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液晶电视主要性能参数的影响分析及优化摘要 捅要 液晶显示具有清晰度高，能耗低，寿命长，体积小等优点，受到了用户的广泛欢 迎。随着液晶面板制造技术的提高、液晶面板尺寸的扩大，液晶显示器件在平板电视 方面的应用为液晶产业开拓了广阔的市场。 本课题以在位列世界前三的液晶面板公司的工作和研究经验为基础，对液晶电视主 要性能指标进行了影响因素分析和优化研究，本文的主要工作如下： 1 ) 介绍了液晶面板复杂的层状结构，讲解了通过t i 吓电极提供的电场控制液晶的 旋转而控制光线的显示原理，阐述了从p c 显示器的基础上发展起来的液晶电视系统。 2 ) 分析了液晶面板各层的透光率及背光源亮度对液晶电视亮度的影响，以及由面 板液晶性能决定的黑色纯度和白色亮度对液晶电视对比度的影响，给出了改善对比度和 亮度的各种可能措施。 3 ) 分析了两极电压、液晶分子层厚度等对液晶电视响应时间的影响，给出了通过 改变两极驱动电压及插帧等改善液晶电视响应时间的方法。 4 ) 液晶电视的视角优劣主要取决于液晶面板，液晶面板有t n 、i p s 和v a 三种液 晶排列方式，本文通过对三种液晶排列方式的比较，给出了选择液晶面板的建议。 5 ) 基准电压不稳定会引起液晶电视画面闪烁，为解决该问题，本文给出稳定基准 电压的方法。 6 ) 讲解了动态对比度，倍频技术和l e d 背光源三种业内最新的性能提升方案，该 三种方案是在接下来的几年内保证市场竞争力的必要准备。 本课题从工程实际出发，给出了现有液晶产业技术条件下的性能优化方案，可供液 晶电视生产与设计人员参考使用。 关键字：液晶电视，视角，响应时间，对比度 作者：郭连俊 指导老师：钱志良 k e yp a r a m e t e r sa n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o n 唾 婴 a b s t r a c t a b s t r a c t b e c a u s eo fm a n yk i n d so fs t r o n g p o i n ts u c h 嬲l l i s hd e f i n i t i o n , l o we n e r g y c o n s u m p t i o na n db e i n gs m a l ls i z e ，1 r i 叮l c d ( t h i nf i l mt r a n s i s t o rl i q u i dc r y s t a ld i s p l a y ) h a sb e c o m et ob et h em o s tp o p u l a rd i s p l a ym o d ei nt h ew o r l di nt h e s ey e a r s w i mt h e i m p r o v e m e n to fm a n u f a c t u r i n gt e e t m o l o g y , t h el c d s i z eb e c a m eb i g g e ra n db i g g e r ，w h i c h m a d ei tm o r es u i t a b l et ob eu s e di nl c dt v a n dt h i sc h a n g ed e v e l o p e daw i d e rm a r k e t f o rl c di n d u s t r y t h ea u t h o ro ft h i sa r t i c l ew o r k e di nt h e3 川l a r g e s tl c dm a n u f a c t u r i n gc o m p a n y b a s e o nt h ee x p e r i e n c ei nw o r k i n ga r e aa n dt h ec o o p e r a t i o n 晰t l lc u s t o m e r s ，is t u d i e dt h em a i n p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r so fal c dt v ，w h a ta f f e c tt h e m , a n dh o wt oi m p r o v et h e m t h e m a i nc o n t e n to f t h i ss t u d y i n gi n c l u d i n g ： 1 ) i n t r o d u c et h ec o m p l i c a t e d ，l a y e r ss e tu ps t r u c t u r e so fal c dp a n e l ，e x p l a i nt h e w o r k i n gt h e o r yo fl c d ，h o w t oc o n t r o lt h el i g h tb a s eo nl c d su n i q u ep h y s i c a lf u n c t i o n i n t r o d u c et h el c dt vs y s t e mw h i c hd e