TFT液晶顯示器

液晶分子的驅(qū)動(dòng)電壓不能固定在某一個(gè)值不變，否則，時(shí)間久了，液晶分子會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象，從而逐漸失去旋光特性。因此，為了避免液晶分子的特性遭到破壞，液晶分子的驅(qū)動(dòng)電壓必須進(jìn)行極性變換，這就需要將液晶顯示屏內(nèi)的顯示電壓分成兩種極性，一個(gè)是正極性，另一個(gè)是負(fù)極性。當(dāng)顯示電極的電壓高于common(公共電極)電極電壓時(shí)，就稱為正極性;當(dāng)顯示電極的電壓低于common電極電壓時(shí)，就稱為負(fù)極性。不管是正極性或負(fù)極性，都會(huì)有一組相同亮度的灰階，所以當(dāng)上下兩層玻璃的壓差絕對(duì)值是固定時(shí)，所表現(xiàn)出來的灰階是一模一樣的。不過這兩種情況下，液晶分子的轉(zhuǎn)向卻完全相反，也就可以避免上述當(dāng)液晶分子轉(zhuǎn)向一直固定在一個(gè)方向時(shí)所造成的特性破壞。常見的極性變換方式有四種，即逐幀倒相方式、逐行倒相方式、逐列倒相方式和逐點(diǎn)倒相方式。

對(duì)于逐幀倒相方式，在同一幀中，整個(gè)畫面所有相鄰的點(diǎn)都擁有相同的極性，而相鄰的幀極性則不同;對(duì)于逐行倒相方式，在同一行上擁有相同的極性，而相臨的行極性不同;對(duì)于逐列倒相方式，在同一列上擁有相同的極性，而相鄰的列極性不同;對(duì)于逐點(diǎn)倒相方式，則是每個(gè)點(diǎn)和自己相鄰的上、下、左、右四個(gè)點(diǎn)，極性都是不一樣。

常見的個(gè)人計(jì)算機(jī)液晶顯示屏，所使用的面板極性變換方式，大部分都是逐點(diǎn)變換方式，原因是逐點(diǎn)倒相的顯示品質(zhì)相對(duì)于其他的變換方式要好得多。表列出了逐幀倒相、逐行倒相、逐列倒相和逐點(diǎn)倒相四種極性變換方式的性能比較。

所謂Flicker現(xiàn)象，就是畫面會(huì)有閃爍的感覺，但并不是特意做出的視覺效果，而是因?yàn)轱@示的畫面灰階在每次更新畫面時(shí)會(huì)有些微小的變動(dòng)，讓人眼感受到畫面在閃爍。使用逐幀倒相的極性變換方式最容易發(fā)生這種情況。因?yàn)橹饚瓜嗟恼麄€(gè)畫面都是同一極性，當(dāng)這次畫面是正極性時(shí)，下次就都變成了負(fù)極性，假若common電壓有一點(diǎn)誤差，這時(shí)正、負(fù)極性的同一灰階電壓便會(huì)有差別，當(dāng)然灰階的感覺也就不一樣，如圖2所示。在不停切換畫面的情況下，由于正、負(fù)極性畫面交替出現(xiàn)，就會(huì)出現(xiàn)Flicker現(xiàn)象。而其他面板的極性變換方式，雖然也會(huì)有此Flicker的現(xiàn)象，但由于不像逐幀倒相是同時(shí)整個(gè)畫面一起變換極性，只有一行或一列，甚至于是一個(gè)點(diǎn)變化極性而已，以人眼的感覺來說，就會(huì)覺得不明顯。

所謂Crosstalk現(xiàn)象，指的是相鄰的點(diǎn)之間，要顯示的資料會(huì)影響到對(duì)方，以至于顯示的畫面會(huì)有不正確的狀況。雖然Ctosstalk現(xiàn)象的成因有很多種，只要相鄰點(diǎn)的極性不一樣，便可以減少此現(xiàn)象的發(fā)生。

隨著九十年代初TFT技術(shù)的成熟，彩色液晶平板顯示器迅速發(fā)展，不到10年的時(shí)間，TFT-LCD迅速成長(zhǎng)為主流顯示器，這和它具有的優(yōu)點(diǎn)是分不開的。主要特點(diǎn)是:

