第一章、液晶显示器结构原理与维修

液晶面板（液晶屏）的原理
• 液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分 子排列的有机化合物。如果把 它加热会呈现透明状的液 体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态，具 有液体与 晶体的特性，故称之为“液晶”。液晶显示的 原理简单地说，就是将置于两个电极之间的液 晶通电， 液晶分子的排列顺序在电极通电时会发生改变，从而改变 透射光的光路，实现对影 像的控制。 • 液晶面板按照控制方式的不同可分为被动矩阵式（无源矩 阵式）LCD 及主动矩阵式（有 • 源矩阵式）LCD 两种。
• 目 前 ， 液 晶 显示器普 遍采 用的 是 主 动 矩阵式 LCD ， 也 称 TFT-LCD (Thin Film • Transistor-LCD，薄膜晶体管 LCD )。TFT 液晶显示器是在画面 中的每个像素内建晶体管， • 可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积，具有屏幕反 应速度快，对比度好，亮度 • 高，可视角度大，色彩丰富等优点。TFT LCD 的中文翻译名称 叫做薄膜晶体管液晶显示器。 从液晶面板的工作原理我们可以 知道液晶显示器需要电压控制来产生灰阶，而利用薄膜晶体 管 来产生电压，以控制液晶转向的显示器, 就叫做 TFT LCD。 TFT 液晶面板，由表及里分别 由偏光板、玻璃基板、彩色滤光 片、沉积在玻璃基板上的 FET 晶体管（薄膜晶体管）电极、 液 晶、同样沉积在玻璃质基板上的共通电极、底层偏光板、背光板 （导光）以及背光源组成。 光由底层透射进来，经过液晶的和 偏光板的共同控制，借助滤光板产生色彩斑斓的图像。
液晶屏显像的工作原理
• 液晶电视(LCD)是指用液晶屏做显示器的电视机。 • 液晶电视屏幕由超过二百万个红、绿、蓝三色液晶光阀组成，液 晶光阀在极低的电压驱动下被激活，此时位于液晶屏后的背光灯 发出的光束从液晶屏通过，产生1024×768点阵(点距0.297mm)、 分辨率极高的图像。
Байду номын сангаас
• 同时，先进的电子控制技术使液晶光阀产生1677万种颜 色变化（红256×绿256×蓝256），还原真实的亮度、 色彩度，再现自然纯真的画面。液晶显像从根本上改变 了传统彩电以“行”为基础的模拟扫描方式，实现了以 “点”为基础的数字显示技术。
• 彩色滤光片(color filter, CF) • 如果你拿着放大镜去观察液晶面板的话，你会发现如下图中所显 示的样子。 我们知 道红色、蓝色以及绿色是所谓的三原色。也 就是说利用这三种颜色，便可以混合出各种不同 的颜色。很多 平面显示器就是利用这个原理来显示出色彩。我们把 RGB 三种 颜色，分成独立 的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把 邻近的三个 RGB 显示的点，当作一个显示的基 • 本单位，也就是 pixel。那这一个 pixel，就可以拥有不同的色彩 变化了。然后对于一个需 要分辨率为 1024*768 的显示画面，我 们只要让这个平面显示器的组成有 1024*768 个 pixel， 便可以 正确的显示这一个画面。在图中,每一个 RGB 的点之间的黑色 部分，就叫做 Black matrix。它主要是用来遮住不打算透光的部 分。比如像是一些 ITO 的走线，或是 Cr/Al 的走 线，或者是 TFT 的部分。因此，我们在图中看到每一个 RGB 的亮点并不是 矩形，在其左上角 也有一块被 black matrix 遮住的部分，这一 块黑色缺角的部份就是 TFT 的所在位置。
• 背光板(back light, BL) • 在一般的 CRT 屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, • 藉以产生亮光, 来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并 无发光的功能. 因此, 液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度, 而且亮度分 布均匀的光源. 我们在上面的 TFT LCD 的 切面结构图中可以看到, 组成背光板的主要零件有 灯管 (冷阴极管), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等 等. 灯管是主要的发光零件, 藉由导光板, 将光线分布到 各处. 而反射板则将光线限制住都只往 TFT LCD 的方 向前进. 最 后藉由 prism sheet 及扩散板的帮忙, 将 光线均匀的分布到各个区域去, 提供给 TFT LCD 一个 明亮的光源. 而 TFT LCD 则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成 不同的灰阶.
