From www.fpdclub.net LCD PANEL 培训教材 （液晶产品专业知识） 整理： 审核： 核准： 售后服务技术支持部(内部资料 ) JUL-07-04 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 液晶产品专业知识 (培训教材目录) 一、液晶显示器基本常识……………………………3 二、液晶显示器件的结构……………………………5 三、液晶显示器件的基本性能………………………7 四、液晶显示器件的基本参数………………………8 五、IC 与 LCD 的常见连接方式……………………12 六、LCD 专业术语解释…………………………… 13 七、液晶显示原理……………………………………14 八、液晶显示器件的驱动……………………………16 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 一、液晶显示器基本常识 1. 晶显示器（LCD） 目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机周边中拥有悠久历史的 显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前提之下，传统的显示方式如 CRT 映像管显 示器及 LED 显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需 求。而液晶显示技术的发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体 积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。 2. 液晶的诞生 要追溯液晶显示器的来源，必须先从「液晶」的诞生开始讲起。在公元 1888 年，一位奥 地利的植物学家，菲德烈．莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发现了一种特殊的物质。他从植 物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外的发现 此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之 间，有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质， 也由于其独特的状态，后来便把它命名为「Liquid Crystal」，就是液态结晶物质的意思。不 过，虽然液晶早在 1888 年就被发现，但是真正实用在生活周遭的用品时，却是在 80 年后的 事情了。 公元 1968 年，在美国 RCA 公司（收音机与电视的发明公司）的沙诺夫研发中心，工程师 们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏 转的现象。利用此一原理，RCA 公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尔后，液晶显示 技术被广泛的用在一般的电子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器 （因为有辐射计量的考虑）或是数字相机上面的屏幕等等。 令人玩味的是，液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早，但世人了解此一现象的并不 多，直到 1962 年才有第一本，由 RCA 研究小组的化学家乔．卡司特雷诺（Joe Castellano） 先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的，这两项技术虽然都是由美国的 RCA 公司所发 明的，却分别被日本的新力（Sony）与夏普（Sharp）两家公司发扬光大。 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 3. LCD 基本常识 液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只 需很小能量。正因为低功耗和小型化使 LCD 成为较佳的显示方式。液晶显示所用的液晶材料 是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场 作用下能改变其排列方向。 对于正性 TN-LCD，当未加电压到电极时，LCD 处于"OFF"态，光能透过 LCD 呈白态；当在电 极上加上电压 LCD 处于"ON"态，液晶分子长轴方向沿电场方向排列，光不能透过 LCD，呈黑态。 有选择地在电极上施加电压，就可以显示出不同的图案。 对于 STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以对比度更好，视角更宽。STN-LCD 是基于双折射原 理进行显示，它的基色一般为黄绿色，字体蓝色，成为黄绿模。当使用紫色偏光片时，基色会 变成灰色成为灰模。当使用带补偿膜的偏光片，基色会变成接近白色，此时 STN 成为黑白模即 为 FSTN,以上三种模式的偏光片转 90°，即变成了蓝模，效果会更佳。 4. 液晶显示器的种类 液晶显示器，英文通称为 LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的一种，依驱 动方式来分类可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动 （Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型（Twisted Nematic；TN）、 超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩 阵型大致可区分为薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二极管型 （Metal/Insulator/Metal；MIM）二种方式。