(1)使用特性好:低壓應(yīng)用，低驅(qū)動(dòng)電壓，固體化使用安全性和可靠性提高;平板化，又輕薄，節(jié)省了大量原材料和使用空間;低功耗，它的功耗約為CRT顯示器的十分之一，反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右，節(jié)省了大量的能源;TFT-LCD產(chǎn)品還有規(guī)格型號(hào)、尺寸系列化，品種多樣，使用方便靈活、維修、更新、升級(jí)容易，使用壽命長(zhǎng)等許多特點(diǎn)。顯示范圍覆蓋了從1英寸至40英寸范圍內(nèi)的所有顯示器的應(yīng)用范圍以及投影大平面，是全尺寸顯示終端;顯示質(zhì)量從最簡(jiǎn)單的單色字符圖形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高對(duì)比度，高響應(yīng)速度的各種規(guī)格型號(hào)的視頻顯示器;顯示方式有直視型，投影型，透視式，也有反射式。

(2)環(huán)保特性好:無輻射、無閃爍，對(duì)使用者的健康無損害。特別是TFT-LCD電子書刊的出現(xiàn)，將把人類帶入無紙辦公、無紙印刷時(shí)代，引發(fā)人類學(xué)習(xí)、傳播和記栽文明方式的革命。

(3)適用范圍寬，從-20℃到+50℃的溫度范圍內(nèi)都可以正常使用，經(jīng)過溫度加固處理的TFT-LCD低溫工作溫度可達(dá)到零下80℃。既可作為移動(dòng)終端顯示，臺(tái)式終端顯示，又可以作大屏幕投影電視，是性能優(yōu)良的全尺寸視頻顯示終端。

(4)制造技術(shù)的自動(dòng)化程度高，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)特性好。TFT-LCD產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟，大規(guī)模生產(chǎn)的成品率達(dá)到90[%]以上。

(5)TFT-LCD易于集成化和更新?lián)Q代，是大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路技術(shù)和光源技術(shù)的完美結(jié)合，繼續(xù)發(fā)展?jié)摿艽?。目前有非晶、多晶和單晶硅TFT-LCD，將來會(huì)有其它材料的TFT，既有玻璃基板的又有塑料基板。

根據(jù)液晶顯示器的解剖，可以看出，液晶顯示器的構(gòu)成并不復(fù)雜，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，就構(gòu)成了一臺(tái)完整的液晶顯示器。

液晶顯示器的電源電路分為開關(guān)電源和DC/DC變換器兩部分。其中，開關(guān)電源是一種AC/DC變換器，其作用是將市電交流220V或 110V(歐洲標(biāo)準(zhǔn))轉(zhuǎn)換成12V直流電源(有些機(jī)型為14V、18V、24V或28V)，供給DC/DC變換器和高壓板電路;DC/DC直流變換器用 以將開關(guān)電源產(chǎn)生的直流電壓(如12V)轉(zhuǎn)換成5V、3.3V、2.5V等電壓，供給驅(qū)動(dòng)板和液晶面板等使用。

液晶顯示器的開關(guān)電源主要有兩種安裝形式:①采用外部電源適配器(Adapter)，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)一塊開關(guān)電源板，即所謂的內(nèi)接方式，在這種方式下，顯示器輸人的是交流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;第二種是和開關(guān)電源部分安裝在一起(開關(guān)電源采用機(jī)內(nèi)型) ;第三種是安裝在主板中。

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)過液晶顯示器內(nèi)部的TMDS接收器解碼，才能加到Sealer電路中，不過，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Sealer電路進(jìn)行處理。早期的液晶顯示器，一般單獨(dú)設(shè)立一塊A/D轉(zhuǎn)換芯片(如AD9883、AD9884等)，生產(chǎn)的液晶顯示器，大多已將A/D轉(zhuǎn)換電路集 成在Scaler芯片中。

(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，作為取樣時(shí)鐘信 號(hào);另一方面送到Sealer電路進(jìn)行處理，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)LCD屏的像素時(shí)鐘。

另外，液晶顯示器內(nèi)部各個(gè)模塊的協(xié)調(diào)工作也需要在時(shí)鐘信號(hào)的配合下才能完成。顯示器的時(shí)鐘發(fā)生器一般均由鎖相環(huán)電路(PLL)進(jìn)行控制，以提高時(shí)鐘的穩(wěn)定度。早期的液晶顯示器，一般將時(shí)鐘發(fā)生器集成在￣A/D轉(zhuǎn)換電路中，如今生產(chǎn)的液晶顯示器，大都將時(shí)鐘發(fā)生器集成在Sealer芯片中。