v e l o p e db a s eo nt h el c dm o n i t o r 2 ) a n a l y s i st h ea f f e c to ft h el i g h tt r a n s m i s s i o nr a t eo ft h ed i f f e r e n tl a y e r so fal c d f u n c t i o no fl i q u i dc r y s t a la f f e c tt h el u m i n a n c ea n dt h ec o n t r a s tr a t i o ，p r o v i d et h ep o s s i b l e r e s o l u t i o no fh o wt oi m p r o v et h e m 3 ) a n a l y s i sh o wd o e st h ev o l t a g eb e t w e e nt h e2s i d eo fl i q u i dc r y s t a la n dt h et h i c k n e s s o fl i q u i dc r y s t a la f f e c tt h er e s p o n s et i m e f i n do u tr e s p o n s et i m ei m p r o v em e t h o db yo v e r d r i v ea n df l a m ei n j e c t i o nt e c h n o l o g y 4 ) t h ev i e wa n g l eo fl c d i vw a sm a i n l ya f f e c t e db yt h el c dp a n e l ，t h ea r r a ym o d e o fl i q u i dc r y s t a li n c l u d i n g3d i f f e r e n tk i n d s ，w h i c ha r et n ，i p sa n dm v a ，t h i sa r t i c l e p r o v i d et h es u g g e s t i o ni nh o w t oc h o o s et h e3d i f f e r e n ta r r a ym o d e s 5 ) t h ee x c u r s i o no fv c o m ( v o l t a g ec o m m o n ) w i l lc a u s ep a t t e mf l i c k e r t os o l v et h i s p r o b l e m ，t h i sa r t i c l ep r o v i d e st h es o l u t i o no f h o wt om a k ev c o ms t a b l e 6 ) i n t r o d u c e3k i n d sn e w e s tp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n tm e t h o d si nl c dt v t e c h n o l o g y , w h i c ha r em o v i n gc o n t r a s tr a t i o ，d o u b l ef l a m ea n dl e d b a c kl i g h t t h e s en e w t e c h n o l o g yi st h en e c e s s a r yc o n d i t i o nt ob eal e a d e r s h i pi nl c dt vi n d u s t r y k e yp a r a m e t e r sa n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o no fl c dt v a b s t m c t t h i ss t u d d i n gb a s eo nt h ea c t u a l l ye n g i n e e r i n gr e q u e s t , a n dc a r lb ear e f e r e n c e so f e n g i n e e r sw o r k i n g i nl c dt v c o m p a n i e s k e y w o r d s ：l c dt v ，v i e wa n g l e ，r e s p o n s et i m e ，c o n t r a s tr a t i o 1 i i w r i t t e n b y ：z h i l i a n gq i a n s u p e r v i s e db y ：l i a n j u ng u o 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已 经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学或其他教育机构的学位证书 而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在本文中以明 确的方式注明。