• 从上面的切面结构图来看, 在上下两层玻璃间, 夹着液 晶, 从而形成了平行板电容器, 我们称之为 CLC(capacitor of liquid crystal)。 它的大小约为 0.1pF, 但是实际应用上, 这个电容并无法将电压保持到下一次 再更新画面数据的时候。也就是说当 TFT 对这个电容 充 好电时, 它并无法将电压保持住, 直到下一次 TFT 再对此点充电的时候。(以一般 60Hz 的画 面更新频率, 需要保持约 16ms 的时间。) 这样一来, 电压有了变化, 所显示的灰阶就会不 正确 。因此一般 在 面板的 设计 上, 会再加一个 储存 电容 CS(storage capacitor 大 约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新 画面的时候. 不过正确的来说, 长在玻 • 璃上的 TFT 本身,只是一个使用晶体管制作的开关。它 主要的工作是决定 LCD source driver 上的电压是不是 要充到这个点来。至于这个点要充到多高的电压, 以便 显示出怎样的灰阶， 都是由外面的 LCD source driver 来决定的。
液晶电视工作原理、优点及
评判标准
• 近几年，由于液晶屏的关键技术不断取得 突破和价格的不断下滑，液晶电视目前已 经完全 取代了 CRT 电视在家庭、办公、商 场、医院、政府机关单位应用领域的霸主 地位，成为各大企业首选的标配产品。 • 液晶电视产品的迅速普及，对于我们这些 做技术服务的维修人员来说，就意味着一 个新的学习任务摆在了我们的面前。
• ⑸节省能耗。液晶电视的最大耗电量为65W，比 传统电视机节能70%，非常受消费者欢迎。 • 以下相对于我们维修行业 • （6）维修成本低，零件、配件我们培众相当齐 全。而对于客户来说因感觉屏幕大、功能多、机 器贵重，所以我们收取的维修费用往往相对较高。 • （7）工作原理简单，内部结构由五六片电路板 组成，易学易懂。只要大家对液晶电视有兴趣一 个月时间保证同学们可以学的非常好。 • （8）学会了液晶电视的开关电源工作原理，用 处非常大如：办公设备、电脑、家用电器全都要 用到开关电源。俗话言一通百通。
• 偏光板(polarizer) • 从高中物理我们已经了解了光的波动性，光波的行进方 向是与电场及磁场互相垂直 的，同时光波本身的电场 与磁场分量，彼此也是互相垂直的。也就是说行进方向 与电场及磁 场分量，彼此是两两互相平行的。而偏光 板的作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的 • 分量，只准许与栅栏平行的分量通过。所以如果我们拿 起一片偏光板对着光源看，会感觉像 是戴了太阳眼镜 一般，光线变得较暗。但是如果把两片偏光板迭在一起， 那就不一样了。 当 您旋转两片的偏光板的相对角度， 会发现随着相对角度的不同，光线的亮度会越来越暗。 当 两片偏光板的栅栏角度互相垂直时，光线就完全无 法通过了。而液晶显示器就是利用这个特 性来完成的， 利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间，充满液晶, 再利用电场控制液晶转 动，来改变光的行进方向，如 此一来，不同的电场大小, 就会形成不同灰阶亮度了。
• 框胶(Sealant)及 spacer • 在 TFT LCD 的切面结构图中另外还有框胶与 spacer 两种结构成分. 其中框胶的用途, 就是要 让液晶面板中的上下两层玻璃, 能够紧密黏住, 并且提供面板中的液晶分子与外界 的阻隔,所以 框胶正如其名,是围绕于面板四周, 将液晶分子框 限于面板之内. 而 spacer 主 要是提供上下两层 玻璃的支撑, 它必须均匀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, 反而会阻碍光线通过, 也无 法维持上 下两 片玻璃的适当 间隙 • (gap), 会成电场分布不均的现象, 进而影响液晶 的灰阶表现。
