利。

8.易于彩色化

液晶本身沒(méi)有顏色,但它實(shí)現(xiàn)彩色化很容易,方法很多,一般使用較多的方法是濾色法和干涉法。由于濾色法技術(shù)的成熟,液晶的彩色化具有更精確、更鮮艷、彩色失真更少的彩色化效果。

9.無(wú)電磁輻射

傳統(tǒng)顯示器的顯示材料是熒光粉,通過(guò)電子束撞擊熒光粉而顯示,電子束在打到熒光粉上的一剎那間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁輻射。這種輻射不僅污染環(huán)境,還會(huì)致使信息泄露,甚

至影響人身安全。而液晶顯示器件在使用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生電磁輻射。

10.壽命長(zhǎng)

液晶材料是有機(jī)高分子合成材料,具有極高的純度,而且其他材料也都是高純物質(zhì),在極凈化的條件下制造而成。液晶的驅(qū)動(dòng)電壓又很低,驅(qū)動(dòng)電流更是微乎其微,因此,這種器件的劣化幾乎沒(méi)有,壽命很長(zhǎng)。在使用中除撞擊、破碎或配套件損壞外,液晶顯示器件自身的壽命幾乎沒(méi)有終結(jié)(但是液晶背光壽命有限,不過(guò)背光部分可以更換)。

4.2.3液晶顯示板的顯像原理

1.液晶顯示板的工作原理

液晶顯示板的工作原理如圖4－8所示。從圖4－8中可見(jiàn),液晶材料被封裝在上、下兩片透明電極之間。當(dāng)兩電極之間無(wú)電壓時(shí)如圖4－8(a)所示,液晶分子受到透明電極上的定向膜的作用按一定的方向排列。由于上、下電極之間定向扭轉(zhuǎn)90°,入射光通過(guò)偏振光濾光板進(jìn)入液晶層,變成了直線偏振光,如圖4－8中“a”所示的方向;當(dāng)入射光在液晶層中沿著扭轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行并扭轉(zhuǎn)90°后通過(guò)下面的偏振光濾光板后,變成了圖4－8中“b”所示的方向。

當(dāng)上、下電極板之間加上電壓以后,液晶層中液晶分子的定向方向發(fā)生變化,變成與電場(chǎng)平行的方向排列,如圖4－8(b)所示。這種情況下,入射到液晶層的直線偏振光的偏振

方向不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn),由于下部偏振光板的偏振方向與上部偏振光的方向相互垂直,所以入射光便不能通過(guò)下部的偏振光濾光板,此時(shí)液晶層不透光。因而,液晶層無(wú)電壓時(shí)為透光

狀態(tài)(亮狀態(tài)),有電壓時(shí)則為不透光狀態(tài)(暗狀態(tài))。圖4－8液晶顯示板的工作原理

對(duì)液晶分子進(jìn)行定向控制的是定向膜,定向膜是一種在兩電極內(nèi)側(cè)涂敷而成的薄膜,是一種聚酞亞胺高分子材料,緊接液晶層的液晶分子。由于液晶層具有彈性體的性質(zhì),上

下定向膜扭轉(zhuǎn)90°,于是就形成了液晶分子定向扭轉(zhuǎn)90°的構(gòu)造,如圖4－8(a)所示。

液晶板的驅(qū)動(dòng)如圖4－9所示,從圖中可知:Y信號(hào)控制TFT的導(dǎo)通和截止,Y信號(hào)大于零時(shí),TFT導(dǎo)通,液晶層為透光狀態(tài)(亮狀態(tài));Y信號(hào)等于零時(shí),TFT截止,液晶層為不透光狀態(tài)(暗狀態(tài))。Y信號(hào)的幅度越大,圖像的亮度就越暗。圖4－9液晶顯示板的驅(qū)動(dòng)

2.典型TFT液晶顯示板的物理結(jié)構(gòu)

典型TFT液晶顯示板是由一排排整齊的液晶顯示單元構(gòu)成的。一個(gè)液晶板有幾百萬(wàn)個(gè)像素單元,每個(gè)像素單元由R、G、B三個(gè)子像素單元組成,像素單元的核心部分是液晶體(液晶材料)及其半導(dǎo)體控制器件。液晶體的主要特點(diǎn)是,在外加電壓的作用下液晶體的透光性會(huì)發(fā)生變化。如果使控制液晶單元各電極的電壓按照電視圖像的規(guī)律變化,那么在

背部光源的照射下,從液晶顯示板前面觀看就會(huì)有電視圖像出現(xiàn)。

液晶體是不發(fā)光的,在圖像信號(hào)電壓的作用下,液晶板上不同部位的透光性不同。每一幀圖像相當(dāng)于一幅電影膠片,在光照的條件下才能看到圖像。因此在液晶板的背部要設(shè)

一個(gè)矩形平面光源。典型TFT液晶顯示板的剖面圖如圖4－10所示。

圖4－10液晶顯示板的剖面圖

從圖4－10中可知典型TFT液晶顯示板主要由液晶(LiquidCrystal)、玻璃基板(MotherGlass)、偏光板(

Polarizer)、彩色濾光器(ColorFilter)、驅(qū)動(dòng)集成電路(Driver

IC)、背光源(BackLight)等組成,各部分功能如下:

1)液晶

液晶用于制作顯示器,最主要的特點(diǎn)是,其中的分子排列受電場(chǎng)的控制。而液晶的透光率與分子的排列有關(guān)。液晶在自然狀態(tài)時(shí),其分子的排列是無(wú)規(guī)律的,當(dāng)受到外電場(chǎng)的作用時(shí),其中分子的排列也隨之變化。

液晶是典型TFT液晶顯示板的主體,主要作用是通過(guò)加到液晶上的電壓來(lái)控制液晶的轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而控制光穿透來(lái)顯示圖像。

2)玻璃基板

玻璃基板用作彩色濾光片和驅(qū)動(dòng)集成電路的承載材料。玻璃基板是一種表面極其平整的浮法玻璃片,其表面蒸鍍有ITO膜和光刻有透明導(dǎo)電圖形。在生產(chǎn)時(shí),無(wú)堿玻璃基板的

表面經(jīng)干式蝕刻,將紅、綠、藍(lán)三原色與黑色以微細(xì)的結(jié)構(gòu)建置于玻璃表面,做成彩色濾光片;另外,利用半導(dǎo)體制作程序?qū)MOS電路建置于玻璃表面做成驅(qū)動(dòng)集成電路。

3)偏光板

偏光板如圖4－11所示,它的作用是阻隔與偏光片垂直的光。偏光板由偏光片組成,用于阻隔與偏光片垂直的光和允許與偏光片平行的光通過(guò)。偏光片由塑料膜材料制成,在

其表面涂有一層光學(xué)壓敏膠,可以貼在液晶盒的表面。

圖4－11偏光板的工作原理

4)彩色濾光器

彩色濾光器是組成液晶顯示器面板最重要的零部件,液晶面板大部分都是利用彩色濾光片實(shí)現(xiàn)彩色顯示的。其制造方法是在玻璃基板上涂布紅、綠、藍(lán)色的負(fù)片光液,然后以

