1、LCD TV基礎(chǔ)知識(shí),緒言,液晶顯示器件具有很多獨(dú)到的優(yōu)異特性,如: 低壓、微功耗, 顯示信息量大,長(zhǎng)壽命, 無輻射,無污染等等, 液晶顯示器件的這些優(yōu)異特性決定了它在各類顯示器件中的地位。 隨著薄膜晶體管（Thin Film Transistor, TFT）陣列驅(qū)動(dòng)液晶顯示技術(shù)的飛速發(fā)展, TFT-LCD成為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的顯示技術(shù)之一。,主要內(nèi)容,一、液晶的基本知識(shí) 二、液晶屏的結(jié)構(gòu)與顯像原理 三、LCD TV 的信號(hào)處理流程 四、LCD TV的特點(diǎn),1、液晶的由來,液晶最早是奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（F.Reinitzer)于1888 年發(fā)現(xiàn)的,他在測(cè)定有機(jī)物的熔點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)某些有機(jī)物

2、（膽甾醇的苯甲酸脂和醋酸脂）熔化后會(huì)經(jīng)歷一個(gè)不透明的呈白色渾濁液體狀態(tài)，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤，只有繼續(xù)加熱到某一溫度才會(huì)變成透明清亮的液體。 第二年，德國物理學(xué)家萊曼（O.Lehmann)發(fā)現(xiàn)，這類白而渾濁的液體外觀上雖然屬于液體，但卻顯示出各向異性晶體特有的雙折射性。于是萊曼將其命名為“液態(tài)晶體”，這就是“液晶”名稱的由來。,一、液晶的基本知識(shí),2、液晶是什么,液晶是一種介于固體與液體之間，具有規(guī)則性分子排列的有機(jī)化合物。 隨著人們對(duì)液晶的逐漸了解，發(fā)現(xiàn)液晶物質(zhì)基本上都是有機(jī)化合物，現(xiàn)有的有機(jī)化合物中每200 種中就有一種具有液晶相。 構(gòu)成液晶物質(zhì)的分子，大體上呈細(xì)長(zhǎng)棒狀或扁平片狀，并

3、且在每種液晶相中形成特殊排列。由桿形分子形成的液晶，其液晶相共有三大類：近晶相（Smectic liquid crystals）、向列相（Nematic liquid crystals）和膽甾相（Cholesteric liquid crystals）。,3、液晶的分類：,Smectic 由希臘語而來，是肥皂狀之意，因這種類型的液晶在濃肥皂水溶液中，都顯示特有的偏光顯微鏡像，因而也被命名為皂相。分子分層排列，有同一方向，比較接近晶體，故譯近晶相。 Nematic也是由希臘語而來，是絲狀之意，因這種液晶的薄層在偏光顯微鏡下觀察時(shí)，呈現(xiàn)絲狀型織構(gòu)，故亦稱之為絲相。分子位置雜亂，但方向大致一致，故譯

4、向列相。 膽甾相液晶則是由于此種液晶最早是從膽甾醇類物質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的，故稱之為膽甾相。,向列相分子指向矢的有序排列，卻使向列相物質(zhì)的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì)，即折射系數(shù)與介電常數(shù)，沿著及垂直于這個(gè)有序排列的方向而不同。正是由于向列相液晶在光學(xué)上顯示正的雙折射性的單軸性與電學(xué)上的介電常數(shù)各向異性，使得用電來控制光學(xué)性能，或液晶顯示成為了可能。 此外，與近晶相液晶相比，向列相液晶各個(gè)分子容易順著長(zhǎng)軸方向自由移動(dòng)，因此向列液晶富于流動(dòng)性，粘度小，事實(shí)上不少向列相液晶的粘滯系數(shù)只是水的粘滯系數(shù)的數(shù)倍。 向列相液晶分子的排列和運(yùn)動(dòng)比較自由，對(duì)外界作用相當(dāng)敏感，因而應(yīng)用廣泛。目前液晶顯示器所用的液晶材料均屬向列相液晶材