(4)Sealer電路

Sealer電路的名稱較多，如圖像縮放電路、主控電路、圖像控制器等。Sealer電路的核心是一塊大規(guī)模集成電路，稱為Sealer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(TC0N)將信號(hào)傳輸至面板上的行列驅(qū)動(dòng)IC。Sealer芯片的性能基本上決定了信號(hào)處理的極限能力。另外，在Sealer電 路中，一般還集成有屏顯電路(0SD電路)。

液晶顯示器為什么要對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮放處理呢?這是由于一個(gè)面板的畫素位置與分辨率在制造完成后就已經(jīng)固定，但是影音裝置輸出的分辨率 卻是多元的，當(dāng)液晶面板必須接收不同分辨率的影音信號(hào)時(shí)，就要經(jīng)過縮放處理才能適合一個(gè)屏幕的大小，所以信號(hào)需要經(jīng)過Sealer芯片進(jìn)行 縮放處理。

(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(如無輸人信號(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)各的基本參數(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)各運(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。

很多液晶顯示器將存儲(chǔ)器和MCU集成在一起，還有一些液晶顯示器甚至將MCU、存儲(chǔ)器都集成在Scaler芯片中。因此，在這些液晶顯示 器的驅(qū)動(dòng)板上，是看不到存儲(chǔ)器和MCU的。

(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3種:

第一種是并行總線TTL接口，用來驅(qū)動(dòng)TTL液晶屏。根據(jù)不同的面板分辨率，17L接口又分為48位或24位并行數(shù)字顯示信號(hào)。

第二種接口是十分流行的低壓差分LVDS接口，用來驅(qū)動(dòng)LVDS液晶屏。與17L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接口都比1TL好。需要說明的是，凡是具有LVDS接口的 液晶顯示器，在主板上一般需要一塊LVDS發(fā)送芯片(有些可能集成在Sealer芯片中)，同時(shí)，在液晶面板中應(yīng)有一塊LVDS接收器。

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

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與斷，當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，按鍵電子開關(guān)接通;手松開后，按鍵電子開關(guān)斷開。按鍵開關(guān)輸出的開關(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)，去控制相關(guān)電路完成相應(yīng)的操作和動(dòng)作。

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)所需的高頻的600V以上高壓交流電，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和開關(guān)電源電路安裝在一起(開關(guān)電源采用機(jī)內(nèi)型)。

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(TC0N)和背光源。

需要強(qiáng)調(diào)的是，液晶顯示器的電路結(jié)構(gòu)和彩電、CRT顯示器彩顯一樣，經(jīng)歷了從多片集成電路ˉ單片集成電路宀超級(jí)單片的發(fā)展過程。例如，早期的液晶顯示器、A/D轉(zhuǎn)換、時(shí)鐘發(fā)生器、Sealer和MCU電路均采用獨(dú)立的集成電路;現(xiàn)生產(chǎn)的液晶顯示器，則大多將A/D轉(zhuǎn)換、TMDS接收器、時(shí)鐘發(fā)生器、Sealer、0SD、LVDS發(fā)送器集成在一起，有的甚至將MCU電路、TC0N、RSDS等電路也集成進(jìn)來，成為一片真正的"超級(jí)芯片"。無論液晶顯示器采用哪種電路形式，但萬變不離其宗，即所有液晶顯示器的基本結(jié)構(gòu)組成是相同或相似的，作為維修人員，只要理解了液晶顯示器的基本結(jié)構(gòu)和組成，再結(jié)合廠家提供的主要集成電路引腳功能，就不難分析出其整機(jī)電路的基本工作過程。

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于有源矩陣液晶顯示器中的一種。它可以"主動(dòng)地"對(duì)屏幕上的各個(gè)獨(dú)立的像素進(jìn)行控制，這樣可以大大提高反應(yīng)時(shí)間。

一般TFT的反應(yīng)時(shí)間比較快，約80毫秒，而且可視角度大，一般可達(dá)到130度左右，主要運(yùn)用在高端產(chǎn)品。所謂薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是指液晶顯示器上的每一液晶象素點(diǎn)都是由集成在其后的薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)。

從而可以做到高速度、高亮度、高對(duì)比度顯示屏幕信息。TFT屬于有源矩陣液晶顯示器，在技術(shù)上采用了"主動(dòng)式矩陣"的方式來驅(qū)動(dòng)，方法是利用薄膜技術(shù)所作成的電晶體電極，利用掃描的方法"主動(dòng)拉"控制任意一個(gè)顯示點(diǎn)的開與關(guān)，光源照射時(shí)先通過下偏光板向上透出，借助液晶分子傳導(dǎo)光線，通過遮光和透光來達(dá)到顯示的目的。

螢光管、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等