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液晶显示技术相关培训 LCD相关知识 1 LCD的定义及特点2 LCD的分类3 LCD的结构组成4 LCD的工作原理5 TFTLCD液晶显示器的驱动原理6 LCD的相关参数7 LCD选用时应该关注几个方面8 LCD使用过程中的注意事项 LCD的定义及特点 LCD是LiquidCrystalDisplay的缩写 LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体 两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线 透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向 将光线折射出来产生画面 比CRT的显示效果要好的很多 价格会贵一些液晶显示器件有以下特点 低压微功耗 平板型结构 被动显示型 无眩光 不刺激人眼 不引起眼睛疲劳 显示信息量大 因为像素可以做的很小 易于彩色化 在色谱上可以非常准确的复现 无电磁辐射 对人体安全 利于信息保密 长寿命 这种器件几乎没有什么劣化问题 因此寿命极长 但是液晶背光寿命有限 不过背光部分可以更换 LCD分类 在平板显示器件领域 目前应用较广泛的有液晶 LCD 电致发光显示 EL 等离子体 PDP 发光二极管 LED 低压荧光显示器件 VFD 等常见的液晶显示器按物理结构分为四种1 扭曲向列型 TN TwistedNematic 2 超扭曲向列型 STN SuperTN 3 双层超扭曲向列型 DSTN DualScanTortuosityNomograph4 薄膜晶体管型 TFT ThinFilmTransistor 其中TN LCD STN LCD和DSYN LCD的基本显示原理相同 只是液晶分子的扭曲角度不同而已 STN LCD的液晶分子扭曲角度为180度甚至270度而TFT LCD则采用与TN系列LCD截然不同的显示方式 目前市面上的LCD液晶显示器主要有两类 DSTN dual scantwistednematic 双扫描交错液晶显示 和T thinfilmtransistor 薄膜晶体管显示 也就是被动矩阵 无源矩阵 和主动矩阵 有源矩阵 两种 LCD的结构组成 LCD的主要结构由以下几部分构成 1 液晶屏面框 固定保护液晶屏主体玻璃基板与PCB连接ITO2 液晶屏内部扩散片3 背光部分 塑料框架 液晶屏背光整体支撑4 液晶屏主体 玻璃基板与PCB5 背光部分导光板 将灯管发出的光均匀的导在导光板的平面上6 背光部分反射膜 将灯管发出的光反射显示的正面7 灯管支架后挡架8 液晶屏灯管与灯管支架 各种类型LCD的工作原理 1 扭曲向列型 TN TwistedNematic TN型的显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板的透明导电玻璃间 液晶分子会依附向膜的细沟槽方向 按序旋转排列 如果电场未形成 光线就会顺利的从偏光板射入 液晶分子将其行进方向旋转90度 然后从另一边射出 如果在两片导电玻璃通电之后 玻璃间就会造成电场 进而影响其间液晶分子的排列 使分子棒进行扭转 光线便无法穿透 进而遮住光源 这样得到光暗对比的现象 就叫做扭转式向列场效应 简称TNFE twistednematicfieldeffect 电子领域中所用的液晶显示器 几乎都是用扭转式向列场效应原理制成的缺点 TN液晶显示器本身只有明暗两种情形 或称黑白 并没有办法做到色彩的变化 显示屏幕越大对比度就会显得更差 各种类型LCD的工作原理 2 超扭曲向列型 STN SuperTN STN型的显示原理与TN相类似 不同的是将入射光旋转180 270度而STN液晶显示器由于液晶材料的关系 以及光线的干涉现象 因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主 但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片 colorfilter 并将单色显示矩阵之任一像素 pixel 分成三个子像素 sub pixel 分别通过彩色滤光片显示红 黄 蓝三原色 再经由三原色比例之调和 也可以显示出全彩模式的色彩 各种类型LCD的工作原理 3 双层超扭曲向列型 DSTN DualScanTortuosityNomograph DSTN是通过双扫描方式来扫描扭曲向列型液晶显示屏 从而达到完成显示目的DSTN的工作特点是这样的 扫描屏幕被分为上下两部分 CPU同时并行对这两部分进行刷新 双扫描 这样的刷新频率虽然要比单扫描 STN 重绘整个屏幕快一倍 提高了占空率 改善了显示效果 而且当DSTN分上下两屏同时扫描时 上下两部分就会出现刷新不同步的问题 所以当内部电子元件的性能不佳时 显示屏中央可能会出现一条模糊的水平亮线 