本人承担本声明的法律责任。 研究生签名： 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、 中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文 档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以 公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大 学学位办办理。 研究生签名： 导师签名：弛 链埠日 期：2 垒蠼：篁：蛰 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第一章概述 1 1液晶显示器的发展 第一章概述弟一早僦尬 液晶是一种几乎高分子的化合物，同时呈现晶体与液体的某些特征。液晶从形状 和外观上看都是一种液体，但它的晶体式分子结构又使其表现出晶体的特性。像磁场 中的金属一样，当受到外界电场影响时，液晶分子会产生精确的有序排列，如对分子 的排列加以适当的控制，液晶分子将会对通过的光线产生改变极性的作用，光线穿透 液晶的方式可由液晶分子的排列方式来决定。 六十年代起，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或 折射。经过反复测试，1 9 6 8 年，在美国发明了液晶显示器件，随后l c d 液晶显示屏 就正式面世了。从第一台l c d 显示屏的诞生以来，短短3 0 年，液晶显示器技术得到 了飞速的发展：七十年代初，日本开始生产t n l c d 并推广。八十年代初，t n l c d 产品在计算器上得到广泛应用，欧美国家提出矸t - l c d 和s t n l c d 显示技术，之 后，日本掌握了s t n l c d 的大规模量产技术，使l c d 产业获得飞速发展。1 9 7 1 年 后，液晶显示设备开始在人民的生活中出现。这就是最初的 i n l c d ( 扭曲阵列式) 显示器。尽管当时还只是单色显示，但在某些领域已开始加以应用( 例如医学仪器等) 。 到八十年代初期，t n - l c d 开始被应用到电脑产品上。1 9 8 4 年，欧美国家提出 s t n l c d ( 超扭曲阵列) ，同时t f t - l c d ( 薄膜电晶体式) 技术也被提出，但技术 和工艺仍不够成熟。到八十年代末期，日本厂商掌握着s t n - l c d 的主要生产技术， 它们开始在生产线上进行大规模的生产，这算得上是l c d 将要普及的信号。 1 9 9 3 年，在日本掌握t f t - l c d 的生产技术后，液晶显示器开始向两个方向发展： 一个方向是朝着价格低、成本低的s t n - l c d 显示器方向发展，随后又推出了 d s t n l c d ( 双层超扭曲阵列) ；而另一方向却朝高质量的薄膜电晶体t f t - l c d 发展。 日本在1 9 9 7 年开发了一批以5 5 0 x 6 7 0 m m 为代表的大尺寸玻璃基板的第三代 t f t - l c d 生产线，并在1 9 9 8 年使大尺寸的l c d 显示屏的价格比1 9 9 7 年下降了一半。 1 9 9 6 年以后，韩国和中国台湾都投巨资建设第三代的t f t - l c d 生产线，在1 9 9 9 年 以后开始了与日本技术竞争。 从1 9 7 1 年开始，液晶作为一种显示媒体被使用以来，随着液晶显示技术的不断 完善和成熟，使其应用日趋广泛，到目前已涉及电视、数码照相机、数码摄像机以及 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第一章概述 显示器等多个领域。在其经历了一段稳定、漫长的发展历程后，液晶产品已摒弃了以 前那种简陋的单色设备形象。目前，它已在平面显示领域中占据了最重要的地位，而 且成为了笔记本和掌上型电脑的必备部分。1 9 8 5 年，自从世界第一台笔记本电脑诞 生以来，l c d 液晶显示屏就一直是笔记本电脑的标准显示设备，所以一谈到l c d 必 定会与笔记本电脑扯上关系。l c d 显示器在笔记本电脑的发展历程中也发挥了重要 的作用，但随着液晶显示技术的不断进步，具备平滑显示屏幕的l c d 液晶显示器又 开始逐步地进入桌面p c 系统市场。桌面电脑为了达到轻、薄、小等功能，率先采用 l c d 液晶面板作为显示器。发展至今，更多的电子产品都纷纷采用l c d 作为显示面 板( 如移动电话、便携式电视、游戏机等) ，因而也令l c d 产业得到了蓬勃的发展。 时至2 1 世纪，厚度薄，重量轻，高清晰的液晶电视更是深入人心，正在逐步取代传 统的c r t 电视，并在与p d p 的平板电视较量中取得上风，如今，液晶电视已经是 l c d 产业最大的应用领域，也是所有业者的必争之地。 1 2 液晶电视与等离子电视 液晶电视与等离子电视都属于平板电视( 即f l a tp a n e ld i s p l a y ，f p d ) ，在分析、 比较之前，首先了解一下传统显像管( c r t ) 与平板电视的差别。自从有电视这一最 主要的信息传播媒体以来，传统的c r t 电视已经历了六十多年的历史，其最大变革 是从黑白到彩色，但基本原理一直没有改变，即靠显像管后端的电子枪射出电子束， 轰击激发显像管前端的荧光粉，使其发出不同颜色和亮度的光，从而显示出各种画面。 