5、料。,BACK,Top Chassis前金屬底盤,Panel-Assy顯示屏組件,Mold Frame鑄型框架,Sheets薄片RGB,Diffuser擴(kuò)散體(液晶體),Side Mold 邊上鑄型框架,Lamp燈,Reflector反射層,Bottom Chassis 后底盤,Inverter直流交流逆變器,PCB-Control控制板,液晶顯示屏的組成,偏光板（POLARIZER)工作原理,平行時(shí)透光,配向膜,液晶上下兩層玻璃主要是用來夾住液晶，這兩片玻璃在接觸液晶的那一面并不是光滑的，而是有鋸齒狀的溝槽。這個(gè)溝槽的主要目的是希望長(zhǎng)棒狀的液晶分子沿著溝槽排列，如此一來，液晶分子的排列才會(huì)整

6、齊。因?yàn)槿绻枪饣钠矫?，液晶分子的排列便?huì)不整齊，造成光線的散射，形成漏光的現(xiàn)象。 在實(shí)際的制造過程中，并無法將玻璃做成如此的槽狀分布，一般會(huì)先在玻璃表面涂布一層PI (polyimide,聚酰亞胺)，再用布做磨擦(rubbing)的動(dòng)作，好讓PI 的表面分子不再雜散分布，依照固定而均一的方向排列,而這一層PI 就叫做配向膜(alignment film).,TN(Twist Nematic)型LCD的結(jié)構(gòu),TN(Twist Nematic)型LCD的工作原理,TN型與STN (Super Twist Nematic)型LCD的差別,在上下兩層玻璃間, 夾著液晶, 便會(huì)形成平行板電容器, 我

7、們稱之為CLC(capacitor of liquid crystal). 它的大小約為0.1pF, 但是實(shí)際應(yīng)用上, 這個(gè)電容并無法將電壓保持到下一次再更新畫面數(shù)據(jù)的時(shí)候. 也就是說當(dāng)TFT 對(duì)這個(gè)電容充好電時(shí), 它并無法將電壓保持住, 直到下一次TFT 再對(duì)此點(diǎn)充電的時(shí)候.(以一般60Hz 的畫面更新頻率,需要保持約16ms 的時(shí)間.) 這樣一來, 電壓有了變化, 所顯示的灰階就會(huì)不正確.因此一般在面板的設(shè)計(jì)上, 會(huì)再加一個(gè)儲(chǔ)存電容CS(storage capacitor 大約為0.5pF), 以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時(shí)候. 不過正確的來說,制在玻璃上的TFT 本身,只是

8、一個(gè)使用晶體管制作的開關(guān)。它主要的工作是決定LCD source driver 上的電壓是不是要充到這個(gè)點(diǎn)來, 至于這個(gè)點(diǎn)要充到多高的電壓, 以便顯示出怎樣的灰階, 都是由外面的LCD source driver 來決定的.,Data Line,Pixel Electrode,Common Elecrode,Color Filter,Black Matrix,Gate Line,Cs,Clc,TFT,Storage Elecrode,Clc,像素單元的等效電路,薄膜三極管TFT的結(jié)構(gòu),絕緣層(Si3N4),柵極(Mo-Ta合金),活性半導(dǎo)體層Si,源極(Al),漏極(Al),TFT在LCD的應(yīng)

9、用上可將其視為一開關(guān).,透明電極(ITO),R,G,B,1 Dot,Gate Line,彩色濾光片(color filter, CF),Pixel,Data Line,BM (Black Matrix),常見的彩色濾光片的排列,CCFL 冷陰極熒光燈 (Cold Cathode Fluorescent Lamp),Reflector反射體,Diffuser擴(kuò)散體,Backlight Unit背光單元,液晶顯示器本身僅能控制光線通過的亮度，本身并無發(fā)光的功能.,CCFL 結(jié)構(gòu)與原理,Reference：Harison,CCFL 發(fā)光原理,1.高電壓電極激發(fā)電子 2.電子撞擊Ne and Ar ，