黃光蝕刻(顏料分散/轉(zhuǎn)印)方式形成R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三基色的長(zhǎng)條形陣列的基板。TFT液晶面板是由R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))三色子像素構(gòu)成一個(gè)像素,在背光源穿透一個(gè)個(gè)像素內(nèi)的R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))子像素的濾光片與被電路驅(qū)動(dòng)呈現(xiàn)灰階的液晶之后,變成有不同比例的三種基色的混合片,人眼所看到的彩色影像就是這些混合片合成的結(jié)果。

R、G、B子像素的排列方法包括條狀排列、三角形排列、正方形排列和馬賽克排列,如圖4－12所示。

圖4－12常用彩色濾光器的排列

5)透明導(dǎo)電膜

透明導(dǎo)電膜最主要的應(yīng)用是ITO薄膜。ITO薄膜是一種半導(dǎo)體透明薄膜,它是氧化銦錫(IndiumTinOxide)英文名稱的縮寫(xiě),主要用途是作透明導(dǎo)電電極,故ITO薄膜有良好的透明性和導(dǎo)電性。TFT液晶顯示板中用透明導(dǎo)電膜制作導(dǎo)電電極,用于生成能精確控制的電場(chǎng),以決定液晶的排列方式。

6)定向膜

定向膜的作用是液晶未加電場(chǎng)前的分子的定位,其主要成分為PI樹(shù)脂(是唯一能提供給LCD穩(wěn)定顯示質(zhì)量的半導(dǎo)體級(jí)高分子樹(shù)脂材料)。其制作過(guò)程是在已蒸上透明導(dǎo)電ITO膜的玻璃基板上,繼續(xù)加工,用轉(zhuǎn)輪(Roller)轉(zhuǎn)印法,在ITO薄膜上印出一條一條平行的溝槽,這樣液晶就可依溝槽的方向橫躺于溝槽內(nèi),達(dá)到使液晶呈同一方向排列的目的。這

一條一條具有方向的膜就是定向膜。

7)薄膜晶體管

TFT液晶顯示器的各液晶像素點(diǎn)都是由集成在像素點(diǎn)后面的薄膜晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)的,這樣可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。

8)背光源

背光源由燈管(冷陰極管)、反射板、擴(kuò)散板、棱鏡板、分光片等組成,它是液晶顯示器光源的提供者。燈管是主要的發(fā)光元件,它發(fā)出的光由導(dǎo)光板分布到各處,反射板使光線

只向液晶顯示器方向前進(jìn),最后由棱鏡板和擴(kuò)散板將光線均勻分布到各個(gè)區(qū)域,以提供給液晶顯示器一個(gè)明亮的光源。而TFT-LCD則藉由電壓控制液晶的轉(zhuǎn)動(dòng),控制通過(guò)光線的

亮度,以形成不同的灰階。

液晶顯示器中每一個(gè)像素單元設(shè)有一個(gè)控制用薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFT)。整個(gè)顯示板通過(guò)設(shè)置多條水平方向和垂直方向的驅(qū)動(dòng)電板,便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)晶體管的控制。電視信

號(hào)要轉(zhuǎn)換成控制水平和垂直電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào),對(duì)液晶顯示板進(jìn)行控制,從而顯示出圖像。顯示板的電極都是從四邊引出的,為了連接可靠,將驅(qū)動(dòng)集成電路也安裝到顯示板的四周,并使集成電路的輸出端與電極壓接牢固,從而形成液晶板驅(qū)動(dòng)電路一體化組件。

4.3液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)與控制

4.3.1液晶顯示器件寫(xiě)入機(jī)理液晶顯示器件寫(xiě)入機(jī)理,即液晶顯示器件是依靠什么方法將人們所需顯示的信息來(lái)作用于器件,使器件達(dá)到顯示的目的。

1.液晶顯示器件寫(xiě)入的條件

眾所周知,所有液晶顯示器件的顯示原理是依靠外場(chǎng)(包括電、熱、光等)作用于初始排列的液晶分子上,依靠液晶分子的偶極矩和各向異性的特點(diǎn),使液晶分子的初始排列發(fā)生變化,通過(guò)液晶器件的外界光被調(diào)制,使液晶顯示器件發(fā)生明、暗、遮、透、變色等效果,從而達(dá)到顯示目的。但是要想實(shí)現(xiàn)某一特性的顯示目的,則需要滿足以下兩個(gè)基本條件:

(1)足夠強(qiáng)的電(熱、光)信號(hào)作用于液晶,使其改變其初始排列。

(2)每個(gè)電(熱、光)信號(hào)均可以在一段時(shí)間內(nèi)作用于一個(gè)或幾個(gè)像素單元,使像素能夠組合成一個(gè)視覺(jué)信號(hào)。由于直流電場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致液晶材料的電化學(xué)反應(yīng)和電極劣化、老化,

因此只能在像素電極上建立交流電場(chǎng),而且盡可能減少交流電場(chǎng)中的直流成分,實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)保持直流成分在幾十毫伏以下,所施加的交流電場(chǎng)的強(qiáng)弱以其有效值來(lái)表示。

只有所施加的交流電場(chǎng)有效值大于液晶顯示器件的閾值電壓時(shí),該像素才能呈顯示狀態(tài)。由于液晶顯示器件有類型、規(guī)格、型號(hào)的不同,對(duì)所施加電壓的波形、相位、頻率、占空比、有效值都有不同的要求。而對(duì)于像素控制方面的要求,則包含有以下兩層意思:

首先,由于器件像素電極連線的排布不同,要求外部必須配置相應(yīng)的硬件,以提供驅(qū)動(dòng)電壓波形。

其次,按照一定的指令將若干個(gè)顯示像素組合成不同的數(shù)字、字符、圖形或圖像。

2.液晶顯示器件的寫(xiě)入機(jī)理

在滿足液晶顯示器件寫(xiě)入的基本條件下,信息信號(hào)的作用與不同類型的液晶顯示器件的機(jī)理也不一樣。

TFT-LCD的寫(xiě)入機(jī)理:以行掃描信號(hào)和列尋址信號(hào)控制作用于被寫(xiě)入像素電極上的薄膜晶體管有源電路,使有源電路產(chǎn)生足夠大的通斷比(Ron/Roff),從而間接控制像素電極間呈TN型的液晶分子排列,達(dá)到顯示的目的。該寫(xiě)入的特點(diǎn)就是經(jīng)TFT有源電路間接控制的TN型器件顯示像素,可實(shí)現(xiàn)高路數(shù)多路顯示和視頻圖像顯示。

4.3.2液晶顯示器件常用的驅(qū)動(dòng)方式

液晶顯示驅(qū)動(dòng)器是為液晶顯示器件的像素提供電場(chǎng)的器件。由于液晶顯示像素上施加的必須是交流電場(chǎng),因此要求液晶顯示驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)輸出必須是交流驅(qū)動(dòng);液晶顯示驅(qū)動(dòng)

器通過(guò)對(duì)其輸出到液晶顯示器件上的電位信號(hào)進(jìn)行相位、峰值、頻率等參數(shù)的調(diào)制來(lái)建立交流電場(chǎng),以實(shí)現(xiàn)顯示效果。我們把這種通過(guò)外場(chǎng)作用來(lái)改變分子排列狀態(tài)的過(guò)程稱為液