c r t 电视的原理决定了其相对于平板电视的最大缺点，即难于减少的尺寸和重量以 及难于提高的清晰度。消费者希望看到越来越大的显示尺寸和越来越细腻的画面，具 有轻薄尺寸和精细像素独立控制的平板电视显然具有绝对的优势。同时，c r t 电视 也已经无法适应家用媒体设备的数字化，网络化和集成化。基于以上种种在性能发面 的落后，c r t 产业和市场自上世纪九十年代末起都在迅速的萎缩，在消费水平发展 较快的欧美市场，c r t 已经难得一见，几乎被平板电视所取代。我国也正在进行着 c r t 电视到平板电视的变革。 等离子电视( p d p ) 和液晶电视( l c d ) 都属于平板电视，它们虽然表面上十分 相像，但本质上却有很大差别。两者的最大的区别在于使用的面板不同，也就是说它 们的成像原理不一样。等离子电视是依靠高电压来激活显像单元中的特殊气体，使它 产生紫外线激发磷光物质发光，而l c d 电视则是通过电流来改变液晶面板上的薄膜 2 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第一章概述 型晶体管内的电场，通过液晶的旋转来控制外来光源的通量来显像，液晶本身并不发 光。除此以外，等离子电视与液晶电视也有各自的特点，如等离子电视在同等尺寸下 比液晶电视便宜，与液晶电视相比较，无动态画面播放时的拖尾现象，而液晶电视则 在节电性能与显示分辨率方面具有非常明显的优势。 关于清晰度。 液晶电视的清晰度比等离子电视的清晰度高，目前等离子电视宣称的最高物理分 辨力不过1 0 2 4 x 1 0 2 4 ，而几乎所有的液晶电视都可以达到1 0 2 4 x 7 6 8 的高分辨力，最 高的达1 9 2 0 x 1 0 8 0 。事实上，市场上销售的等离子电视的物理分辨力大部分只有 8 5 2 x 4 8 0 ，只有少数等离子电视的物理分辨力达到1 0 2 4 x 7 6 8 。在电视机逐渐趋成为家 庭娱乐功能集成显示装置的今天，高解析度的液晶电视在游戏、静态图象显示、网页 浏览等方面的强大功能是等离子电视所无法比拟的。 关于视角。 液晶电视与等离子电视相比较，后者在视角方面好于前者，虽然等离子电视也不 是“没有视角问题”。对于客厅、卧室用的电视机，很少有人会在超过1 2 0 度的角度去 看电视，所以，液晶电视视角稍差对于家用电视机而言并非是影响使用性能的大问题。 关于响应速度。 响应速度是液晶电视的软肋，近期虽然在技术上已有很大改进，但与等离子电视 的响应速度相比仍有差距。有些液晶电视生产企业宣称已将液晶电视的响应时间降低 到了8 毫秒，但实际上，市场上销售的液晶电视的响应时间大部分在1 2 毫秒左右， 即使己宣称响应时间降到8 毫秒的液晶电视，在播放快速运动图像时仍有拖尾现象， 因为企业所宣称的8 毫秒响应时间是在播放静止图像的情况下测得的，对于一个快速 运动的黑色图像或白色图像，液晶电视都存在轻微拖尾现象。等离子电视也并非不存 在响应速度问题，对于快速运动的白色物体，等离子电视也会有轻微拖尾现象，但对 快速运动的黑色物体，则不会产生拖尾现象。 关于对比度 如果单纯从等离子电视和液晶电视标注的对比度来看，液晶电视远远不如等离子 电视，但这并不表明等离子电视的对比度比液晶电视的好，这是因为等离子电视和液 晶电视采用了不同的对比度测算方法，甚至各个企业采用的测算方法也不尽相同。等 离子电视大多采用全白全黑的测算方式，对比度一般都很高，有些企业宣称其对比度 高达8 0 0 0 ：1 。如果按照美国国家标准a n s i 来测算，等离子电视与液晶电视的对比 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化 第一章概述 度大都在2 0 0 ：1 或者3 0 0 ：1 左右，这种测算方式是对同一幅图像显示的黑色和白色 进行对比。 不管各个项目的光学指标的比较如何，超高的清晰度是液晶电视占领市场的主要 优势，购买一台物理解析度达到1 3 6 6 x 7 6 8 以上的液晶电视，相当于同时拥有了一台 大尺寸的电脑显示器( 目前的大尺寸液晶电视都设置了标准的v g a 接口) ，上网、 游戏都拥有了更舒畅的“视野”，何况越来越多的国家已经把未来高清数字电视的物理 解析度定在了1 9 2 0 x1 0 8 0 ，而这显然是等离子电视所难以达到的。所以液晶电视的 逐年快速增长和等离子电视的逐步缩减，已成为一个不争的事实 1 。 1 3液晶电视市场表现 下面了解一下液晶电视近年来的市场表现，首先从平板电视开始。 经历了多年的培育，平板电视终于脱颖而出，褪去了”奢侈品”的面纱，逐渐走入 了寻常百姓家，我国2 0 0 5 年平板电视的销量达到了1 8 8 万台，与2 0 0 4 年同期相比增 长了3 7 9 3 ，销售额达到了2 3 9 亿元，比2 0 0 4 年增长了2 9 2 7 。平板电视终于结 束了漫长的导入期，进入了快速成长阶段。平板电视放量的增长使得平板电视与消费 者接触点越来越多，它从家电卖场的t 型台走到了消费者身边，楼宇里出现了平板电 视，公交车上出现了平板电视，火车上也出现了平板电视，这种潜移默化的渗透，加 深了消费者对平板电视的了解，也激发了消费者购买平板电视的消费欲望，平板电视 由此进入了良性市场推广轨道。 