10、吸收能量(升溫) 3.高能量的Ne and Ar 釋放能量，撞擊Hg 吸收能量 4.Hg釋放UV =253.7nm，撞擊熒光粉 5.由熒光粉發(fā)出可見光(R、G、B),e,Ne & Ar,Hg,Phosphor,UV,升溫,R、G、B,Inverter 規(guī)格參數(shù),開口率(Aperture ratio),液晶顯示器中有一個(gè)很重要的規(guī)格就是亮度, 而決定亮度最重要的因素就是開口率. 開口率是什么呢? 簡(jiǎn)單的來說就是光線能透過的有效區(qū)域與全部面積比例. 假設(shè)各個(gè)零件的穿透率如以下所示: 偏光板: 50%(因?yàn)槠渲粶?zhǔn)許單方向的極化光波通過) 玻璃:95%(需要計(jì)算上下兩片) 液晶:95% 面板開口率:5

11、0%(有效透光區(qū)域只有一半) 彩色濾光片:27%(假設(shè)材質(zhì)本身的穿透率為80%,80%*33%=27%) 以上述的穿透率來計(jì)算, 從背光板出發(fā)的光線只會(huì)剩下6%,實(shí)在是少的可憐.這也是為什么在TFT-LCD 的設(shè)計(jì)中, 要盡量提高開口率的原因.,開口率的計(jì)算,Pixel,Storage Cap.,Gn-1,Gn,V1+,Gn+1,25V,-5V,-5V,On,On,On,Off,Off,Off,Off,Off,Off,V2-,V3+,V1+,V2-,V3+,Line by Line Addressing,Active Addressing of TFT,Gate Signal,Data Sig

12、nal,由于液晶分子還有一種特性，就是不能夠一直固定在某一個(gè)電壓不變，否則時(shí)間久了，即使將電壓取消掉，液晶分子會(huì)因?yàn)樘匦缘钠茐亩鵁o法再因電場(chǎng)的變化來轉(zhuǎn)動(dòng)，以形成不同的灰階。所以每隔一段時(shí)間，就必須將電壓恢復(fù)原狀，以避免液晶分子的特性遭到破壞。 但是如果畫面一直不動(dòng)，也就是說畫面一直顯示同一個(gè)灰階的時(shí)候怎么辦.所以液晶顯示器內(nèi)的顯示電壓就分成了兩種極性，一個(gè)是正極性，而另一個(gè)是負(fù)極性。當(dāng)顯示電極的電壓高于common 電極電壓時(shí)，就稱之為正極性。而當(dāng)顯示電極的電壓低于common 電極的電壓時(shí)，就稱之為負(fù)極性。 不管是正極性或是負(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

13、定時(shí)，不管是顯示電極的電壓高，或是common 電極的電壓高，所表現(xiàn)出來的灰階是一模一樣的。,Power Converter (DC/DC Converter),Timing Controller,Vcom,Gamma Reference Voltages,Source Drivers,Gate Drivers,TFT-LCD Panel,Data In (LVDS),Backlight inverter,Lamps,Power In for signal,TFT-LCD Blcok Diagram,Power In for inverter,RSDS,Source IC 原理圖,Source

14、 Drive IC 中信號(hào)傳輸?shù)倪^程:,1).信號(hào)經(jīng)過Decoder 后透過Shift Register 的作用往Line Latch 中一次鎖存兩個(gè)像素. 2).經(jīng)過Line Latch 后,訊號(hào)在LD 的控制下進(jìn)入Level Shift.由于進(jìn)入Line Latch中的是3.3V 的訊號(hào),但DAC 中需要高達(dá)10V 的信號(hào),所以通過Level Shift 可達(dá)到電壓提升的目的. 3).將訊號(hào)存入DAC 專用寄存器中直到384個(gè)通道的訊號(hào)都已送滿,再經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換達(dá)到Gamma 電壓修正的功效. 4).經(jīng)過DAC 轉(zhuǎn)換后訊號(hào)輸送到Out Drive Buffer 中,經(jīng)此可將原訊號(hào)中的雜訊去除

15、,輸出比較平穩(wěn)的訊號(hào)到薄膜晶體管.,Gate IC 原理圖,Gate Drive IC 中信號(hào)傳輸?shù)倪^程:,1).時(shí)鐘脈沖在經(jīng)過Shift Register 后 在OE 呈高電平的作用下,將信號(hào)輸入 Level Shift 中. 2).信號(hào)在Level Shift 中其電壓從3V 被提升至高達(dá)20V 后輸出對(duì)TFT 進(jìn)行掃描.,Power Supply (5V),Interface Signal (DE, Clock, Data),Power Supply for B/L(24V),T1,T2,T3,T4,T5,T6,0.9Vdd,0.1Vdd,0.1Vdd,0.9Vdd,0.5Vdd,Inp