晶顯示器的驅(qū)動(dòng)。液晶顯示器常用的驅(qū)動(dòng)方式的分類如圖4－13所示。圖4－13液晶顯示器常用的驅(qū)動(dòng)方式分類

有源矩陣驅(qū)動(dòng)是TFT液晶顯示器件常用的一種驅(qū)動(dòng)方式,根據(jù)有源器件的種類,它可分為如圖4－14所示的多種類型。圖4－14有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式分類

4.3.3單個(gè)液晶顯示單元的驅(qū)動(dòng)原理

1.二端有源驅(qū)動(dòng)方式

二端有源驅(qū)動(dòng)方式有很多種,其中以MIM(金屬絕緣體金屬)二極管驅(qū)動(dòng)方式最為實(shí)用。下面就金屬絕緣體金屬二極管(MIM)顯示器件來(lái)說(shuō)明單個(gè)液晶顯示單元的二端有源驅(qū)動(dòng)方式和原理。

MIM液晶顯示器件電極排布結(jié)構(gòu)如圖4－15所示,圖4－16為MIM液晶顯示器件的矩陣等效電路,從圖中可見(jiàn),MIM與液晶呈串聯(lián)電路,RNIM為非線性電阻,CMIM為MIM電容,RLC為液晶的阻抗,CLC為液晶的容抗。圖4－15MIM液晶顯示器件電極排布結(jié)構(gòu)圖4－16MIM液晶顯示器件的矩陣等效電路

2.三端有源驅(qū)動(dòng)方式

下面就TFT顯示器件來(lái)說(shuō)明單個(gè)液晶顯示單元三端有源驅(qū)動(dòng)方式和原理。TFT顯示器件的電極排布結(jié)構(gòu)如圖4－17所示,圖4－18為TFT液晶顯示器件的TFT顯示器件單像素電路和等效電路。圖4－17TFT顯示器件的電極排布結(jié)構(gòu)圖4－18TFT顯示器件單像素電路和等效電路

4.3.4TFT液晶顯示系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)原理

1.驅(qū)動(dòng)原理

彩電和彩顯所用的液晶顯示屏大都采用TFT驅(qū)動(dòng)技術(shù)(即TFT-LCD),屏上的每一個(gè)顯示點(diǎn)都由對(duì)應(yīng)的TFT來(lái)驅(qū)動(dòng)。圖4－19是液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)模型圖,圖4－20是它的等效電路。圖4－19液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)模型圖

由圖4－20可知:每一個(gè)TFT與一個(gè)像素電極代表一個(gè)顯示點(diǎn),而一個(gè)像素需要三個(gè)這樣的點(diǎn)(分別代表R、G、B三基色)。假如顯示屏的分辨率為1024×768,則需要1024×768×3個(gè)這樣的點(diǎn)組合而成。此時(shí)共需768條X電極,相當(dāng)于將屏幕切割成了768行,每條X電極就是一行掃描線,它控制相應(yīng)行的TFT,所以X電極又稱掃描電極、控制

電極、行電極等。而Y電極共需1024×3=3072條,相當(dāng)于將屏幕先切割成1024列,再將每列切割成3個(gè)子列。每一條Y電極上都加有相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)信號(hào),所以Y電極又有信號(hào)

電極、數(shù)據(jù)電極、列電極等稱呼。圖4－20液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)等效電路

圖4－21是TFT驅(qū)動(dòng)時(shí)序及波形,Ug為柵極掃描信號(hào),ULD為源極數(shù)據(jù)信號(hào)。當(dāng)柵極掃描信號(hào)為高電平時(shí),TFT導(dǎo)通,此時(shí),源極信號(hào)電壓ULD經(jīng)TFT加到像素電極(液晶電

容C)上。當(dāng)Ug消失后,液晶電容C上的電壓將保持較長(zhǎng)的時(shí)間,直至下一個(gè)掃描高電平到來(lái),液晶電容C上的電壓才改變。由于液晶電容C具有保存電荷的特點(diǎn),故液晶顯示屏

顯示的圖像相當(dāng)穩(wěn)定,無(wú)閃爍感和拖尾感。圖4－21TFT驅(qū)動(dòng)時(shí)序及波形

2.驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)

液晶顯示屏顯示的是動(dòng)態(tài)平面圖像,其驅(qū)動(dòng)電路往往由大量的寄存器、鎖存器、D/A變換器、緩沖器等構(gòu)成。圖4－22是一個(gè)1024×768分辨率的液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖,由該圖可知,X驅(qū)動(dòng)器(又稱掃描驅(qū)動(dòng)器、控制線驅(qū)動(dòng)器、行驅(qū)動(dòng)器、水平驅(qū)動(dòng)器、柵極驅(qū)動(dòng)器等)由768位移位寄存器和768位緩沖驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成,共有768條驅(qū)動(dòng)線,分別連接顯示屏的768條X電極。這768條驅(qū)動(dòng)線依次輸出高電平脈沖,依次從上至下對(duì)X電極進(jìn)行掃描,對(duì)每條X電極掃描的時(shí)間就是一個(gè)行周期,從上至下完成一次掃描所需的時(shí)間便是一個(gè)場(chǎng)周期。圖4－22液晶顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖

3.模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路

圖4－23所示是模擬式液晶顯示系統(tǒng)方框圖。液晶顯示板采用薄膜晶體顯示板。視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)放大器和緩沖器形成模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào),送到驅(qū)動(dòng)TFT液晶板的采樣保持電路;采樣保持電路的輸出作為源極驅(qū)動(dòng)信號(hào),送到液晶板的柵極驅(qū)動(dòng)集成電路(IC)。同時(shí),同步信號(hào)也送到采樣保持電路,使液晶板的源極驅(qū)動(dòng)信號(hào)與掃描信號(hào)保持同步關(guān)系。這種電路結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,但消耗功率比較大,其解像度也不夠高。圖4－23模擬式液晶顯示系統(tǒng)方框圖

4.數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路

圖4－24所示是數(shù)字式液晶顯示系統(tǒng)的電路方框圖。從該圖中可見(jiàn),此系統(tǒng)需要將模擬視頻信號(hào)變成數(shù)字視頻信號(hào),再送到顯示系統(tǒng),或者直接送入數(shù)字視頻信號(hào)。作為源極驅(qū)動(dòng)的數(shù)字信號(hào)先送到數(shù)據(jù)鎖存電路,再經(jīng)D/A變換器變成驅(qū)動(dòng)液晶板的源極驅(qū)動(dòng)信號(hào),同步和掃描電路與模擬方式的相同。圖4－24數(shù)字式液晶顯示系統(tǒng)的電路方框圖

5.TFT-LCD的反轉(zhuǎn)方式驅(qū)動(dòng)原理

由于液晶分子還有一種特性,即不能夠一直固定在某一個(gè)電壓不變,否則時(shí)間久了,即使將電壓取消掉,液晶分子也會(huì)因?yàn)樘匦缘钠茐?而無(wú)法再因電場(chǎng)的變化來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng),以形成不同的灰階,所以每隔一段時(shí)間,就必須將電壓恢復(fù)原狀,以避免液晶分子的特性遭到破壞。