（详细的分类请参考附图） From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net TN、STN 及 TFT 型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉原理之不同，在視角、彩色、對比 及動畫顯示品質上有高低程次之差別，使其在產品的應用範圍分類亦有明顯區隔。以目前液晶 顯示技術所應用的範圍以及層次而言，主動式矩陣驅動技術是以薄膜式電晶體型（TFT）為主 流，多應用於筆記型電腦及動畫、影像處理產品。而單純矩陣驅動技術目前則以扭轉向列 （TN）、以及超扭轉向列（STN）為主，目前的應用多以文書處理器以及消費性產品為主。 在這之中，TFT 液晶顯示器所需的資金投入以及技術需求較高，而 TN 及 STN 所需的技術及 資金需求則相對較低。 二、液晶显示器件的结构 下图是一个反射式 TN 型液晶显示器的结构图. From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶， 四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直 径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化甸-氧化锡（简称 ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。 液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特 定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理；也可以通过在玻 璃表面以一定角度用真空蒸镀氧化硅薄膜来制备。 在 TN 型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平 行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面 的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐 扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了 90°（参见下图），这就是扭曲向列型液晶显示器名 称的由来。 实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是与其成一定的角度， 这个角度称为预倾角，一般为 1°~2°。 液晶盒中玻璃片的两个外侧分别有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字 的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。 偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 我们通常所见的多是反向型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏振片后还贴有一片反 光片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒的同一侧。 TN、HTN、STN 的结构： FSTN、ECB-Multi-color STN 的结构： Color STN的结构： 三、液晶显示器件的基本性能 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net  电光性能：LCD 光学透过率随电压变化的曲线，如图 1。  响应速度：LCD 加电压后，透过率变化的快慢程度，如图 2。  对 比 度：LCD 在选态透过率与非选态透过率的比值。如图 3。  视 角 图：LCD 在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图 4。  温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起 LCD 的阈 值、透过光谱等会随温度漂移。  频率响应：LCD 只能工作在一个适当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶 分子跟不上电场变化。  LCD 功耗：指单位显示面积的电流密度。  寿命： 1) 工业品保证 100000 小时。 2) 民用品保证 50000 小时。 3) 其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。 四、液晶显示器件的基本参数 LCD显示类型 TN型： From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net STN型： 显示模式 背景 前景 黄 绿 模 黄绿色 蓝黑色 蓝 模 蓝色 白色 灰 模 灰白色 深蓝色 黑白模 白色 黑色 照明方式 LCD 有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。(1)反射型 LCD 的底偏光片后面加了一 块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。