LCD结构工作原理.ppt

LCD结构工作原理 液晶电视和等离子电视的区别 等离子电视 PDP 和液晶电视 LCD 都属于平板电视 它们就像双胞胎 虽然表面上十分相像 但本质上却有很大差别 其中两者的最大的区别在于使用的面板不同 也就是说它们的成像原理大不一样 等离子电视 等离子电视的成像原理是通过在两张薄玻璃板之间充填混合气体 施加高压电压使之产生等离子气体 使它产生紫外线来激发磷光物质发光然后使等离子气体放电 与基板中的荧光体发生反应 产生彩色影像 等离子电视机最大的优势就是屏幕大 最小也是42英寸 这让液晶电视机好生羡慕 另外其还不受磁力和磁场的影响 具有机身薄 重量轻 屏幕大 画面清晰 失真度小等优点 等离子电视优劣 等离子电视的最大特点就是不存在视角问题 在各个角度都能清晰观看 其实等离子电视还有很多其他的优势 高清晰度最佳数码显示 优良的数据和视频能力 在室外及普通居室光线下均可视 没有光学 图象失真 可以简单的说 等离子电视呈现出来的图像 比较暗 并不像液晶那样绚丽 但是更接近真实 等离子电视同样存在着一些缺点 其显示面板使用寿命相对于液晶电视来说比较低 而且耗电量高 相比液晶和传统CRT电视机 等离子的耗电量是很惊人的 一般40英寸的等离子电视机的耗电量都在300W以上 高耗电量势必造成机体发热速度快 等离子电视机的巨大散热量 对该产品的整体制造工艺也是一个考验 液晶电视 液晶电视是在两张玻璃之间的液晶内 加入电压 通过分子排列变化及曲折变化再现画面 屏幕通过电子群的冲撞 制造画面并通过外部光线的透视反射来形成画面 液晶电视的最大优点在于液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的 即使屏幕加大 它的体积也不会成正比的增加 而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多 液晶电视的重量大约是传统电视的1 3 同时在使用寿命上 用30英寸液晶电视替代32英寸显像管电视 每年每台可节约电能71千瓦 液晶电视的使用寿命一般为5万个小时 比普通电视机的寿命长得多 液晶电视优劣 液晶电视拥有16 7百万的色彩 画面层次分明 颜色绚丽真实 分辨率大 清晰度高 液晶面板没有幅射 只有来自驱动电路的少量电磁波 只要将外壳严格密封即可排除电磁波外泄 所以液晶面板有称为冷显示器或环保显示器 液晶电视不存在屏幕闪烁现象 耗电量低 使用寿命长 液晶电视的使用寿命一般为6 7万个小时 比等离子电视的寿命长20 左右 液晶电视的高亮度 绚丽画面可以说是一把双刃剑 是其优点同样也是其缺点的根源 液晶电视的画面之所以亮丽 是因为面板后面的灯管亮度调节的高 但是灯管由于长期使用会老化 所以液晶电视的图像会有越来越暗淡的趋势 当灯管亮度不够的时候 画面的绚丽色彩就再也不见了 还有坏点问题是困扰液晶电视机的一个最大问题 液晶显示面板上的坏点是无法维修的 只能更换液晶显示面板 而液晶显示面板几乎占据了整台液晶电视机约70 的成本 LCD 名词解释 TFT ThinFilmTransistor薄膜电晶体LC LiquidCrystal液态晶体CF ColorFilter彩色滤光片ITO IndiumTinOxides透明导电膜 纳米铟锡金属氧化物 Pol Polarizer偏光板BLU BacklightUnit背光源 LC 液晶是一种介于固态和液态之间的有机化合物 依分子排列的有序性来分 层状液晶 Sematic 线状液晶 Nematic 胆固醇液晶 cholesteric 柱状液晶 discoid 液晶的光电特性 n 折射係數 光線穿透液晶時影響光線行進路線的特性 介電係數 液晶受電場的影響決定液晶分子轉向的特性 由于其液晶分子长的像棒状 它有两个折射率 分别为垂直于液晶长轴方向n ne 及平行液晶长轴方向n no 两种 所以当光入射液晶时 便会受到两个折射率的影响 造成在垂直液晶长轴与平行液晶长轴方向上的光速会有所不同 TN型液晶多为介电系数异方性为正型的液晶 代表平行方向的介电系数比垂直方向的介电系数大 因此当液晶分子受电场影响时 其排列方向会倾向平行于电场方向 TFT Vg为定值时 ID随Vd增大而增大 且在达到最大值后基本保持常数 在VdVg V0时 ID基本保持最大值不变 TFT