2 0 0 4 年，液晶电视和等离子电视在我国电视市场上的销售量旗鼓相当，并都远 远落后于背投电视，但经过一年的角力，液晶电视力挫等离子、背投和c r t 彩电， 成为2 0 0 5 年中国乃至全球彩电市场中的绝对主角。在2 0 0 5 年，液晶电视经受考验， 得到了消费者的充分认可，市场前景逐渐明朗和清晰，成为未来彩电市场上最具潜力 的一种应用技术。 2 0 0 5 年，等离子电视与液晶电视展开了激烈的交锋，随着液晶电视尺寸结构的 上移，二者的销售领域和消费群体逐渐接近或重合，等离子电视大屏低价的优势渐失， 销量已明显低于液晶电视。同时，等离子电视“高价不高清”的缺陷逐渐暴露，9 0 以上的等离子电视的分辨率仅为8 5 2 * 4 8 0 ，这与中国数字高清电视推广进程显得不那 么协调，因此在2 0 0 5 年，等离子电视厂商以日立为主发动了等离子电视高清化革命， 挽回了等离子电视在平板电视市场上的一席之地。 4 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化 第一章概述 消费者对于液晶电视和等离子电视的偏好，是决定液晶和等离子电视市场表现的 一个方面，但更深层次探究液晶电视和等离子电视市场表现的根源，可以发现其上游 产业链的发展直接关系到二者的市场表现。2 0 0 5 年，等离子面板市场仍相当集中， 虽然有几个新工厂投产，产能扩大了5 0 ，技术得到改善，成本得到下降，但与液 晶电视面板的发展相比仍慢了半步。2 0 0 5 年，所有液晶电视面板厂商都致力于反应 时间的缩短、可视角度的扩大、对比度和亮度的提高，技术发展迅速，同时新世代生 产线建设加速，使得大尺寸面板产能扩充以及成本的下降都成为可能。与等离子电视 面板相比，液晶电视面板可谓是人丁兴旺，6 代以上液晶生产线已成为标准配置。由 于液晶电视和等离子电视在成本构成上有极大的相似度，即其面板在产品成本中占据 6 0 以上，所以这种上游推动力的大小在很大程度上决定了终端产品的市场表现。 数码化、p c 化、网络化、时尚化成为平板电视新四化。 2 0 0 5 年，随着中国数字电视产业的发展，几乎所有的厂商在宣传自己的产品时 都不忘加上“数字电视的头衔。2 0 0 6 年，平板电视在各项性能上也都有较大的提 升，同时其功能逐渐丰富。表现出四大特点：一，数码化，越来越多的平板电视与数 码类产品( 如m p 3 、数码相机、存储卡等数码类产品) 实现简单连接，二者的融合 程度越来越高：二，无线连接等网络技术应用到平板电视中，使得平板电视具有强大 的功能，利用电视机浏览网页、收发短信都成为可能：三，软件逐渐渗透到平板电视 中，并占有举足轻重的地位，透过软件的改进，功能操作日趋简易、人性化；四，平 板电视符合消费者对占用空间小的要求，并且在造型、颜色上更易于与家具融合在一 起，时尚且典雅r 2 。 2 0 0 5 年，平板电视突破了原有的c r t 应用场所，除了家庭应用外，还新开辟了 大型活动场所，例如运动场所、大型购物场所( 大型连锁超市或者大型百货商场宣传 导购用) 、大型展览场所( 各种展览会、展示会) 等行业应用，使得平板应用范围进 一步扩大。除此之外，由于液晶电视可以做成相对较小的尺寸，因此在公交、移动通 信、铁路运输等方面同样发展较快。新兴的商用市场的开辟，加上了传统家用电视机 已开始更新换代，平板商用电视市场潜力巨大，并将成为未来平板电视市场的有力支 撑。 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化 第一章概述 图1 1 1 平板电视市场预期 上游产能逐步扩大，技术快速改进，产品应用范围的扩大都为中国平板电视的发 展奠定了基础。根据赛迪顾问预测，中国平板电视市场到2 0 1 0 年将接近3 0 0 0 万台，如 图1 1 1 。在2 0 0 8 年奥运会的刺激下，市场出现激增，行业用户市场也将大大增加。 1 4国内液晶电视的设计现况 液晶电视的设计主要包含电子电路设计，结构设计及外观工业设计三部分。 电子电路设计是整个设计过程的关键。液晶电视最主要的两个部件为液晶面板及 信号处理芯片，一般，这两个部件分别占整机成本的6 0 7 0 和3 5 ，电视整机 的最终功能表现也直接由这两部件决定。但是，由于目前适合于大尺寸电视用l c d 面板的设计和制造主要由韩系企业和部分台湾省企业把持，高性能的信号处理芯片基 本为日本企业和美国企业所垄断( 也有部分台湾公司) ，所以，国内家电企业的液晶 电视设计都围绕外购面板和芯片展开，设计内容主要包含面板与芯片的选择，搭配与 性能优化。 因为没有掌握面板和芯片两个关键部件技术，国内研发人员设计电视的电子电路 都比较吃力，甚至相当大一部分工作需要在面板和芯片厂家的支持下完成，由此导致 设计周期长，创新能力差。除非国内企业能真正掌握液晶显示面板制造的前端技术， 这种状况在短期内都将难已解决。 液晶电视结构设计相对简单，与传统的c r t 电视相比，液晶电视( 主要为l c d 面板) 的重量和尺寸都减少很多，以市场上的3 2 寸液晶电视为例，重量一般只有1 0 1 5 公斤，厚度小于1 5 c m ，所以一般的合金材料支架就可以满足液晶电视在机械强度方 6 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第一章概述 面的要求，材料的种类及材料的用量以能满足相关标准及测试要求为准。由于国内传 统家电企业都有着丰富的c r t 电视设计经验，并深切了解相关的测试方法和标准， 所以在液晶电视的结构设计上一般都会得心应手。