(2)全透型 LCD 的底偏光片是全透偏光 片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。(3)半透型 LCD 是处于以上两者之 间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，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。 LCD 显示方式还分正性和负性。正性 LCD 呈现白底黑字，在反射和半透型 LCD 中显示最 佳；负性 LCD 呈现黑底白字，一般用于全透型 LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。 正显模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 负显模式（黑底白字）NEGATIVE TYPE 温度特性 TN STN 类型 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ Ⅱ 工 作 温 度 （℃） 0～50 -10～60 -20～70 -30～80 0～50 -20～70 储 存 温 度 （℃） -20～60 -20～70 -30～80 -40～90 -20～60 -30～80 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net LCD 的采光技术 显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠调制外界光实现显示的。外界光是 液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光， 不仅可以保证和提高液晶显示的质量，而且 一般液晶显示的采光技术分为自然光采光技术 和外光源设置技术。而外光源设置上，又有背光源、前光源和投影光源三类技术。 这里， 我们就较为常见的背光源作简单介绍: 一. 背光源采光技术的两大任务是： 1.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用； 2.提高背景光亮度，改善显示效果。 二. 分类： 现对常用的背照明光源，按如下分类说明： 光源种类 LED EL（电致发光） CCFL 寿命(小时) 100,000 (半衰期)2000～5000 (半衰期）5000～8000 优点 寿命长 分光特性好,无亮斑,薄而 轻,耐振抗冲击 在可见光范围光谱峰值可任选, 亮度高,寿命长，适于彩色化 特点 缺点 单色光，调光难 寿命短，电压高 不能调光，驱动电压高，有一定 厚度 发光方式 边光 背光 一般为边光 工作电压 60～200V 推荐工作电 压 3.8～4.5V 70～110V 500～1000V 工作频率 - 50～1000Hz 推荐工作频 率 - 400～700Hz 20KHz 工作电流 不定(由 LED 的数 量决定） 0.1～0.25mA/cm 2 4～6mA 电容值 - 100～1000pF/cm 2 工作温度 -30℃～+50℃ +10℃～50℃ 存储温度 -40℃～+60℃ -20℃～60℃ 存储湿度 <70%RH 亮度 3000～35000cd/m 2 功耗 不定(由 LED 的数 量决定) 1～4W 颜色种类 黄、红、绿、橙、 白 EL 是低亮度照明光源，发 光颜色仅绿色、蓝绿色、 橙色。 白色 外接元器件 外接 5V 电源时须 限流 需 DC-AC 逆变器 需 DC-AC 逆变器,串联限流电阻 100KΩ～200KΩ 全透型和半全透型 LCD 一般都需要加背光源，其放置位置根据实际情况下面介绍几种常见 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 的背光源： EL 背光 LED 背光 CCFL 背光 电致发光(EL)：EL 背光源厚度薄，重量轻、发光均匀。它可用于不同颜色，但最常用于 LCD 白光背光。EL 背光源功耗低，只需电压 80-110VAC，通过变压器将 5V,12V 或 24VDC 转 变得到。EL 背光源的半衰期约为 2000-5000 小时。 发光二极管(LED):LED 背光源主要用于字符型模块。比 EL 寿命更长（最少 5000 小时）， 光更强，但能耗更大。作为固态装置，它直接使用 5VDC。LCD 一般直接排列在 LCD 的后面， 厚度要增加 5mm，LED 可以发不同颜色的光，最常见的是黄绿光。 冷阴极荧光灯(CCFL):CCFL 能够提供能耗低，光亮强的白光。它由冷阴极荧光管发光， 通过散射器将光均匀分散在视窗区。侧背光源体积小，能耗低，但 CCFL 需要一个变压器来 供应 270-300VAC 的电源。它主要用于图形 LCD，寿命达 10000-15000 小时。 LCD 的视角 视角简单地说就是显示图案能看得清楚的角度。它是由定向层的摩擦方向决定，不能 通过旋转偏光片改变。视角以时针的钟点来命名，如 6:00 视角，12:00 视角等等。6:00 视角就是指在 6 点时针的平面方向到法线方向这个区域 LCD 显示效果理想；12:00 视角是 指 12 点时针的平面到法线方向区域显示理想。 LCD 的视角是由 LCD 显示屏在仪器上的位置来确定。例如计算器一般放在桌上或拿在 手上使用，LCD 做成 6:00 视角最好。有些仪器上的 LCD 屏装在低于人眼视线以下，一般做 成 12:00 视角。汽车上的时钟一般装在驾驶员的右边，做成 9:00 的视角最佳。 LCD 视角示意图 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net LCD 模块 早期液晶显示器只生产 LCD 屏，驱动部分由客户自己设计制作。