16、ut Power Sequence,0 T1 30msec 0 T2 50msec 0 T3 50msec,300msec T4 500msec T5 100msec T6,BACK,Cable,CVBS,S-VIDEO,YCbCr,YPbPr,RGB,DVI,Tuner,Video Decoder,switch,TMDS Receiver,Audio Processor,Scalar & OSD,LVDS,ADC,De-interlacer,Audio Amplifier,Speaker,Panel,MCU,SDRAM,Flash,EEPROM,POWER,IR,三、液晶電視的基本組成,功能

17、概要,1、前端-信號(hào)的接收與轉(zhuǎn)換 （1）ADC:將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)； （2）TMDS Receiver:接收DVI數(shù)字信號(hào) （3）Vedio Decoder:將CVBS,S端子或色差信號(hào)YCbCr解碼，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) 2、中端 De-interlacer:將隔行掃描（interlaced)轉(zhuǎn)換成LCD TV,PDP TV鄧所用的逐行掃描（progressive). 3、后端-信號(hào)的調(diào)整與輸出 （1）Scaler:對(duì)畫面解析度或形狀大小進(jìn)行調(diào)整，重新填寫成LCD TV的原始像素矩陣（Native Resolution). （2）OSD:負(fù)責(zé)調(diào)整屏幕顯示亮度、對(duì)比度、垂直與水平位置和字幕；

18、 （3）LVDS:傳輸已處理好的低壓差分信號(hào)給LCD TV面板模組。,速度快 傳輸支持速率一般在155Mbps,ANSI/TIA/EIA644中,推薦最大速率為655Mbps. 功耗低 x3.5mA current loop/output,350mV Voltage Swing. 噪音低,What is LVDS?,Graphic Controller,T-con,CMOS/TTL,CMOS/TTL,Data(LVDS),Clock(LVDS),LVDS Interface Data 4pair + Clock 1pair = 10 line,CMOS/TTL Interface Data 2

19、4 line Control 3 line Clock 1 line,CMOS/TTL Interface Data 24 line Control 3 line Clock 1 line,Host System,LCD Module,LVDS Tx,LVDS Rx, LVDS(Low Voltage Differential Signaling) - Interface between TV set and LCD module - 350mV swing - 100 ohm R-Termination - Reduce Data Bus Width,What is LVDS?,LVDS S

20、ignal Mapping,BACK,四、液晶顯示屏的一般特點(diǎn),1)寬范圍的畫面對(duì)角尺寸 從手機(jī)、掌上電腦，到筆記本電腦，到更大尺寸的液晶電視，液晶屏擁有2.5 inch到82 inch各種類型的屏，應(yīng)用在各個(gè)不同方面。 曾有“等離子做大、液晶做小”之說。然而這個(gè)認(rèn)識(shí)很快被液晶技術(shù)的發(fā)展所揚(yáng)棄，三星電子旗下的第七代LCD顯示器生產(chǎn)工廠已經(jīng)生產(chǎn)出了全球最大的LCD顯示器：尺寸高達(dá)82英寸 ，不久將投入量產(chǎn)。,液晶屏的特點(diǎn),2)薄而輕的結(jié)構(gòu) 同等離子電視一樣，由于液晶模塊本身具有薄而輕的特點(diǎn)，決定了顯示屏在總體上相應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)顯示尺寸的增大也不需要相應(yīng)地增大屏體的厚度，重量方面遠(yuǎn)勝過CRT。