由于DSTN显示屏上的像素信息是由屏幕左右两侧的一整行晶体管控制下的像素来显示 而且每个像素点不能自身发光 是无源像点用户能感觉到拖尾 余辉 现象 也就是一般俗称的 伪彩DSTN显示屏上每个像素点的亮度和对比度都不能独立控制 造成其显示效果欠佳 由这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度都比较差 屏幕观察范围也较小 色彩不够丰富 特别是反应速度慢 不适于高速全动图像 视频播放等应用 一般只用于文字 表格和静态图像处理 但是它结构简单并且价格相对低廉 耗能也比TFT LCD少 而视角小也可以通过防止窥视屏幕内容达到保密作用 结构简单也减小整机体积和重量 因此 在少数笔记本电脑中仍采用它作为显示设备 各种类型LCD的工作原理 4 薄膜晶体管型 TFT ThinFilmTransistor 所谓薄膜晶体管 是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后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TFT型的液晶显示器较为复杂 主要是由 萤光管 导光板 偏光板 滤光板 玻璃基板 配向膜 液晶材料 薄模式晶体管等等构成 首先 液晶显示器必须先利用背光源 也就是萤光灯管投射出光源 这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶 这时液晶分子的排列方式就会改变穿透液晶的光线角度 然后这些光线还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板 因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩 这样就能在液晶面板上变化出有不同色调的颜色组合了 TFT LCD的每个像素点都是由集成在自身上的TFT来控制的 它们是有源像素点 因此 不但反应时间可以极大地加快 起码可以到80ms左右 对比度和亮度也大大提高了 同时分辨率也得到了空前的提升它具有更高的对比度和更丰富的色彩 荧屏更新频率也更快 所以我们称之为 真彩 薄膜晶体管型LCD的特点及应用 TFT的主要特点是 在每个像素配置一个半导体开关器件 其加工工艺类似于大规模集成电路 由于每个像素都可通过点脉冲直接控制 使得每个节点相对独立 并可以连续控制 TFT不仅提高了反应时间 同时在灰度控制上也可以做到非常精确 这就是TFT色彩较DSTN更为逼真的原因 TFT LCD具有屏幕反应速度快 对比度和亮度都较高 屏幕可视角度大 色彩丰富 分辨率高等等特点 克服了两者的原有的许多缺点 目前桌面型显示器就是使用薄膜晶体管原理制而成的但也存在着比较耗电和成本较高的不足 TFTLCD液晶显示器的驱动原理 TFTLCD液晶显示器的驱动原理有的由于Cs storagecapacitor 储存电容架构不同 所形成不同驱动系统架构的原理 Cs storagecapacitor 储存电容的架构一般最常见的储存电容架构有两种 分别是Csongate与Csoncommon这两种 这两种顾名思义就可以知道 它的主要差别就在于储存电容是利用gate走线或是common走线来完成的 储存电容主要是为了让充好电的电压 能保持到下一次更新画面的时候之用 所以我们就必须像在CMOS的制程之中 利用不同层的走线 来形成平行板电容 而在TFTLCD的制程之中 则是利用显示电极与gate走线或是common走线 所形成的平行板电容 来制作出储存电容Cs TFTLCD液晶显示器的驱动原理 Csongate由于不必像Csoncommon一样 需要增加一条额外的common走线 所以它的开口率 Apertureratio 会比较大 而开口率的大小 是影响面板的亮度与设计的重要因素 所以现今面板的设计大多使用Csongate的方式 但是由于Csongate的方式 它的储存电容是由下一条的gate走线与显示电极之间形成的gate走线 顾名思义就是接到每一个TFT的gate端的走线 主要就是作为gatedriver送出信号 来打开TFT 好让TFT对显示电极作充放电的动作 所以当下一条gate走线 送出电压要打开下一个TFT时 便会影响到储存电容上储存电压的大小 不过由于下一条gate走线打开到关闭的时间很短 以1024 768分辨率 60Hz更新频率的面板来说 一条gate走线打开的时间约为20us 而显示画面更新的时间约为16ms 所以相对而言 影响有限 所以当下一条gate走线关闭 回复到原先的电压 则Cs储存电容的电压 也会随之恢复到正常 这也是为什么 大多数的储存电容设计都是采用Csongate的方式的原因 TFTLCD液晶显示器的驱动原理 common走线 我们在这边也需要顺便介绍一下 不管您采用怎样的储存电容架构 Clc的两端都是分别接到显示电极与common 既然液晶是充满在上下两片玻璃之间 而显示电极与TFT都是位在同一片玻璃上 