目前 LCD 生产厂家把 LCD 屏连接到 COB 板（带 IC 的 PCB 板）上，就做成了 LCD 模块。LCD 模块分字符型模块和图象 型模块。字符模块有 1~4 行，划分 16~40 个字块，每个字块由 5x7 点阵组成。每个字块单 独驱动。图象型模块由多行多列的点阵象素组成，每个象素单独驱动，可显示文本、图象 或同时显示文本和图象。图象型模块需要 IC 来控制，这种控制 IC 有些也装在 LCD 模块上。 < normal">字符型模块可使用 TN-LCD 或者 STN-LCD，但图象型模块都是采用 STN-LCD。大 多数模块的背光源可用 EL 或者 LED。 五、IC 与 LCD 的常见连接方式 IC 与 LCD 的常见连接方式 SMT 是英文"Surface mount technology"的缩 写即表面安装技术，这是一种较传统的安装 方式。其优点是可靠性高，缺点是体积大， 成本高，限制 LCM 的小型化。 COB 是英文"Chip On Board"的缩写 即芯片被 邦定（Bonding)在 PCB 上，这样可省去 PCB 板等料件，可大大的模块减少体积，同时在 价格方面也可降低成本。由于 IC 制造商在 LCD 控制及相关芯片的生产上正 在减小 QFP（SMT 的一种）封装的产量，因此，在 今后的产品中传统的 SMT 方式将被逐步取 代。 TAB 是英文"Tape Aotomated Bonding"的缩写 即各向异性导电胶连接方式。将封装形式为 TCP（Tape Carrier Package 带载封装)的 IC 用各向异性导电胶分别固定在 LCD 和 PCB 上。这种安装方式可减小 LCM 的重量、 体 积、安装方便、可靠性较好！ COG 是英文"Chip On Glass"的缩写 即芯片 被直接邦定在玻璃上。这种安装方式可大大 减小整个 LCD 模块的体积，且易于大批量生 产，适用于消费类电子产品用的 LCD，如： 手机、PDA 等便携式电子产品。这种安装方 式在 IC 生产商的推动下，将会是今后 IC 与 LCD 的主要连接方式。 COF 是英文"Chip On Film"的缩写 即芯片被 直接安装在柔性 PCB 上。这种连接方式的集 成度较高，外围元件可以与 IC 一起安装在 柔性 PCB 上，这是一种新兴技术，目前已进 入试生产阶段。 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 六、LCD专业术语解释 LCD： Liquid Crystal Display 液晶显示 LCM：Liquid Crystal Module 液晶模块 TN ：Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏转 90° STN： Super Twisted Nematic 超级扭曲向列。约 180~270°扭曲向列 FSTN：Formulated Super Twisted Nematic 格式化超级扭曲向列。一层光程补偿片加于 STN ，用于单色显示 TFT：Thin Film Transistor 薄膜晶体管 COB： Chip On Board 通过邦定将IC裸片固定于印刷线路板上 COF：Chip On FPC 将IC固定于柔性线路板 上 COG ：Chip On Glass 将芯片固定于玻璃上 Backlight ： 背光 LED Light Emitting Diode 发光二极管 EL Electro Luminescence 电致发光。EL层由高分子量薄片构成 Inverter ： 逆变器 OSD ： On Screen Display 在屏上显示 DVI ： Digital Visual Interface （VGA）数字接口 LVDS：Low Voltage Differential Signaling 低压差分信号 IC：Integrate Circuit 集成电路 TCP ： Tape Carrier Package 柔性线路板 Duty：占空比，高出点亮的阀值电压的部分在一个周期中所占的比率 CCFL(CCFT) ： Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷阴极荧光灯 PDP ： Plasma Display Panel 等离子显示屏 CRT ：Cathode Radial Tube 阴极射线管 VGA ：Video Graphic Array 视频图形阵列 PCB ：Printed Circuit Board 印刷电路板 Composite video： 复合视频 NTSC ：National Television Systems Committee NTSC制式,全国电视系统委员会制式 PAL ： Phase Alternating Line PAL制式(逐行倒相制式) SECAM： SEquential Couleur Avec Memoire SECAM制式(顺序与存储彩色电视系统) VOD ：Video On Demand 视频点播 DPI ：Dot Per Inch 点每英寸 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 七、液晶显示原理 TN型液晶显示原理 TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示 器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。 图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光 板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃基板。 （1）不加电场的情况 下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转 90 度，离 开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电 极面呈光亮。 （2）当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致， 液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光 片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。 其显像原 理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向 膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光会顺利的从偏光板射入，依液晶 分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导电玻璃通电之后，两片玻璃 间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿 透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE （twisted nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用 扭转式向列场效应原理所制成。 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net STN 液晶显示原理 STN 型的显示原理与 TN 相类似，不同的是 TN 扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋 转 90 度，而 STN 超扭转式向列场效应是将入射光旋转 180~270 度。 要在这里说明的是，单纯的 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。而 STN 液晶显示器牵涉液晶材料的关系，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（color filter），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、绿、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。另外，TN 型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得 较差，不过藉由 STN 的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。 TFT 液晶显示原理 TFT 型的液晶显示器较为复杂，主要的构成包括了，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。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 排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来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，并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 八、液晶显示器件的驱动 液晶屏幕的驱动方式 在 TN 与 STN 型的液晶显示器中，所使用单纯驱动电极的方式，都是采用 X、Y 轴的 交叉方式来驱动，如下图所示，因此如果显示部份越做越大的话，那么中心部份的电极反 应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致，整体速度上就会变慢。讲的简单一点， 就好象是 CRT 显示器的屏幕更新频率不够快，那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动；或着 是当需要快速 3D 动画显示时，但显示器的显示速度却无法跟上，显示出来的要果可能就 会有延迟的现象。所以，早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制，而且并不适合拿来看 电影、或是玩 3D 游戏。 液晶的光学传输特性取决于分子排列状态，改变分子的排列状态就可以改变液晶层光 学传输特性，这就是液晶电子学的应用基础。而液晶分子排列的改变可以通过电、磁、热 等外部场的作用来实现。我们把这种通过 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 表 2-1 外场作用来改变分子排列状态的过程称为液晶显示器的驱动。液晶显示器常用的驱动方式分 为如表 2-1 所示的几种类型。 目前，在 LCD Monitor 方面，使用的都是采用 TFT（薄膜式晶体管）LCD，它采用的是有 源矩阵的驱动方式。因此本节将先对 TFT 器件进行简要的介绍，再着重介绍有源矩阵的驱动 方式。 1.薄膜式有源矩阵液晶显示器介绍 由于普通的矩阵液晶显示器的电光特性对多路、视频活动图象显示是很难满足要求的， 因为每个像素都等效于一个无极电容，显示中会产生串扰。为了改善，又会限制驱动的路数。 因此在每个像素上设计一个非线性的有源器件，使每个像素可以被独立驱动，从而克服了串 扰，解决了大容量多路显示遇到的困难，提高了画面质量，使多路显示画面成为可能。 