ThinFilmTransistor 是指薄膜晶体管 意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动 从而可以做到高速度 高亮度 高对比度显示屏幕信息 Polarizer 偏光板的相对位置 相互平行 相互垂直 NB NW ITO ITO具有很好的导电性和透明性 可以切断对人体有害的电子辐射 紫外线及远红外线 目前ITO膜层之电阻率一般在5 10 4左右 已接近金属的电阻率 ITO会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变 且在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应 形成其它导电和透过率不佳的反应物质 LC预倾角度 作用 液晶分子会依配向膜的沟槽方向 角度 依序旋转排列 因为如果是光滑的平面 液晶分子间虽有一定之夹角 但它是随机散乱分布 会造成光线的散射 形成漏光的现象 所以需有一特定表层使之能规则的排列 达到欲控制 显示 的目标 1 ViewAngle预倾角不同 液晶分子排列 偏振光路径 视角不同 2 驱动电压预倾角不同 液晶需站起的角度不同 驱动力量不同 驱动电压不同 乱度大 显示效果不均 方向 角度均具一定规格性 显示均匀 光与液晶分子 当线性偏振光射入上层槽状表面时 此光线随着液晶分子的旋转也产生旋转 当线性偏振光射出下层槽状表面时 此光线已经产生了90度的旋转 画面亮度控制过程 TFT LCD的穿透率 开口率 液晶分子中光线能透过的有效区域的比例 即液晶分子中有效的透光区域与全部面积的比例 开口率 B A 100 TFT LCD面板的宿命 光学穿透率不佳 原因 1 TFT的开口率 约60 以上 2 CF的滤光效率 约1 3上下 3 偏光板的极化效率 含两片吸收 约40 上下 结论 提高开口率 增加亮度 省电 1 不同压差有不同穿透率 2 相同压差 不同极性的电压穿透率接近 穿透率 偏光板 50 因为其只准许单方向的极化光波通过 玻璃 95 需要计算上下两片 液晶 95 开口率 50 有效透光区域只有一半 彩色滤光片 27 假设材质本身的穿透率为80 但由于滤光片本身涂有色彩 只能容许该色彩的光波通过 以RGB三原色来说 只能容许三种其中一种通过 所以仅剩下三分之一的亮度 所以总共只能通过80 33 27 以上述的穿透率来计算 从背光板出发的光线只会剩下6 实在是少的可怜 这也是为什么在TFTLCD的设计中 要尽量提高开口率的原因 只要提高开口率 便可以增加亮度 而同时背光板的亮度也不用那么高 可以节省耗电及花费 3D电影原理 这要从人眼看物体说起 人的两只眼睛同时观察物体 不但能扩大视野 而且能判断物体的远近 产生立体感 这是由于人的两只眼睛同时观察物体时 在视网膜上形成的像并不完全相同 左眼看到物体的左侧面较多 右眼看到物体的右侧面较多 这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后 远近 从而产生立体视觉 立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像 制成电影胶片 在放映时 通过两个放映机 把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映 使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上 这时如果用眼睛直接观看 看到的画面是模糊不清的 要看到立体电影 就要在每架电影机前装一块偏振片 它的作用相当于起偏器 从两架放映机射出的光 通过偏振片后 就成了偏振光 左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直 因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直 这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处 偏振光方向不改变 观众用上述的偏振眼镜观看 每只眼睛只看到相应的偏振光图象 即左眼只能看到左机映出的画面 右眼只能看到右机映出的画面 这样就会像直接观看那样产生立体感觉 这就是立体电影的原理 