圖425就是液晶面板各種不同極性的轉(zhuǎn)換方式,雖然有這么多種的轉(zhuǎn)換方式,但它們有一個(gè)共同點(diǎn),即都是在下一次更換畫(huà)面數(shù)據(jù)的時(shí)候來(lái)改變極性的。

圖425(a)是幀反轉(zhuǎn)方式,如果整個(gè)顯示在第一幀被正電壓刷新,則第二幀被負(fù)電壓刷新。

圖425(b)是行極性反轉(zhuǎn)方式,在一幀圖像內(nèi),如果奇數(shù)行加正電壓,則偶數(shù)行加負(fù)電壓。在下一幀信號(hào)輸入時(shí),奇偶行的電壓極性互換。

圖425(c)是列極性反轉(zhuǎn)方式,極性變換同行反轉(zhuǎn)方式類似。

圖425(d)是點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式,相鄰像素點(diǎn)的電壓極性相反。圖4－25四種反轉(zhuǎn)方式

列反轉(zhuǎn)和點(diǎn)反轉(zhuǎn)在功耗和圖像質(zhì)量方面有較大的改進(jìn)。閃爍是影響TFT-LCD圖像質(zhì)量的一個(gè)因素。幀反轉(zhuǎn)方式的閃爍是最強(qiáng)的;而點(diǎn)反轉(zhuǎn)方式的閃爍是較弱的,圖像質(zhì)量是最好的。交叉串?dāng)_是影響圖像質(zhì)量的另一因素。交叉串?dāng)_是由于相鄰像素具有相似電壓極性而引起的誤顯示。相鄰像素使用不同的極性反轉(zhuǎn)方式有助于消除交叉串?dāng)_。直接驅(qū)動(dòng)法的反轉(zhuǎn)方式能消除行方向和列方向的交叉串?dāng)_。

6.TFT液晶顯示屏的組成

在生產(chǎn)TFT液晶顯示屏?xí)r,TFT液晶顯示屏要和其他部件組合在一起,作為一個(gè)整體而存在。由于TFT液晶顯示屏的特殊性,以及連接和裝配需要專用的工具,再加上操作技術(shù)的難度很大等原因,生產(chǎn)廠家把TFT液晶顯示屏、連接件、驅(qū)動(dòng)電路PCB電路板、背光單元等元器件用鋼板封閉起來(lái),只留有背光燈插頭和驅(qū)動(dòng)電路輸入插座,這種組件被稱為L(zhǎng)CDModuel(LCM),即液晶顯示模塊,通常也稱為液晶板、液晶面板等。這種組件的連接方式既增加了工作的可靠性,又能防止用戶因隨意拆卸造成的不必要的損壞。

液晶顯示屏的生產(chǎn)廠家只需把背光燈的插頭和驅(qū)動(dòng)電路插排與外部電路板連接起來(lái)即可,而整機(jī)的生產(chǎn)工藝也變得簡(jiǎn)單多了。圖4－26所示是TFT液晶顯示屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,圖4－27是TFT液晶顯示屏的內(nèi)部電路方框圖(液晶屏分辨率為1024×RGB×768)。

圖4－26TFT液晶屏的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖4－27TFT液晶顯示屏的內(nèi)部電路方框圖

7.TFT液晶顯示屏圖像的顯示原理

下面以常見(jiàn)的1024×768分辨率的顯示屏為例,介紹液晶顯示屏圖像的顯示原理。液晶屏中有幾個(gè)PCB塊,其上分布著時(shí)序控制器(TCON,此芯片有時(shí)也稱為屏顯IC,主要由時(shí)序發(fā)生器、顯示存儲(chǔ)器等管理電路和控制電路組成,用于接收TTL電平信號(hào)經(jīng)處理后控制柵極和源極的驅(qū)動(dòng)IC)、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器和其他元件。由主板電路來(lái)的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào),經(jīng)液晶屏TCON處理后,分離出行驅(qū)動(dòng)信號(hào)和列驅(qū)動(dòng)信號(hào),再分別送到液晶顯示屏的行、列電極,驅(qū)動(dòng)液晶顯示屏顯示出圖像。分辨率為1024×768的顯示屏,共需要1024×768×3個(gè)點(diǎn)來(lái)顯示一個(gè)畫(huà)面。

圖4－28所示1024×768×3液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)方框圖。

圖4－281024×768×3液晶顯示屏驅(qū)動(dòng)方框圖

依次將整個(gè)畫(huà)面的視頻信號(hào)寫(xiě)入,再自第一條重新寫(xiě)入,此重復(fù)的頻率稱為幀頻(刷新率),一般為60~70Hz。圖4－29為1幀柵極掃描信號(hào)的波形圖。圖4－291幀柵極掃描信號(hào)的波形圖

8.TFT液晶顯示屏色彩的顯示原理

像素對(duì)于顯示器是有決定意義的,每個(gè)像素越小顯示器可能達(dá)到的最大分辨率就會(huì)越大。不過(guò)由于晶體管物理特性的限制,目前TFT顯示器每個(gè)像素的大小基本就是0.0117英寸(0.297mm),所以對(duì)于15英寸的顯示器來(lái)說(shuō),分辨率最大只有1280×1024。圖4－30是液晶屏上一組三基色像素的示意圖。圖4－30一組三基色像素的示意圖

從圖4－30中可以看出,在t時(shí)刻,R、G、B三基色像素從源極驅(qū)動(dòng)器輸出,加到源極驅(qū)動(dòng)電極n-1、n、n+1上,即各TFT管的源極S上,而此時(shí)(即在t時(shí)刻),柵極驅(qū)動(dòng)器

輸出的行驅(qū)動(dòng)脈沖只出現(xiàn)在第m行。因此,第m行的所有TFT管導(dǎo)通,于是,R、G、B驅(qū)動(dòng)電壓U1、U2、U3分別通過(guò)第m行導(dǎo)通的TFT管加到漏電極像素電極上,故R、G、B三基色像素單元透光,送到彩色濾色片上,經(jīng)混色后顯示一個(gè)白色像素點(diǎn)。

圖4－31所示為顯示三個(gè)連續(xù)的白色像素點(diǎn)的示意圖。顯示的工作過(guò)程與前述類似,即在t1時(shí)刻,第m-1行的TFT管導(dǎo)通,于是在第m-1行的對(duì)應(yīng)列處顯示一個(gè)白色像素點(diǎn);在t2時(shí)刻,第m行的TFT管導(dǎo)通,于是在第m行的對(duì)應(yīng)列處顯示一個(gè)白色像素點(diǎn);在t3時(shí)刻,第m+1行的TFT管導(dǎo)通,于是在第m+1行的對(duì)應(yīng)列處顯示一個(gè)白色像素點(diǎn);由于t1、t2、t3之間的時(shí)間間隔很短,因此,人眼看不到白色像素點(diǎn)的閃動(dòng),而看到的是三個(gè)豎著排放的白色像素點(diǎn)。圖4－31顯示三個(gè)連續(xù)的白色像素點(diǎn)的示意圖