有源矩阵液晶显示器件根据有源器件的种类可分为如表 2-2 所列的多种类型。 表 2-2 以下将对主流的 a-siTFT 三端有源矩阵液晶显示器件进行介绍。 图 2-1 TFT有源矩阵驱动LCD的基本结构 a-siTFT 是一种非晶硅-薄膜晶体管类型的三端有源矩阵液晶显示器件。它制作容易， 基板玻璃成本低，导通比大，可靠性高，容易大面积化。因此受到广泛应用。图 2-1 为其基 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 本结构。 同一般液晶显示器件类似，a-SiTFT 液晶显示器件也是在两片玻璃之间封入液晶，而且 液晶 显示器件就是普通的 TN 型方式。不过，其玻璃基板则与普通液晶显示器件大不相同， 在下玻璃板上要配制上扫描线和寻址线（即行、列线），将其组合成一个个矩阵，在其交点 上再制作上 TFT 有源器件和像素电极，如图 2-2 所示。 图 2-2 TFT 有源矩阵液晶显示屏的电极排布 为了改善此一情形 -matrix addressing）的 方式 薄膜式晶体 是由一块带有 TFT 三端元件阵列和像素电极阵列的基板与另一块 带有 ，后来液晶显示技术采用了主动式矩阵（active 来驱动，这是目前达到高资料密度液晶显示效果的理想装置，且分辨率极高。方法是利 用薄膜技术所做成的硅晶体管电极，利用扫描法来选择任意一个显示点（pixel）的开与关。 这其实是利用薄膜式晶体管的非线性功能来取代不易控制的液晶非线性功能。 如上图，在 TFT 型液晶显器中，导电玻璃上画上网状的细小线路，电极则由是 管所排列而成的矩阵开关，在每个线路相交的地方则有着一弄控制匣，虽然驱动讯号快速地 在各显示点扫瞄而过，但只有电极上晶体管矩阵中被选择的显示点得到足以驱动液晶分子的 电压，使液晶分子轴转向而成「亮」的对比，不被选择的显示点自然就是「暗」的对比，也 因此避免了显示功能对液晶电场效应能力的依靠。 2. TFT-LCD 的驱动原理 由于 TFT-LCD 矩阵结构 彩色膜和公共电极的基板，以及由此两基板叠合后夹入的液晶层构成，此外，此方式的 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 扫描线和信号线都设置在同一个三端子元件的基板上。扫描线与该行上所有 TFT 元件的栅极 相连，而信号线与该列上所有的 TFT 元件的源电极相连。TFT-LCD 的等效电路如图 2-3 所示。 在以行顺序驱动方式依次扫描行电极过程中，当某行一旦被选通，则该行上所有的 TFT 开关 元件同时被行脉冲闭合，变成低阻（Ron）导通状态。与行扫同步，各列信号电荷分别通过 列电极从保持电路送入与导通元件 TFT 相连的各相应像素电容，信号电压被记录在像素电容 和储存电容上。当行选一结束，TFT 开关元件即断开（处于高阻 Roff 状态），被记录的信号 电压将被保持并持续驱动像素液晶，直到下帧扫描到来之前。称此驱动为准静态驱动。由此 工作过程可看出，扫描电压只做 TFT 元件的开关电压之用，而驱动液晶的电压是信号电压通 过导通 TFT 元件对像素电容充电后在像素电极和公共电极之间形成的电位差 VLC。VLC 大小 决定于信号电压 Vs。可见，采用 TFT 元件作有源矩阵驱动，可实现开关电压和驱动电压分 开，从而可达到开关元件的开关特性和液晶像素的电光特性的最佳组合，可获得高像质显示。 a TFT-LCD 等效电路 b 单像素 TFT 工作原理 3. TFT 液晶显示器件写入机理 晶显示器件是依靠什么方法将人们所需显示的信息用来作 用于 件的显示原理是依靠外场（包括电、热、光等）作用于初始 图 2-3 TFT 工作原理 液晶显示器件写入机理，即液 器件，使器件达到显示的目的。 1) 液晶显示器件写入的条件 众所周知，所有液晶显示器 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 排列 元。使像素能够 组合 应的硬件，以提供驱动 电压 照一定的指令将若干个显示像素组合成不同的数字、字符、图形或图象。 2) 液 本条件下，信息信号作用与不同类型的液晶显示器件的机理 也不 列寻址信号控制作用于被写入像素电极上的薄膜 晶体 显示像素电极的排布方式即可确定对其进行驱动的基本 条件 有一套有源器件，所以对这种器件的驱动 的液晶分子上。依靠液晶分子的偶极矩和各向异性的特点，使液晶分子的初始排列发生 变化，通过液晶器件的外界光被调制，使液晶显示器件发生明、暗、遮、透、变色等效果达 到显示目的。但是要想实现某一特性的显示目的，则需要满足以下两个基本条件： ⑴ 足够强的电（热、光）信号作用于液晶，使其改变其初始排列； ⑵ 每个电（热、光）信号均可以在一段时内作用于一个或几个像素单 成一个视觉信号。由于直流电场将会导致液晶材料的电化学反映和电极劣化、老化，因 此只能在像素电极上建立交流电场，而且应该尽可能减少交流电场中的直流成分，实用中应 保持直流成分在几十毫伏以下，所施加的交流电场的强弱以其有效值来表示。只有所施加的 交流电场有效值大于液晶显示器件的阀值电压时，该像素才能呈显示状态。由于液晶显示器 件有类型、规格、型号的不同，对所施加电压的波形、相位、频率、占空比、有效值都有不 同的要求。而对于像素控制方面的要求，则包含有以下两层意思： 首先，由于器件像素电极连线的排布不同，要求外部必须配置相 波形。 其次，按 晶显示器件的写入机理 在满足液晶显示器件写入基 一样。这里只介绍有源矩阵薄膜晶体管（TFT）液晶显示器件的写入机理。对于其他类 型液晶显示器件的写入机理将不做介绍。 TFT-LCD 的写入机理：以行扫描信号和 管有源电路，使有源电路产生足够大的通断比（Ron/Roff），从而间接控制像素电极间 呈 TN 型的液晶分子排列，达到显示的目的。