则common电极很明显的就是位在另一片玻璃之上 如此一来 由液晶所形成的平行板电容Clc 便是由上下两片玻璃的显示电极与common电极所形成 而位于Cs储存电容上的common电极 则是另外利用位于与显示电极同一片玻璃上的走线 这跟Clc上的common电极是不一样的 只不过它们最后都是接到相同的电压就是了 TFTLCD液晶显示器的驱动原理 每一个TFT与Clc跟Cs所并联的电容 代表一个显示的点 而一个基本的显示单元pixel 则需要三个这样显示的点 分别来代表RGB三原色 以一个1024 768分辨率的TFTLCD来说 共需要1024 768 3个这样的点组合而成 整片面板的大致结构就是如此gatedriver所送出的波形 依序将每一行的TFT打开 好让整排的sourcedriver同时将一整行的显示点 充电到各自所需的电压 显示不同的灰阶 当这一行充好电时 gatedriver便将电压关闭 然后下一行的gatedriver便将电压打开 再由相同的一排sourcedriver对下一行的显示点进行充放电 如此依序下去 当充好了最后一行的显示点 便又回过来从头从第一行再开始充电 以一个1024 768SVGA分辨率的液晶显示器来说 总共会有768行的gate走线 而source走线则共需要1024 3 3072条 以一般的液晶显示器多为60Hz的更新频率来说 每一个画面的显示时间约为1 60 16 67ms 由于画面的组成为768行的gate走线 所以分配给每一条gate走线的开关时间约为16 67ms 768 21 7us 所以在图3gatedriver送出的波形中 我们就可以看到 这些波形为一个接着一个宽度为21 7us的脉波 依序打开每一行的TFT 而sourcedriver则在这21 7us的时间内 经由source走线 将显示电极充放电到所需的电压 好显示出相对应的灰阶 LCD的相关参数 我们在确认一个新的LCD物料时 要注意以下几个参数 LCDType LCD类型 Displaycolor 显示颜色 ViewingDirection 视觉角度 ActiveArea W H 显示有效区域 NumberofDots 显示像素点 Controller 使用的控制IC VDD 工作电压 OutlineDimensions 外形尺寸 Backlight 背光灯颜色 OperatingTemperature 工作温度 StorageTemperature 储存温度 Weight 重量 DataTransfer 数据传输方式 PolarizerMode 偏转方式 LCD选用时应该关注几个方面 我们在选用LCD时要从以下几方面去选择符合自己需要的LCD 1 色彩方面 色彩 亮度 对比度 视角 色温 色彩第一位选择的重要参数2 速度方面 响应时间 刷新率 帧速 响应时间 液晶单元从某种颜色变换到另一种颜色所需要的时间 刷新率 显示器更新画面的频率对于影片来说 帧速 是指每秒播放的画面数 对于3D游戏来说 帧速是显卡每秒生成的画面数 即通常说的FPS值 本文中为便于讲解 帧速指FPS值 LCD选用时应该关注几个方面 3 像素方面 坏点 点距 分辨率 最佳分辨率 坏点 由于某种故障而始终只显示一种颜色的液晶单元 坏点包括3种 亮点 白点 始终白色 暗点 始终黑色 不亮 色点 始终是某种特定颜色厂商的 无亮点 承诺 其实是指不含白点和色点 点距 每个液晶单元中心到相邻液晶单元中心的距离 最佳分辨率 液晶的最佳分辨率就是最高分辨率 在这个分辨率下 每个液晶单元负责显示一个像素 是最清楚的 各尺寸的液晶最佳分辨率也不同 标准15寸是1024 768 17寸 19寸均为1280 1024 20寸的是1600 1200 LCD使用过程中的注意事项 1 液晶显示器使用时 不允许施加直流电压 驱动电压的直流成分最大不能超过50mV LCM在焊接时应注意只焊I O接口 且烙铁温度不高于260 烙时一次不超过3 4秒 焊接次数最多不超过3 4次 焊剂应最好使用高质量焊剂 焊后 应注意把PCB板清洁 2 LCD装机时 应确保器件的导电线接触面积充分大 并保持整个接触面压力均衡 注意拧螺丝的压力应均衡 固定框要求平整 光滑 固定框的压力应尽可能加在该器件的四周封接框上 LCM在装配时 要注意操作人的充分接地 使用的烙铁及其它器具均应保持良好的接地 焊接应注意保护LCD表面 以免焊剂溅落于表面造成破坏 3 LCD与LCM防潮 潮湿会使LCD的玻璃表面电阻降低 造成显示不正常 且易使LCM电极腐蚀4 器件不宜长期受阳光直射及紫外线的照射 以免影响使用寿命 器件不宜存放在高温 高湿或有腐蚀 挥发性化学物品环境中 以免使LCD变色 LCM电极腐蚀 失去正常的显示功能 LCM应放在有抗静电的包装或器具里 5 LCD的上下两面贴的偏光片切勿沾上有机溶剂 因偏光片材质较软 装机使用过程中 避免硬物顶伤 压伤器件的上下两面 且不能使用粗 硬的布擦拭偏光片 LCM在操作过程中请勿接触油脂类东西 谢谢大家