從上面介紹的R、G、B三基色像素的驅(qū)動(dòng)電壓波形可以看出,相鄰的兩點(diǎn),加上的是極性相反、幅度相等的交流電壓。也就是說(shuō),圖4－31中R、G、B源極驅(qū)動(dòng)電壓是逐點(diǎn)倒相的,因此這種極性變換方式稱為“逐點(diǎn)倒相法”。

9.TFT液晶顯示器控制電路的基本組成

液晶彩色顯示器沒(méi)有CRT彩色電視機(jī)的圖像高中頻電路、伴音電路、色度電路、同步分離電路等。它主要由液晶板加上相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)板(也稱主板,注意不是液晶面板內(nèi)的行列

驅(qū)動(dòng)電路)、電源板、高壓板、按鍵控制板等組成。圖4－32所示是液晶顯示器控制電路的組成方框圖。圖4－32液晶顯示器的控制電路組成方框圖

1)電源部分

液晶顯示器的電源電路分為開(kāi)關(guān)電源和DC/DC變換器兩部分。

目前,液晶顯示器的開(kāi)關(guān)電源主要有兩種安裝形式:①采用外部電源適配器(Adapter),這樣,輸入顯示器的電壓就是電源適配器輸出的直流電壓;②在顯示器內(nèi)部專設(shè)一塊開(kāi)關(guān)

電源板,即所謂的內(nèi)接方式,在這種方式下,顯示器輸入的是交流220V電壓。

DC/DC變換器也有多種安裝方式,第一種是專設(shè)一塊DC/DC變換板;第二種是和開(kāi)關(guān)電源部分安裝在一起(開(kāi)關(guān)電源采用機(jī)內(nèi)型);第三種是安裝在主板中。

2)驅(qū)動(dòng)板(主板)部分

驅(qū)動(dòng)板也稱主板,是液晶顯示器的核心電路,主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成:

(1)輸入接口電路。液晶顯示器一般設(shè)有傳輸模擬信號(hào)的VGA接口(D-Sub接口)和傳輸數(shù)字信號(hào)的DVI接口。其中,VGA接口用來(lái)接收主機(jī)顯卡輸出的模擬R、G、B和行場(chǎng)同步信號(hào);DVI接口用于接收主機(jī)顯卡TMDS(最小化傳輸差分信號(hào))發(fā)送器輸出的TMDS數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào),接收到的TMDS信號(hào)需要經(jīng)過(guò)液晶顯示器內(nèi)部的TMDS接收器

解碼,才能加到Scaler電路中,不過(guò)現(xiàn)在很多TMDS接收器都被集成在Scaler芯片中。

(2)A/D轉(zhuǎn)換電路。A/D轉(zhuǎn)換電路即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器,用以將VGA接口輸出的模擬R、G、B信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),然后送到Scaler電路進(jìn)行處理。

(3)時(shí)鐘發(fā)生器(PLL鎖相環(huán)電路)。時(shí)鐘產(chǎn)生電路接收行同步、場(chǎng)同步和外部晶振時(shí)鐘信號(hào),經(jīng)時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào),一方面送到A/D轉(zhuǎn)換電路,作為采樣時(shí)鐘信號(hào);另一方面送到Scaler電路進(jìn)行處理,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)LCD屏的像素時(shí)鐘。

(4)Scaler電路。Scaler電路的名稱較多,如圖像縮放電路、主控電路、圖像控制器等。Scaler電路的核心是一塊大規(guī)模集成電路,稱為Scaler芯片,其作用是對(duì)A/D轉(zhuǎn)換得

到的數(shù)字信號(hào)或TMDS接收器輸出的數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào),進(jìn)行縮放、畫(huà)質(zhì)增強(qiáng)等處理,再經(jīng)輸出接口電路送至液晶面板,最后由液晶面板的時(shí)序控制IC(TCON)將信號(hào)傳輸至面板上

的行列驅(qū)動(dòng)IC。Scaler芯片的性能基本上決定了信號(hào)處理的極限能力。另外,在Scaler電路中,一般還集成有屏顯電路(OSD電路)。

(5)微控制器電路。微控制器電路主要包括MCU(微控制器)、存儲(chǔ)器等。其中,MCU用來(lái)對(duì)顯示器按鍵信息(如亮度調(diào)節(jié)、位置調(diào)節(jié)等)和顯示器本身的狀態(tài)控制信息(如無(wú)輸

入信號(hào)識(shí)別、上電自檢、各種省電節(jié)能模式轉(zhuǎn)換等)進(jìn)行控制和處理,以完成指定的功能操作。存儲(chǔ)器(這里指串行EEPROM存儲(chǔ)器)用于存儲(chǔ)液晶顯示器的設(shè)備數(shù)據(jù)和運(yùn)行中所需的數(shù)據(jù),主要包括設(shè)備的基本參數(shù)、制造廠商、產(chǎn)品型號(hào)、分辨率數(shù)據(jù)、最大行頻率、場(chǎng)刷新率等,還包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的一些數(shù)據(jù),如白平衡數(shù)據(jù)、亮度、對(duì)比度、各種幾何失真參數(shù)、節(jié)能狀態(tài)的控制數(shù)據(jù)等。

(6)輸出接口電路。驅(qū)動(dòng)板與液晶面板的接口電路有多種,常用的主要有以下幾種:

第一種是并行總線TTL接口,用來(lái)驅(qū)動(dòng)TTL液晶屏。根據(jù)不同的面板分辨率,TTL接口又分為48位或24位并行數(shù)字顯示信號(hào)。

第二種接口是現(xiàn)在十分流行的低壓差分LVDS接口,用來(lái)驅(qū)動(dòng)LVDS液晶屏。與TTL接口相比,串行接口有更高的傳輸率,更低的電磁輻射和電磁干擾,并且,需要的數(shù)據(jù)傳輸線也比并行接口少很多。所以,從技術(shù)和成本的角度,LVDS接口比TTL接口好。

第三種是RSDS(低振幅信號(hào))接口,用來(lái)驅(qū)動(dòng)RSDS液晶屏。采用RSDS接口,可大大減少輻射強(qiáng)度,更加健康環(huán)保,并可增強(qiáng)EMI抗干擾能力,使畫(huà)面質(zhì)量更加清晰穩(wěn)定。

3)按鍵板部分

按鍵電路安裝在按鍵控制板上。另外,指示燈一般也安裝在按鍵控制板上。按鍵電路的作用就是使電路通或斷,當(dāng)按下開(kāi)關(guān)時(shí),按鍵電子開(kāi)關(guān)接通;手松開(kāi)后,按鍵電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。按鍵開(kāi)關(guān)輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)送到驅(qū)動(dòng)板上的MCU中,由MCU識(shí)別后,輸出控制信號(hào)控制相關(guān)電路完成相應(yīng)的操作。

4)高壓板部分

高壓板俗稱高壓條(因?yàn)殡娐钒逡话爿^長(zhǎng),為條狀形式),有時(shí)也稱為逆變電路或逆變器,其作用是將電源輸出的低壓直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕О?Panel)所需的高頻600V以上的

高壓交流電,點(diǎn)亮液晶面板上的背光燈。

高壓板主要有兩種安裝形式:①專設(shè)一塊電路板;②和開(kāi)關(guān)電源電路安裝在一起(開(kāi)關(guān)電源采用機(jī)內(nèi)型)。