针对结构设计中应该注意和容易发 生缺陷的几个方面，后面章节会再做叙述 电视机的外观工业设计是国内企业的强项，也是拥有专利最多的方面，一般只需 延续本企业品牌系列的风格即可，或者由专业的设计公司完成。本文对此不做介绍。 1 5本文研究的重点 本课题以在位列世界前三的液晶面板公司的工作和研究经验为基础，对液晶电视主 要性能指标的进行了影响因素分析和优化设计研究，本文的主要工作如下： 1 ) 介绍了液晶面板复杂的层状结构，液晶显示器件利用液晶的电极性和旋光性，讲 解了通过t f t 电极提供的电场控制液晶的旋转而控制光线的显示原理，阐述了从p c 显 示器的基础上发展起来的液晶电视系统。 2 ) 分析了液晶面板各层的透光率及背光源亮度对液晶电视亮度的影响，以及由面 板液各性能决定的黑色纯度和白色亮度对液晶电视对比度的影响，给出了改善对比度和 亮度的各种可能措施。 3 ) 分析了两极电压、液晶分子层厚度等对液晶电视响应时间的影响，给出了通过 改变两极驱动电压及插帧等改善液晶电视响应时间方法。 4 ) 液晶电视的视角优劣主要取决于液晶面板，液晶面板有t n 、i p s 和v a 三种液 晶排列方式，本文通过对三种液晶排列方式的比较，给出了选择液晶面板的建议。 5 ) 基准电压不稳定会引起液晶电视画面闪烁，为解决该问题，本文给出稳定基准 电压的方法。 6 ) 讲解了动态对比度，倍频技术和l e d 背光源三种业内最新的性能提升方案，该 三种方案是在接下来的几年内保证市场竞争力的必要准备。 本课题从工程实际出发，给出了现有液晶产业技术条件下性能优化方案，可供液晶 电视生产与设计人员参考使用。 1 6本章小结 本章介绍了液晶及液晶电视产业诞生以来的快速发展过程和美好前景，阐述了 液晶电视相对与传统c r t 电视和等离子电视的诸多优点。如今正处在国内家电企业 7 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第一章概述 由c r t 电视转向液晶电视的关键时期，目前国内液晶电视的设计工作主要是围绕液 晶面板的系统配制和性能优化。 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化 第二章液晶面板的结构和显示原理 第二章液晶面板的结构与显示原理 2 1l c d 面板结构 液晶显示器件从结构上说，属于平板显示器件。其基本结构呈多层的平板形。典 型液晶显示器件基本结构如图2 1 1 和2 1 2 所示。它主要由液晶，玻璃基板，偏光板 及叮电极等几大部件组成。当然，不同类型的液晶显示器件其部分部件可能会有 不同，但是所有液晶显示器件都可以认为是由两片光刻有透明导电电极的基板，夹持 一个液晶层，封装成一个偏平盒，再在外表面贴装上偏振片等构成。 现将构成液晶显示器件的三大基本部件和特点介绍如下： 1 玻璃基板 液晶盒上前后两块玻璃基板是一种表面极其平整的薄玻璃片。基板材料可使用无 碱玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃、等，每块基板的厚度一般为0 4 r a m o 7 m m 。基板之 间的液晶层只有几微米厚。前后基板的内侧分布有i t o 透明薄膜电极、红绿蓝三色 滤光片、薄膜电晶体( 叮) 阵列、行列扫描线、液晶分子配向膜等。在前基板的前 表面和后基板的后表面还粘有偏振片，两偏振片的透光轴相互正交或平行。 2 液晶 液晶材料是液晶显示器实现其功能的关键。不同产品所用液晶材料不同，液晶材 料大都是由几种乃至十几种液晶材料混合而成。每种液晶材料都有自己固定的清亮点 t l 和结晶点t s 。因此也要求每种液晶显示器件必须使用和保存在t 铲t l 之间的一定 温度范围内，如果使用或保存温度过低，结晶会破坏液晶显示器件的定向层：而温度 过高，液晶会液化而失去晶体态，也就失去了液晶显示器件的功能。当其温度为t s 时，它具有类似于晶体的光学各向异性，且为混浊粘稠的液体，当继续加热至温度 - n 时，则变成光学各向同性而透明的液体。在t s 与n 之间，呈现出既有液体的流动 性，又有晶体的光学各向异性，因而称为液晶。它既不同于不能流动的晶体，也有别 于光学各向同性的液体。 3 偏振片 偏振片又称偏光板，由塑料膜材料制成。涂有一层光学压敏胶，可以贴在液晶 盒的表面。其特点是具有光学极性，使得只有极性与之相同的光才可通过，极性不同 的则被吸收。前偏振片通常在表面还有一保护膜，以增加其机械强度，同时可以增加 9 图2 1 1l c d 显示屏基本结构1 上偏光扳 上玻璃基板 彩色滤光片 透明电极 液晶 信号电极 开关电极 。r f t 电晶体 下玻璃基板 画素 下偏光扳 l 1 下偏光板 。光塬 图2 1 2l c d 显示屏基本结构2 以典型的扭曲向列型液晶显示器( t n ) 为例，将一片刻好透明导电极图形和另 原一或篡 构一易篡面一使塑撇篡一够一嘶忑一欺一耥慧 分一片嚣 数一 。渗一能燮黝鳖黼勘一升 。 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第二章液晶面板的结构和显示原理 一片贴好彩色滤光片的平板玻璃相对放置在一起，使其间相距为4 - , 7 u r n 。四周用环氧 胶密封，但在一侧封接边上留有一个开口，该开口称为液晶注入口。液晶材料即是通 过该注入口在真空条件下注入的。