目录 1 LCD结构2 LCD显示方式3 LCD显示原理4 LCDTYPE5 LCD驱动方式 LCD的结构 一般LCD的组成 1 玻璃 2 偏光片 3 框胶 4 ITO ITO是LCD上的导电层 学名是氧化铟锡 层 5 配向膜 6 液晶 7 SPACER 一 LCD显示方式 1 Positive上下两层偏光片不同 没有加电源时LCD是透明的 多用于反射 半穿透的液晶显示 2 Negative上下两层的偏光片相同 没有加电源时LCD是黑色的 多用于全透的液晶显示 二 LCD显示原理 基本上 LCD是藉由电场加于液晶 改变其双折射现象 并配合偏光片来决定光的路径 1 偏光片的使用 使用偏光片 可決定光的行進路線 2 液晶的定向 可使液晶分子呈现规则的排列 3 液晶定向后 可使液晶分子呈现规则的排列 达到扭转的功能 不同型态之LCD有不同的扭转角 4 加入电场后的液晶 当所加的电场强度高于液晶的临限电压时 改变原有的扭转排列状态 5 液晶与偏光片的效应组合 未加电压 当光线通过上层偏光片 以一特定的方向进入LCD后 藉由液晶的扭转将光路径旋转至特定之角度 而得以穿透下层偏光片的透过轴向 施加电压 原有液晶分子排列的状态经过施加电压后 已失去了旋转光路径的功能 因此光线无法透过直交的偏光片 二 LCDTYPE LCD与不同偏光片的搭配 需要连续使用背光源 一般在外部环境光线差的情况下使用 一般在白天户外和光线良好的环境下使用 底偏光片能部分反光 一般带背光源 光线好的时候 可关掉背光源 光线差时 可点亮背光源使用LCD 二 LCD驱动方式 1 Static 静态 a 驱动原理 数字信号 如下图所示当方格内之信号为1时 则此时LCD点亮 反之 若方格内为0时 则此时LCD为不点亮的状态 2 驱动方法 将每一个字节分别拉出一个Segment与Common相对应 且单独驱动 不与其它Segment复合使用 当COM与SEG相减后 有AC电压信号 大于液晶的启始电压Vth 此SEG相对应的字节便会点亮 反之 COM与SEG相减后电压为0V 此字节将不会被点亮 在图中 tr 译为上升时间 表示液晶材料在施加电压后透光性由90 减少到10 的时间 tf 译为下降时间 表示去掉电压后液晶材料透光性从10 增加到90 的时间 我们所说的响应时间就是上升时间加上下降时间的总时间 从画面刷新速度来说 每秒60帧的流畅画面需要基本的16ms的响应时间 那么是不是16ms的响应时间就足够了呢 以16毫秒响应时间LCD为例 这种显示器的上升时间为5毫秒 下降时间为11毫秒 那么我们想象一种极端状态 以16毫秒为一个周期向LCD显示器输出黑白相间的图像信号 就是让LCD显示器用16毫秒时间显示纯白图像 再用16毫秒显示纯黑图像 那么实际显示过程是什么样的呢 假设首先画面是纯白图像 液晶透光性为90 16毫秒后 LCD显示器收到需要转变为黑色图像的信息 LCD花5毫秒时间将液晶透光性减少到10 然后画面才显示出黑色 持续了11毫秒的黑色之后 5毫秒加11毫秒就是16毫秒 一个周期 画面又需要显示为白色 液晶材料就需要花费11毫秒的下降时间才能将透光性10 的黑色变为透光性90 的白色 显示白色5毫秒后 11毫秒加5毫秒为16毫秒的一个周期 液晶又转变为黑色 从图2中我们可以看到 尽管16毫秒响应时间的LCD达到了每秒60帧的画面刷新速度 但在实际显示时 有一半的时间花费到了颜色状态的转换中 这段时间内LCD所显示的颜色并不是真正需要显示的颜色 在这种情况下 我们从LCD看到的画面也就失真了 这就好像一个人来回在两地之间出差 尽管现在有了朝发夕至的列车 能够一天之内在两个城市之间跑个来回 但列车速度还不够快 花在路上的时间还比较长 所以这人达到每个城市后完成相应工作的时间还是紧巴巴的 因此 虽然16毫秒响应时间的LCD达到了每秒60帧的刷新速度 我们依然需要更快响应时间的LCD 目的就是尽量减少像素亮度变换的中间状态 让LCD显示的图像更为准确 当然 需要液晶材料从90 透光变为10 透光只是极端情况 更多的时候我们是需要LCD的像素点从50 透光变为70 透光或者20 透光 因此可能比这个状态变化时间更短 显示正确色彩的时间也就更长一些 但变化的过程同样花费了时间 更短响应时间 如12毫秒 8毫秒 5毫秒等响应时间的LCD显示器则更能显示正常色彩的画面