该写入的特点就是经 TFT 有源电路间接控制的 TN 型器件显示像素，可实现高路数多路显示和视频图象显示。 4. TFT 液晶显示器件的驱动方法 依据液晶显示器件写入机理和 。液晶显示器件的种类繁多，驱动的方法也不同。但是无论哪种类型的器件，还是使用 什么不同的驱动方法都是以调整施加到像素电极上的电压、相位、频率、峰值、有效值、时 序、占空比等一系列参数、特性来建立起一定的驱动条件，实现显示。主要的驱动有很多， 在此仅介绍 TFT-LCD 所采用的有源矩阵驱动法。 由于有源矩阵液晶显示器件的每个像素点上都 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 是对 每个像素点上的有源器件的驱动。图 2-4 为 TFT 液晶显示驱动的时序图。 从图中可以看出，外电路不能直接将电压施加到液晶像素上，施加在 图 2-4 TFT 驱动时序波形图 像素上的电压决定于TFT晶体管的 10 6Ω以上时，则可以满足液 FT栅极G扫描被选通时，VG被接入一个正高脉冲，此时同 步输 交流态； 性无关。这将彻底解决液晶 多路 形还可以看出，这种驱动方式没有半选通波形，因此也就没有交叉效应以 及对 也不受液晶电光响应速度的影响，可以显示视频活动图象，没有闪 烁也 原理 液晶显示器件的像素提供电场的器件。由于液晶显示像素上施加 的必 数的 特性。当晶体管开、关比达到 晶功能像素对通断比的要求。 晶体管TFT是这样工作的，当T 入选址的源极信号是一个围绕一个中心值为VC的永远低于VG选通脉冲幅值的选址数据电 压VLD，TFT晶体管被打开。从源极到接通液晶像素的漏极之间呈一通路，电压被加到液晶像 素电极和补偿电容电极上。这时即使施加电场撤掉，由于电容作用，其像素上施加的电压也 将保持相当时间，直至下次选通的到来。若设置的电容值使其像素选通达半帧时间，同时使 下半帧寻址信号以VC进行反相，则可以实现： ⑴ 如图 2-6 所示，使加在像素上的驱动波形呈 ⑵ 驱动路数与 TFT 晶体管特性有关，而与液晶电光响应特 驱动难题； ⑶ 从图中波 比度下降等缺陷； ⑷ 此外，这种驱动 没有拖尾。 5. 液晶显示驱动器 液晶显示器驱动器是为 须是交流电场，因此要求液晶显示驱动器的驱动输出必须是交流驱动；电场电压有效值 在液晶像素的阀值电压附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此态将会影响液晶显示器件的 显示对比度。因此液晶显示驱动器要能够控制驱动输出的电压幅值，用以实现对比度控制。 液晶显示驱动器通过对其输出到液晶显示器件上的电位信号进行相位、峰值、频率等参 调制来建立交流电场，以实现显示效果。应用上的液晶显示驱动器有静态驱动器和动态 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 驱动器。点阵式液晶显示器件都是采用动态驱动器。驱动器又有行驱动器和列驱动器之分。 6. 液晶显示驱动系统和液晶显示模块的构成 A) 液晶显示驱动系统 利用多片液晶驱动器组合成一个点阵液晶显示器件的驱动系统。这个系统包括有行驱动 器， 不变的。行驱动脉冲 LCP ：在动态驱动方式中，偏置电压的设置是非常重要的。根据所需的偏置电压系 数， 压电路中的影 响，来补偿液晶材料由于环境温度的影响而使电压阀值电压下降，从而影响显示的对比度。 器的 块的构成 件的引线众多，而且要将这些引线从玻璃上引到驱动系统的 PCB 板上 的数据信号和操作信号的。这些信 列驱动器，偏压电路，驱动电源发生器以及温度补偿电路等。 在大规模点阵液晶显示器件的驱动电路中主要的控制时序信号是 与列驱动器的锁存脉冲 LP 是同步的，所以这两个信号是合为一个 LP 信号的。显示数据 的传输方式将根据列驱动器组的数据传输方式而定。常见的有串行数据传输方式和并行数据 传输方式。 偏压电路 把液晶驱动电压均分为不同的电压档，这就是偏压生成电路的功能。偏压生成电路实际 上是等分电压电路，常用的有两种方式：电阻分压电路和运放分压电路。 温度补偿电路一般是利用电阻、二极管或三极管等元件的温度系数在分 驱动电源（DC-DC）电路：液晶的驱动是建立一定电压的电场来实现的，为了保证驱动 控制信号能够与控制系统的信号电平兼容，驱动器的逻辑电源都使用了 CMOS 芯片的逻 辑电源。这个电源也作为液晶的驱动电源的一侧。但凭这个电源使点阵液晶显示器件产生显 示效果还是不够的，它需要有更大的驱动电压。为了获得这个电压，驱动器还需要一个液晶 驱动电源，通常是向负电压方向增加。若控制系统的电源有合适的负电源则直接使用即可。 若没有则可以利用现有的 DC-DC 变换器从逻辑电源转换成负电源。由于液晶可以等效成一个 电容，属电压型驱动，耗电流较小，所以 DC-DC 变换器所需的工作电流比较小，可以直接使 用 IC 驱动。 B) 液晶显示模 由于点阵型液晶显示器 ，这在工艺上不是普通用户所能掌握的。所以液晶显示器件的制造商们将液晶显示器件 产品进一步开发，制作出相应的驱动 PCB 板和压框，然后用压框和导带或导电橡胶条将液晶 显示器件固定在 PCB 板上。PCB 板上含有完整的驱动器系统，电路接口包含了驱动器系统所 需要的控制信号和电源。这就叫液晶显示模块（LCM）。 液晶显示模块电路中的控制信号是用来接收控制系统发来 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com From www.fpdclub.net 23 号； LP：锁存脉冲信号； CP：移位脉冲信号； 号有： FLM：帧信 M：交流驱动波形； D（i）：显示数据。 图 2-5 为 Panel 的内部结构框图。 图 2-5 LCM 内部结构框图 From www.fpdclub.net 家电维修资料网 www. 520101. com