注入后，用树脂将开口封堵好，再在液晶盒前后表 面呈正交地贴上前后偏振片即完成了一个完整的液晶显示器件。当然，作为扭曲向列 型液晶显示器件，在液晶盒内表面还应制作上一层定向层。该定向层经定向处理后， 可使液晶分子在液晶盒内，在前后玻璃基板表面都呈沿基板面平行排列，而在前后玻 璃基板之间液晶分子又呈9 0 度扭曲排列。从而使其具有了彩色显示器所需要的电光 学特性。 2 2l c d 显示原理 2 2 1 基本原理 从结构上看，液晶屏由两片线性偏光板和一层液晶所构成。其中，两片线性偏光 板分别位于液晶面板的内外层，每片只允许透过一个方向的光线，它们放置的方向成 9 0 度交叉( 水平、垂直) ，也就是说，如果光线保持一个方向射入，必定只能通过 某一片线性偏光器，而无法透过另一片，默认状态下，两片玻璃基板间会维持一定的 电压差，基板上的薄膜晶体管就会变成一个个的小开关，液晶分子排列方向发生变化 而产生旋转，不对射入的光线产生任何极性影响，液晶显示屏会保持黑色。一旦取消 两片玻璃基板间的电压差，液晶分子会保持其初始状态，将射入光线扭转9 0 度，顺 利透过第二片线性偏光板，液晶屏幕就亮起来了。 也就是由液晶基板后面的背光投射出光源，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片与另一块偏光板。因此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 3 ，如图2 2 1 。当然这是一个很简单的原理模型，真正的液晶面板内还 有更复杂的电路结构。 2 2 2 液晶分子特性及应用 液晶由细长的棒状分子组成，各棒状分子长轴平行，指向某一方向，或分子长轴 不完全相同，但宏观上有某一平均方向。正是由于液晶分子有指向性的排列这一特点， 使其物理参数在分子长轴方向及其垂直方向取不同值。由于液晶分子的排列结构，不 像晶体结构那样坚固，在电场、磁场、温度、应力等外部条件的影响下，其分子容易 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第二章液晶面板的结构和显示原理 发生再排列，使液晶的各种光学性质随之发生变化，液晶这种各向异性及其分子排列 易受外加电场、磁场的控制，正是液晶能被用于显示器件的物理基础。 珊r 扶态 图2 2 1 液晶面板成像原理示意图 图2 2 2 液晶分子的电极性 液晶分子长轴方向的介电常数与短轴方向的介电常数是不一样的，在外加电场 作用下，液晶分子的排列状态就会发生变化，如图2 2 2 。这种由于外加电场的作用 使液晶分子排列变化而引起液晶光学性质改变的现象，称为液晶的“电光效应”。利用 液晶的“电光效应”，可实现光被电信号调制，从而制成液晶显示器件。 当液晶被施加一定的电压时，液晶分子在电场的作用下将重新排列，用液晶分子 的扭曲角度及光透过率随外加电压的变化来表示液晶的光电响应特性 4 ，如图 2 2 3 所示。 图中i 也一阈值电压( 临界电压) ； u s a t 饱和电压，垂直轴为透光率，水平轴 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化 第二章液晶面板的结构和显示原理 喜t 害t 笺嚣 冽苍 表| x 3 信号同电般 y 1y 2y 3 y 两 譬亍，列交叉点即为显糸 像素，如y 3 熘电极同 时选通，像素罔8 发光 图2 2 4 矩阵电极结构 根据液晶显示器的不同结构，其驱动方式有多种，有段电极驱动( 显示字符) 、 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第二章液晶面板的结构和显示原理 无源矩阵电极驱动( 可显示图像，但多路驱动时有串扰) 、有源矩阵电极驱动( 像素 独立寻址，多路驱动无串扰) 等。对彩色液晶显示屏的驱动，目前主要采用有源矩阵 电极驱动。它是采用寻址的方式控制屏幕中的每一个子像素点的显示f s ，如图2 2 4 。 有源矩阵液晶显示屏目前采用的驱动电极为薄膜场效应晶体管( t h i nf i l m t r a n s i s t o r ) 即平常所说的，h 叮l c d 。 图2 2 5 是薄膜场效应晶体管驱动的液晶显示器的一个子像素，薄膜晶体管t f t 是开关器件。它的导通与截止状态接近理想开关，因此，各个像素之间的寻址完全独 立，从而消除了各个液晶像素之间的交叉串扰。驱动时序与如图2 2 6 。 当t f t 栅极被扫描选通时，栅极加入一正高压脉冲v g ，r f t 导通，若此时源极 有信号v l d 输入，液晶像素即加上了信号电压v l d 。v g 消失后，l c d 上的电荷将 保持相当长的时间，直至再次被选通后新的v l d 到来，l c d 上的电荷才改变。 图2 2 7 是t f t 的宏观驱动电路，当行线y i 加高电平脉冲时，连接在y i 上的 n 叮全部被选通，图像信号经缓冲器同步加在源极母线( y l y m ) 上，经n 呵将信 号电荷加在液晶像素上。每帧被选通一次，y 1 y h 每行都要被选通。 源极弓 栅极弓i 缝 图2 2 5 薄膜场效应晶体管示意图 绉 v g i 图2 2 6 职t 驱动时序 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第二章液晶面板的结构和显示原理 2 3本章小结 图2 2 7 t f t 驱动原理 源极母线 栅极母线 本章详细分析了液晶电视的最关键部件即液晶面板的结构，成像原理和驱动原理， 展示了其复杂而巧妙的设计。