• 那么现在就让我们一起来共同学习液晶电视的工作原理和优点。
• 从上图我们可以知道，液晶电视在内部电路结构上主要有以下几 个部分构成： • 1、 驱动板（也叫主板）：主要是用以接收、处理从外部送进来 的模拟（VGA）或者数字（DVI） 视频信号，并通过屏线送出信 号去控制液晶屏（PANEL）正常工作。驱动板上含有 MCU 单元， 它是液晶显示器的检测控制中心和大脑。 • 2、 电源板：用于将 90～240V 的交流电压转变为36V、18V、 24V 12V、5V、3V 等的直流电供给电视机工作。 • 3、 背光板（也叫高压板）：用于将主板或电源板输出的 36V、 24V、18V、12V 的直流电压转变为 PANEL 需要 • 的高频的 1500V～1800V 的高压交流电，用于点亮 PANEL 的背 光灯。 • 电源板和背光板有时 会做在一起也就是所谓的电源背光二合一 板。 • 4、 液晶屏：液晶显示用模块，它是液晶电视的核心部件，其包 含液晶板和驱动电路。 • 其中,液晶屏是液晶显示器内部最为关键的部件，它对液晶显示 器的性能和价格具有决定性的作用。
• 下图是常见的彩色滤光片的排列方式. 条状排列(stripe) 最常使用于 OA 的产品, 也就 是我们常见的笔记型计算 机,或是桌上型计算机等等. 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, 多半都是窗口化的接 口. 也就是说, 我们所看到的屏幕内容,就是 一大堆大小 不等的方框所组成的. 而条状排列,恰好可以使这些方框 边缘, 看起来更笔直, 而不会有一条直线, 看起来会有毛 边或是锯齿状的感觉. 但是如果是应用在 AV 产品上, 就 不一样了. 因为电视信号多半是人物, 人物的线条不 是笔直的, 其轮廓大部分是不规则的 曲线. 因此一开始, 使用于 AV 产品都是使用马赛克排列(mosaic,或是称为 对角形排列). 不过最近的 AV 产品, 多已改进到使用三 角形排列(triangle,或是称为 delta 排列). 除了上 • 述的排列方式之外, 还有一种排列, 叫做正方形排列. 它跟前面几个不一样的地方在于, 它并不是以三个点来 当作一个 pixel,而是以四个点来当作一个 pixel. 而四 个点组合起来 刚好形成一个正方形.
液晶电视的优点
• 液晶电视与传统显像管(CRT) 电视相比有如下优点： • ⑴画面稳定。去掉了场、行扫描方式，从而避免了因 扫描带来的画面闪烁和不稳定； • ⑵图像逼真。采用数字点阵显示模式，将画面的几何失 真率降为零。采用高亮度、高对比度、防反光的液晶屏， 大大增加了电视画面的透亮度和对比度．减少光线的反 射和散射，可看到更明亮、清晰、细腻的画面； • ⑶消除辐射。采用荧光灯透过液晶屏成像，彻底消除了 CRT电子束高压加速轰击荧光粉产生的辐射和静电； • ⑷节省空间。抛掉了庞大的CRT及其它元器件，使整机 机身厚度不超过6cm，薄得可以贴在墙上，能节省存放 空间
• 被动矩阵式 LCD 可分为 TN-LCD (Twisted Nematic-LCD，扭曲 向列 LCD) 、 STN-LCD (Super TN-LCD，超扭曲向列 LCD) 和 DSTN-LCD (Double layer STN-LCD，双层超 扭曲向列 LCD) 三种。TN、STN、DSTN 液晶面板的原理基本相同，不同 之处只是各个液晶分 子的扭曲角度略有差异而已，其中 DSTN （俗称“伪彩”）在早期的笔记本电脑显示器及掌 上游戏机上 广为应用。被动矩阵式 LCD 由于其必须借用外界光源来显像、 可视角较小、反应 较慢、画面质量不高等因素，使得这种显示 设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成本低 廉，市场上仍 有少数显示器采用了被动矩阵式 LCD。对于被动矩阵式 LCD， 由于可以做得更 薄更轻和更省电，如果能在技术上对其进行革 新那对于掌上型电脑和游戏机来说还是非常有 用的。