21、,液晶屏的特點(diǎn),3)顯示質(zhì)量高 由于液晶屏每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不象CRT那樣需要不斷刷新亮點(diǎn)。因此，液晶電視畫質(zhì)高，其幀幅刷新技術(shù)徹底解決畫面閃爍，把眼睛疲勞降到最低。,液晶屏的特點(diǎn),4)防電磁干擾 由于液晶屏特殊的顯示方式，來自外界的電磁干擾，如馬達(dá)，揚(yáng)聲器、地磁場(chǎng)等，對(duì)LCD的圖像幾乎沒有影響。相比之下，CRT受電磁場(chǎng)的干擾要明顯得多。,液晶屏的特點(diǎn),5)純平面圖象無扭曲 LCD的RGB柵格在平面中呈均勻分布，不同于曲面的CRT容易出現(xiàn)的枕形失真等圖象變形，就是在純平CRT中由于在邊緣的掃描速度不均勻，很難控制到不失真的水平。這樣就使得LCD的圖像即使

22、在邊緣也沒有扭曲現(xiàn)象出現(xiàn)。,液晶屏的特點(diǎn),6)沒有會(huì)聚和聚焦問題 普通CRT背投因?yàn)閰R聚不準(zhǔn)會(huì)造成掃描線邊緣交疊混色，聚焦不良會(huì)導(dǎo)致掃描線加粗，從而導(dǎo)致圖像模糊，分辨率下降。 LCD各像元獨(dú)立決無交疊。,液晶屏的特點(diǎn),7)寬視角 普通液晶顯示器的視角很窄，水平方向的視角一般為120左右，垂直方向則更少。最新的應(yīng)用于液晶電視的屏，水平垂直方向的視角都已高達(dá)160以上，視角方面的劣勢(shì)基本消除,液晶屏的特點(diǎn),8)高亮度、對(duì)比度及色彩還原度 普通液晶顯示器的亮度、對(duì)比度、色彩還原度都較低，最新的液晶電視屏具有超過400cd/m2、500:1的高亮度、對(duì)比度，并且采用8位數(shù)字方式驅(qū)動(dòng)RGB電路，真正的2

23、4bit的真彩色還原.,液晶屏的特點(diǎn),9）分辨率更高、響應(yīng)速度更快、壽命更長(zhǎng) 最新的液晶電視屏擁有1024768的超高分辨率，通過scale（縮放）電路，可支持現(xiàn)今所有的輸出格式，并完全兼容以后的數(shù)字電視，而低于16ms的響應(yīng)速度，使拖尾、余輝現(xiàn)象基本消除，高達(dá)50000小時(shí)以上的壽命，讓背投、PDP等都望塵莫及。,液晶電視與CRT、背投電視比較,體積薄、重量輕 不存在聚焦、會(huì)聚的問題 無色彩漂移現(xiàn)象 環(huán)保無X射線輻射 無掃描引起的幾何失真 不受地磁場(chǎng)影響 功耗小、無輻射,TCL LCD TV 采用的一系列獲獎(jiǎng)專利,1）CCS（運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)纳蚀當(dāng)_抑制技術(shù)）：擁有專利的三維算法徹底消除普通彩電亮

24、度、色度信號(hào)互相串?dāng)_現(xiàn)象，減少視頻雜波和色彩斑點(diǎn)，提高清晰度，大幅提升片源畫質(zhì) 2）DCDiTM （斜線角度處理技術(shù)）： 平滑運(yùn)動(dòng)圖象邊緣， 最大程度地消除邊緣鋸齒 Emmy藝術(shù)成就獎(jiǎng),3）Motion adaptive deinterlace base on pixel (以像素點(diǎn)做自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償，超高精密逐行掃描技術(shù))：運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景內(nèi)插法及靜態(tài)場(chǎng)間疊加法交替使用，既大幅提高畫質(zhì)清晰度，同時(shí)避免了運(yùn)動(dòng)贗像的產(chǎn)生 4）Film mode（電影膠片信號(hào)模式對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換技術(shù)）：對(duì)電影信號(hào)源進(jìn)行檢測(cè)，補(bǔ)償因3：2或2：2轉(zhuǎn)換引起地跳幀，并對(duì)剪切插播地編輯缺陷做轉(zhuǎn)換處理,無CCS,有CCS,CCS色彩串?dāng)_抑制技術(shù),不徹底的亮色分離及干擾,先進(jìn)三維算法徹底消除亮色干擾及失真，全面提升片源畫質(zhì),DCDi 斜線角度處理技術(shù),典型無DCDiTM,邊緣鋸齒,DCDi 采用斜角度內(nèi)