5)液晶面板(Panel)部分

液晶面板是液晶顯示器的核心部件,主要包含液晶屏、LVDS接收器(可選,LVDS液晶屏有該電路)、驅(qū)動(dòng)IC電路(包含源極驅(qū)動(dòng)IC與柵極驅(qū)動(dòng)IC)、時(shí)序控制IC(TCON)和背光源。

最后需要強(qiáng)調(diào)的是,液晶顯示器的電路結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從多片集成電路—單片集成電路—超級(jí)單片的發(fā)展過(guò)程。例如,早期的液晶顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器、時(shí)鐘發(fā)生器、Scaler和

MCU電路均采用獨(dú)立的集成電路;現(xiàn)在生產(chǎn)的液晶顯示器,則大多將A/D轉(zhuǎn)換器、TMDS接收器、時(shí)鐘發(fā)生器、Scaler、OSD、LVDS發(fā)送器集成在一起,有的甚至將MCU電路、TCON、RSDS等電路也集成進(jìn)來(lái),成為一片真正的“超級(jí)芯片”。無(wú)論液晶顯示器采用哪種電路形式,其基本結(jié)構(gòu)的組成都是相同或相似的。

10.常用液晶顯示器控制電路舉例

下面以三星173B液晶顯示器為例簡(jiǎn)單說(shuō)明液晶顯示器控制電路的各個(gè)組成部分的原理和工作過(guò)程。三星173B液晶顯示器是三星公司于2004年生產(chǎn)的一種17英寸顯示器,

其主要電路組成如圖4－33所示。圖4－33三星173B液晶顯示器主要電路組成

4.4液晶顯示的背照光源

4.4.1液晶顯示背照光源分類常用的背照光源分類如表4－1所示。

4.4.2常用背照光源技術(shù)簡(jiǎn)介

1.冷陰極熒光燈(CCFL)

傳統(tǒng)的液晶顯示器都是采用CCFL(ColdCathodeFluorescentLamp,冷陰極熒光燈)背光,如圖4－34所示。CCFL的物理結(jié)構(gòu)是在一玻璃管內(nèi)封入惰性氣體Ne+Ar混合氣體,其中含有微量(數(shù)mg)水銀蒸氣,并于玻璃內(nèi)壁涂布熒光粉。其工作原理為當(dāng)高壓加在燈管兩端后,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,可見(jiàn)光的顏色將根據(jù)所選的熒光粉的不同而不同。圖4－34CCFL(冷陰極熒光燈)

2.電致發(fā)光

電致發(fā)光(ElectroLuminescent)現(xiàn)象是在1936年由G.Destriau首次發(fā)現(xiàn),并在1947年發(fā)明了導(dǎo)電玻璃后首次被用于照明用面光源,但由于材料的限制,沒(méi)有得到更廣泛的應(yīng)

用。一直到20世紀(jì)60年代,該項(xiàng)技術(shù)才得到突破,在70年代作為背光源得到迅速的發(fā)展,成為繼LCD、PDP顯示方式之后為人們期待的一種理想的平板顯示器件。

電致發(fā)光是通過(guò)加在兩電極的電壓產(chǎn)生電場(chǎng),被電場(chǎng)激發(fā)的電子碰擊發(fā)光中心,而引致電子能級(jí)的躍進(jìn)、變化、復(fù)合,從而導(dǎo)致發(fā)光的一種物理現(xiàn)象,又可稱電場(chǎng)發(fā)光,簡(jiǎn)稱EL。利用電致發(fā)光原理可制作成電致發(fā)光板。電致發(fā)光板是一種發(fā)光器件,簡(jiǎn)稱冷光片、EL燈、EL發(fā)光片或EL冷光片,它由背面電極層、絕緣層、發(fā)光層、透明電極層和表面保護(hù)膜組成,利用發(fā)光材料在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生光的特性,將電能轉(zhuǎn)換為光能。由于電致發(fā)光板的超薄、高亮度、高效率、低功耗、低熱量、可彎曲、抗沖擊、長(zhǎng)壽命、多種顏色可選擇等特點(diǎn),因此,電致發(fā)光板被廣泛應(yīng)用于顯示領(lǐng)域。

3.發(fā)光二極管

相比CCFL背光技術(shù)而言,發(fā)光二極管(LightEmittingDiode,LED)有許多優(yōu)點(diǎn),首先是固體式電子照明,對(duì)沖撞的抗受性高于CCFL,且沒(méi)有汞氣體的環(huán)保法規(guī)顧慮,沒(méi)有UV紫外線外泄顧慮,同時(shí)在色彩飽和度及壽命上都超越CCFL。另外,LED只需正向電壓即可驅(qū)動(dòng),不似CCFL需要交流的正負(fù)向電壓。即便只論正向驅(qū)動(dòng)電壓,LED的需求水準(zhǔn)也低于CCFL。再者,LED的亮度只需用脈波寬度調(diào)變(PulseWidthModulation,PWM)方式就可調(diào)節(jié),并可用相同方式來(lái)抑制TFT-LCD顯示上的殘影問(wèn)題,然而CCFL的亮度調(diào)節(jié)就較為復(fù)雜,且無(wú)法抑制殘影,必須以另外的方式才能抑制。

但LED背光也有其缺點(diǎn),首先是發(fā)光效率,以相同的用電而言,LED并不及CCFL,因此散熱問(wèn)題會(huì)比CCFL嚴(yán)重。此外,LED屬點(diǎn)型光源,與CCFL的線型光源相較,實(shí)更難控制光均性。為了達(dá)到盡可能的光均,必須對(duì)生產(chǎn)出來(lái)的LED進(jìn)行特性上的精挑嚴(yán)選,將大量特性一致(波長(zhǎng)、亮度)的LED用于同一個(gè)背光中,此一挑選成本也相當(dāng)高昂。所幸的是,LED的發(fā)光效率還在提升中,截至2017年已可至200lm/W以上,如此色彩飽和度可以更佳,以及讓背光的LED排置更寬松,進(jìn)而讓用電與散熱問(wèn)題得以舒緩,且制造良品率持續(xù)進(jìn)步成熟后,嚴(yán)選光亮特性一致的LED的成本也會(huì)降低。

4.5液晶電視技術(shù)

4.5.1液晶電視的原理和工作過(guò)程如圖4－35所示是典型的液晶電視整機(jī)原理方框圖。圖4－35液晶電視整機(jī)原理方框圖

4.5.2常見(jiàn)液晶電視實(shí)例

下面以長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯液晶彩色電視為例來(lái)說(shuō)明常見(jiàn)液晶電視的工作原理和過(guò)程。

1.長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯液晶彩色電視的基本結(jié)構(gòu)和電路組成

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯液晶彩色電視是長(zhǎng)虹公司2006年推出的一款平板機(jī)芯產(chǎn)品,它的代表機(jī)型有LT3712、LT3212、LT3288、LT3788、LT4288、LT4028、LT3219P、LT3719P、LT4019P等。

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯液晶電視從電路組成上看,主要由穩(wěn)壓電路、射頻電路、數(shù)字視頻處理電路、功率放大電路、模擬視頻電路、系統(tǒng)控制電路及鍵控電路組成,整機(jī)電路組成方框