液晶显示器件属于平板显示器件。其基本结构呈多层的平 板形。主要由液晶，玻璃基板，偏光板，t f t 电极及背光源等几大部件组成。其工作原 理利用了液晶的电极性和旋光性，通过n 可电极提供的电场控制液晶的旋转与否和旋 转角度，从而实现了一个复杂精确的光阀的作用，进而实现了对背光源发出的光的控制， 再由彩色滤光片对光的颜色加以调制，则可以实现彩色画面的显示。 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第三章液晶电视系统 第三章液晶电视系统 3 1液晶电视系统架构及各部件功用 液晶显示器件的应用是从p c 显示器开始的，液晶电视是在p c 显示器的基础上 发展的，其系统架构也是在显示器的基本结构的基础上，增加了多种视频信号输入接 口和处理模块。 圆圈 图3 1 1l c d 电视系统架构 l c d 电视的原理框图如图3 1 1 所示，主要由以下几个部分组成： 1 普通模拟电视信号处理模块。 该模块与普通电视机中的电视信号处理部分功能相同，其可接受多种输入信号格 式，如r f 电视射频信号、c v b s 复合电视信号、s - v i d e o 信号、色差分量信号等。r f 电视射频信号的接收一般使用一体化二合一高频头进行处理，处理后可直接输出复合 电视信号和解调的伴音信号。同时，高频头也可输出第二伴音中频信号提供给带丽音 解码的机型使用。高频头输出的复合电视信号经视频解码i c 处理后，输出模拟y u v ( 或r g b ) 信号及行场同步信号供控制板进行处理使用。 2 模拟信号数字信号转换模块。 该模块把三通道模拟( 或r g b ) 信号，通过a d 转换器处理后，转变为数 字m ( 或r g b ) 信号提供给逐行处理板使用。 3 隔行逐行转换模块。 1 6 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第三章液晶电视系统 该模块把隔行格式的数字y u v ( 或r ( 迅) 信号进行逐行处理后输出一标准逐行 格式的数字( 或r g b ) 信号。 4 模拟v g a 数字v g a 信号转换模块。 该模块主要用把p c 输出的标准模拟v g a 视频信号转变成并行数字v g a 视频信 号。 5 d v i 串行并行转换模块。这部分的功能主要由d v i 接收器来实现。其接收p c 输出的标准串行数字视频d v i 信号，然后将其转变为并行数字视频信号。 6 l c d 图像处理模块( s c a l e r ) 。该模块的核心是一个高性能的平板图像处理 器，可对前端进来的多种格式数字视频信号进行处理，输出平板显示模块可接受的平 板图像显示数据格式。其主要功能有：数字色度亮度处理、彩色g a m m a 校正、图像 大小缩放、画质改善、运动补偿、边缘平滑等。 7 d v i 并行串行转换模块。这部分的功能主要由d v i 发送器来实现。其接收平 板图像处理器输出的图像显示数据，然后将其转交为d v i 标准的串行输出数据格式， 直接连接带d v i 输入接口的l c d 显示模块。 8 l c d 显示模块。该模块是液晶电视的显示终端，其接收平板图像处理器输出的 平板图像显示数据( 或d v i 格式的平板图像显示数据，与l c d 显示模块的输入接口 有关) ，经内部时序控制电路转换后驱动l c d 面板显示出正确的视频图像。 9 c p u 模块。提供人机接口及对电路的各个功能模块进行功能设置和控制。 1 0 供电模块。对电源接口输入11 0 或2 2 0 v 交流电压进行1 2 v ，2 4 v 等直流转换 以及其他各种a c d c ，d c d c 转换，从而提供系统各部件需要的各种不同电压e 6 2 。 3 2典型液晶电视系统架构实例解析 下面以目前市场上一款典型3 2 英寸电视为例，对l c d 电视各个功能模块的线路 原理进行一些具体的分析。 该机型原理框图如图3 2 1 所示，其各主要模块的功能实现介绍如下t 1 普通模拟电视信号处理模块 模块主要由高频头( t u n e r ) 、视频信号处理器t d a 9 3 2 1 h 、丽音解码器m s p 3 4 1 0 g 、 c p u 微处理器、e e p r o m 存储器2 4 c 0 8 、动态梳状滤波器t d a 9 1 8 1 t 、画质改善器 t d a 9 1 7 8 t 、功率放大器t p a l 5 1 7 、电源控制器k a 2 7 8 r 0 8 等i c 及一些外围器件组 成。 液晶电视主要性能参数的影响分析及优化第三章液晶电视系统 外挂的高频头盒子为一体化二合一高频头，内部包含了普通数字高频头功能及多 制式图像伴音中频解调功能，可直接输出复合电视信号和解调的伴音信号。同时，高 频头也可输出第二伴音中频信号s i f 提供给带丽音解码的机型使用。该高频头采用单 一5 v 电源供电，内含d c d c 转换器可把5 v 变为频率合成所需要的3 3 v 调谐高电 压。该高频头具有集成度高、电性能好、体积小重量轻等特点，在l c d 电视上采用， 一方面可以减小系统的体积及重量，另一方面可以简化线路的设计、降低系统成本， 同时也提高了系统的t v 接收性能及可靠性。 d 1 一h = 1 1 ) a 9 3 2