圖如圖4－36所示。

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯液晶電視從結(jié)構(gòu)上看,主要由TV板、側(cè)AV板、遙控接收板、K板和主板等組成,各組件功能說(shuō)明如表4－2所示。

圖4－36LS10機(jī)芯彩電整機(jī)電路組成方框圖

2.長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯液晶彩電的工作原理

1)高、中頻信號(hào)處理電路

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯具有雙畫(huà)面顯示功能,主高頻調(diào)諧器型號(hào)為TMD4-22IP1RW(U602),副高頻調(diào)諧器型號(hào)為TMD4-22IP2RW(U601),兩者安裝在TV板上,由天線接收下來(lái)的

射頻電視信號(hào)首先輸入到TV板的功率分配器,經(jīng)隔離放大后分為兩路:一路送到主高頻調(diào)諧器TMD4-22IP1RW(U602),經(jīng)調(diào)諧選臺(tái)、高頻放大、變頻和解調(diào),從高頻調(diào)諧器

U602(18)腳輸出復(fù)合視頻信號(hào)(MTV)信號(hào),并通過(guò)接插件送到主板上的主畫(huà)面視頻解碼器U401(SAA7117)的(31)腳進(jìn)行視頻處理。

2)伴音信號(hào)處理電路

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯伴音信號(hào)處理電路由數(shù)字音頻解碼電路U208(M4334J)、音頻切換電路U114(74HC4052)、音頻處理電路U700(NJW1142)、主聲道音頻功率放大電路U703(PT2330)、耳機(jī)音頻功放U603(TPA6110A2)組成,如圖4－37所示。圖4－37伴音信號(hào)處理電路方框圖

(1)音頻信號(hào)的輸入。

LS10機(jī)芯有六種音頻信號(hào)輸入情況,分別如下:

①TV音頻信號(hào)輸入:TV音頻信號(hào)MTV-L、MTV-R直接由主調(diào)諧器U602(20)腳輸出,分別送至主板上的音頻處理電路U700(NJW1142)的(4)、(27)腳。

②AV1音頻信號(hào)輸入:AV1音頻信號(hào)AV1Lin和AV1Rin從插孔輸入,分別送至主板上的音頻處理電路U700(NJW1142)的(1)、(30)腳。

③AV2音頻信號(hào)輸入:AV2音頻信號(hào)AV2Lin和AV2Rin從AV板輸入,經(jīng)接插件J2、JP104分別送至開(kāi)關(guān)電路U114(74HC4052)的(5)、(14)腳。

④PC音頻信號(hào)輸入:計(jì)算機(jī)輸出的音頻信號(hào)PCLin、PCRin從插座JP102輸入,分別送至開(kāi)關(guān)電路U114(74HC4052)的(2)、(15)腳。

⑤YPbPr音頻信號(hào)輸入:在接收高清分量信號(hào)時(shí),其對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)HDLin、HDRin從插孔JPY401、JPY402輸入,分別送至開(kāi)關(guān)電路U114(74HC4052)的(4)、(11)腳。

⑥數(shù)字音頻信號(hào)輸入:在接收數(shù)字音視頻信號(hào)HDMI時(shí),HDMI的信號(hào)經(jīng)接插件JP103輸入到U105A(MST5151A)中將數(shù)字音頻分量分離出來(lái),從U105(188)~(191)腳輸出的音頻數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào),送入U(xiǎn)208(M4334J)進(jìn)行音頻解碼,還原出兩路音頻信號(hào)HDMILin和HDMIRin由(8)腳和(5)腳分別輸出,送到開(kāi)關(guān)電路U114(74HC4052)的(1)、(12)腳。

(2)音頻信號(hào)的選擇和處理。

從圖4－37可知,AV2音頻信號(hào)、PC音頻信號(hào)、YPbPr音頻信號(hào)和數(shù)字音頻信號(hào),都先送入開(kāi)關(guān)電路U114(74HC4052),經(jīng)選擇后,從其(3)腳輸出GP2Lout,從(13)腳輸出GP2Rout,送入U(xiǎn)700(NJW1142)的(28)、(3)腳。該組音頻信號(hào)又與TV音頻信號(hào)、AV1音頻信號(hào)在音頻處理電路U700(NJW1142)中再次選擇,取出其中一路,進(jìn)行AGC控制、音量控制、音調(diào)控制、平衡控制、靜音控制和仿立體聲效果控制后輸出。

(3)音頻信號(hào)的輸出和功率放大。

音頻處理電路U700(NJW1142)有三路輸出信號(hào):

第一路是從U700(5)、(26)腳輸出的左、右聲道信號(hào)AVLout和AVRout經(jīng)射極輸出器Q501、Q502緩沖后,從插孔JP510輸出,供監(jiān)視器使用。

第二路是音頻信號(hào)PLout和PRout,它們從U700(10)腳和(21)腳輸出,送入U(xiǎn)603(28)、(10)腳,經(jīng)U603放大后供耳機(jī)使用。

第三路是音頻信號(hào)APLout和APRout,它們從U700(9)腳和(22)腳輸出,輸入到D類功率放大器U703(PT2330)的(28)、(10)腳,經(jīng)U703功率放大,驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

3)視頻信號(hào)處理電路

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯視頻信號(hào)處理電路由主畫(huà)面視頻解碼電路U401(SAA7117A)、子畫(huà)面視頻解碼電路U403(SAA7115)、數(shù)字視頻處理電路U105(MST5151A/6151A)、幀存儲(chǔ)器U200(K4D263238)、液晶顯示屏等組成,如圖4－38所示。圖438長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯視頻信號(hào)處理電路組成方框圖

(1)主畫(huà)面視頻解碼電路。

主畫(huà)面視頻解碼電路U401(SAA7117A)如圖4－38所示,它共有三組輸入信號(hào)

(2)子畫(huà)面視頻解碼電路。

子畫(huà)面視頻解碼電路U403(SAA7115)如圖4－38所示,它也有三組信號(hào)輸入。

(3)數(shù)字視頻處理電路。

數(shù)字視頻處理電路由視頻處理芯片U105(MST5151A/6151A)和幀存儲(chǔ)器U200(K4D263238)等組成。MST5151A是一種高性能、具有全面的PIP/POP處理功能的視頻處理芯片,它囊括了所有應(yīng)用于圖像捕捉、處理及顯示時(shí)鐘控制等方面IC的功能,其內(nèi)部集成了高速率的A/D轉(zhuǎn)換器、PLL、高可靠性的HDMI/DVI接收器及LVDS轉(zhuǎn)換器等。

4)LS10機(jī)芯整機(jī)供電系統(tǒng)

長(zhǎng)虹LS10機(jī)芯采用內(nèi)置開(kāi)關(guān)電源組件GP02,該電源組件輸出24V4A、24V1A、12VAUDIO、12VPP、5V4AC、5VMCU等6組電壓給整機(jī)供電,電源板與主板的連接關(guān)系如圖4－39所示。圖4－39電源板與主板的連接關(guān)系

(1)24V4A電壓只供給逆變器,由逆變器變換成脈沖電壓,為背光燈管供電。

(2)24V1A電壓給三路負(fù)載供電。第一路送給關(guān)機(jī)靜音控制電路;第二路送給穩(wěn)壓集成塊U300(LM2596),由U300產(chǎn)生出幅度為12V的脈沖電壓,送往倍壓整流電路;

第三路送給倍壓整流電路,產(chǎn)生出+33V直流電壓,供給主副高頻調(diào)諧器。

(3)12VAUDIO電源經(jīng)過(guò)濾波、變換、穩(wěn)壓后為以下負(fù)載供電:

①音頻功放U703(PT2330);

②音頻處理電路U700(NJW1142);

③靜音控制電路;

④兩個(gè)高頻調(diào)諧器U601、U602;

⑤音頻切換電路U114(74HC4052)、Q102、Q103和AV板上的三極管;

⑥AV輸出電路的三極管Q500、Q501、Q502、Q506、Q507等組成的射極輸出器等。

(4)12VPP電壓經(jīng)退耦濾波后與5V4A電壓一起送到屏工作電壓切換開(kāi)關(guān)中,根據(jù)電視機(jī)使用的不同類型的液晶屏,在CPU的控制下,選擇輸出5V或者12V電壓液晶屏供電。

(5)5V4AC電壓通過(guò)一系列的穩(wěn)壓、退耦濾波,產(chǎn)生出2.5V、3.3V、1.8V等直流電壓,給主畫(huà)面解碼電路U401SAA7117A)、子畫(huà)面解碼電路U403(SAA7115)、數(shù)字

視頻處理電路U105(MST5151A/6151A)、幀存儲(chǔ)器U200(K4D263238)提供工作電壓。

4.6LCD的技術(shù)指標(biāo)與接口標(biāo)準(zhǔn)

4.6.1與色彩有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)1.亮度亮度是指畫(huà)面的明亮程度。畫(huà)面最高亮度指100%信號(hào)電平的畫(huà)面明亮程度。畫(huà)面最低亮度指0%信號(hào)電平的畫(huà)面明亮程度。亮度的測(cè)量單位為cd/m2即坎[德拉]每平米,或nit即尼[特]。目前提高LCD亮度的方法有兩種,一種是提高LCD面板的光通過(guò)率;另一種就是增加背景燈光的亮度,即增加燈管數(shù)量。目前LCD亮度已經(jīng)接近CRT顯示器水準(zhǔn)。

2.開(kāi)口率

液晶顯示器中有一個(gè)很重要的技術(shù)參數(shù)即亮度,而在TFT液晶顯示器中決定亮度最重要的因素則是開(kāi)口率(ApertureRatio)。那么什么是開(kāi)口率呢?簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是光線能透過(guò)的有效區(qū)域比例。我們來(lái)看看圖4－40。

圖4－40的左邊是一個(gè)液晶顯示器從正上方或是正下方看過(guò)去的結(jié)構(gòu)圖,當(dāng)光線經(jīng)由背光板發(fā)射出來(lái)時(shí),并不是所有的光線都能穿過(guò)面板,如LCD驅(qū)動(dòng)芯片的信號(hào)走線、TFT本身,還有存儲(chǔ)電壓用的存儲(chǔ)電容等等。這些地方除了不完全透光外,也由于經(jīng)過(guò)這些地方的光線并不受電壓的控制,而無(wú)法顯示正確的灰階,所以都需要加以遮蔽,以免干擾到其他透光區(qū)域的正確亮度,所以有效的透光區(qū)域就只剩下如圖4－40右邊所顯示的區(qū)域。這一塊有效的透光區(qū)域與全部面積的比例就稱為開(kāi)

口率。

圖4－40開(kāi)口率示意圖

3.對(duì)比度

對(duì)比度指最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值,也即黑與白兩種色彩不同層次的對(duì)比測(cè)量度。對(duì)比度可以反映出顯示器是否能表現(xiàn)層次豐富的色階。在合理的亮度

值下,對(duì)比度越高,顯示器所表現(xiàn)出來(lái)的色彩越鮮明,層次感越豐富。人眼可分辨的對(duì)比度約為100∶1,當(dāng)顯示器的對(duì)比度超過(guò)120∶1時(shí),就可以顯示生動(dòng)、豐富的色彩,對(duì)比度高達(dá)300∶1時(shí)便可以支持各階度的顏色。目前大多數(shù)LCD顯示器的對(duì)比度都在100∶1~300∶1左右。

4.可視角度

可視角度是站在屏幕中心線的上下、左右某個(gè)位置時(shí)仍可清晰看見(jiàn)屏幕圖像的角度范圍。液晶電視的可視角度在上下、左右160°范圍內(nèi),均可達(dá)到良好的收視效果。

5.色彩度

自然界的任何一種色彩都是由紅、綠、藍(lán)三種基本色組成的。而常見(jiàn)的LCD面板上是由1024×768個(gè)像素點(diǎn)組成圖像的,每個(gè)獨(dú)立的像素色彩由紅、綠、藍(lán)(R、G、B)三種基本色來(lái)控制。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位色彩組成的,也就是每個(gè)基本色(R、G、B)能達(dá)到8位,即256種表現(xiàn)度,那么每個(gè)獨(dú)立的像素就有高達(dá)256×256×256=16777216種色彩了。另一種液晶顯示器三原色的每個(gè)基本色(R、G、B)達(dá)到6位,即64種表現(xiàn)度,那么每個(gè)獨(dú)立的像素就有64×64×64=262144種色彩。

6.色域

人眼所能看到的光線稱為可見(jiàn)光。在光譜圖上可以知道可見(jiàn)光譜是波長(zhǎng)從380nm到780nm之間的光線,而通過(guò)R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))這三種顏色的混合,可以得到近似于全

部可見(jiàn)光譜范圍內(nèi)的光線。目前所使用的絕大多數(shù)彩色顯示器,不管是CRT、LCD、PDP、DLP還是其他什么,都是基于三原色成像的。

1931年,國(guó)際照明委員會(huì)CIE制定了CIE1931RGB系統(tǒng),規(guī)定將700nm的紅、546.1nm的綠和435.8nm的藍(lán)作為三原色,后來(lái)CIE1931xy色度圖(如圖4－41所示)成為描述色彩范圍最為常用的圖表。色域就是在這張圖上由R、G、B三種純色的坐標(biāo)所圍成的三角形或者多邊形(增加補(bǔ)色)的面積。通常通過(guò)對(duì)紅、綠、藍(lán)三原色的測(cè)試來(lái)進(jìn)行計(jì)算,而計(jì)算結(jié)果通常為NTSC標(biāo)準(zhǔn)的百分之多少,當(dāng)然這個(gè)值越高就表示色域越廣。

圖4－41CIE1931xy色度圖

4.6.2與像素有關(guān)的技術(shù)指標(biāo)

1.分辨率

(1)屏幕大小:顯示域的對(duì)角線尺寸(英寸:1英寸≈25.4mm)。

(2)分辨率(如圖4－42所示):顯示列像素×顯示行像素。對(duì)彩色顯示而言,1個(gè)像素(Pixel)由RGB3個(gè)點(diǎn)(Dot)組成。圖4－42常見(jiàn)分辨率

2.最佳分