1.LCD显示原理

TV技術服務部王明斌 LCD顯示原理 2 課程大綱 控制亮暗變化彩色顯示原理LCD驅動原理LCDCell內部構造LCM模組介紹電路板 PCBA 及驅動IC背光板 BLU Inverter 3 偏振光與偏光板 Polarizer POL 光是一種電磁 波 電場的振動方向為光的 偏振 方向偏光板僅容許與穿透軸平行的偏振光通過互相垂直的二片偏光板可將光線完全遮蔽 類比現象 與柵欄平行的繩波可通過 垂直則否 4 液晶 LiquidCrystal LC 液晶 LC 液晶在適當操作下 可改變光的偏振方向藉由控制光的偏振方向 可調整穿透第二片偏光板的亮度 5 液晶對偏振方向的調變效果 平行液晶長軸方向前進 光的偏振方向不變垂直液晶長軸方向前進 光的偏振方向改變最大 6 外加電場控制液晶分子方向 TNmode 未加電壓時 液晶平躺 外加電壓時 液晶直立VAmode 未加電壓時 液晶直立 外加電壓時 液晶平躺液晶方向會隨外加電壓大小連續變化 可連續調整明暗變化 灰階 7 控制明暗變化I 利用外加電壓控制明暗邊化ColorDepth 顯示器能表現的灰階數目6bit 26 64 0 63灰階 8bit 28 256 0 255灰階 外加電壓 V 亮度 8 控制明暗變化II 人眼實際感受到的亮暗程度為連續幾個畫面的平均值FrameRateControl FRC 在時間上 利用連續四個frame的亮暗組合 其平均效果可將相鄰二灰階間再細分Example 6bit FRC相當於8bit 9 GammaCurve 人眼對亮度的反應非線性 所以藉由調整gamma補償回來LCDTVgammaspec通常為2 2 10 LCD視角問題 對比下降灰階反轉色調偏離亮度下降 11 對比與視角 對比 亮態亮度 L255 暗態亮度 L0 視角 對比 20的最大角度 穿透光的亮度大小 改變偏振方向的程度 12 側看對比下降 White Gray Black Gray 亮態 暗態 紅色觀察者 對比 10 1 10綠色觀察者 對比 6 4 1 5 對比下降 13 LCD結構 LCD光源來自於背光板 BLU 液晶本身不發光 功能為控制光線的穿透率 14 LCD結構 每個畫素內的液晶是可以被獨立控制的 15 彩色顯示原理 每個畫素 pixel 又再被細分為三個次畫素 sub pixel 利由濾光片ColorFilter CF 分成紅 R 綠 G 藍 B 每個次畫素的亮暗變化可被獨立控制利用不同比例的R G B混色 可表現不同色彩Ex 紅 綠 黃 紅 藍 紫紅 紅 綠 藍 白 像素 pixel 次像素 sub pixel 16 可表現的色彩數目 R G B次像素 sub pixel 可獨立控制明暗變化Colordepth 每個sub pixel可表現的明暗階調數目6bit 26 64 0 1 2 63 8bit 28 256 0 1 2 255 10bit 210 1024 0 1 2 1023 對8bit顯示器而言 共可以顯示28x28x28 16 777 216色 17 色彩規格 CIEXYZ色度系統 利用 x y 座標定義顏色色溫 表示白點的另一種方法TV產品白點色度 0 280 0 285 對應色溫為10500顏色愈偏藍 色溫愈高色彩飽和度 ColorGamut CG 表色範圍面積 NTSC面積一般產品 72 高色飽和度 highcolorgamut HCG or widecolorgamut WCG 92 18 液晶顯示器驅動原理 解析度 Resolution 畫面被切分的畫素數目Highdefinition HD orWXGA 1366x768FullHD FHD 1920 x1080 電容 畫素電極 TFT 19 液晶顯示器驅動原理 薄膜電晶體 TFT 功能如開關 由Gate Scan訊號控制開關TFT打開時 Data訊號 0 1 255 將電容充放電至需要的灰階電容 功能如電池 TFT關閉時 可將畫素維持在指定的灰階電壓 電容 畫素電極 TFT Gate scan訊號 Data訊號 20 LCDCell內部結構 Blackmatrix BM 遮蔽未受電壓控制液晶的區域 避免暗態漏光ITO 一種透明的導電材料 用於畫素電極PI 為上下基板的最內層 直接接觸液晶BondingPad 連接COF與Cell內部電路 偏光板 Polarizer 偏光板 Polarizer LC ITO透明電極 ITO透明電極 框膠 Spacer TFT ColorFilter BondingPad BM PI 21 電路板與驅動IC ControlBoard為控制中樞 經由FFC與XBoard連接 傳送控制訊號ChiponFilm COF DataDriverIC及ScanDriverIC整合在軟性基板上 經由bonding製程與PCBA及panel連接DriverIC送出Scan Data訊號 控制每個畫素的明暗變化 COF PCBA X PCBA C ControlBoard T conBoard FFC T con ASIC LCDPanel XBoard YBoard 22 背光源 BLU 構造 Reflector反射片 反射照向背板的光線 將光線再利用CCFL燈管 光源Diffuserplate DP 擴散板 使光線均勻 並具有一定厚度以支撐膜Diffuserfilm DF 擴散片 再度均勻光線 保護BEFBEF Microlens 將光線往中央方向集中 具增亮效果 但容易發生wavingDBEF D 將偏振方向垂直偏光板的光線反射後再利用 增亮程度較高 擴散片orBEF DBEF D 擴散片orBEF 擴散板 反射片 CCFL 23 燈管 CCFL ColdCathodeFluorescenceLamp CCFL 冷陰極管ULamp 優點 成本較低 一支ULamp相當於二支直管缺點 均齊度較差CMO目前使用Ulamp之最大尺寸為31 5 直管 ULamp 24 背光源 BLU 構造 光源 25 Inverter Inverter 功能1 將直流輸入電壓 轉換成交流電壓點亮燈管功能2 平衡各燈管的管電流目前40 以下產品使用單邊Inverter 40 以上產品使用雙邊InverterBalanceboard 僅有平衡管電流功能 需另外搭配IPboard才能點亮BLUEx Philips SamsungModelLIPS 將Inverter與TV系統電源整合Ex 南海機種 LNX TV系統電源 AC120V DC24Vor12V Inverter AC 1000V 燈管 Inverter 26 LCD製造過程 27 Summary 明暗變化 由外加電壓調變LC排列方向 並搭配Polarizer來控制色彩表現 R G B三個sub pixel組成一個pixel每個sub pixel都有獨立的TFT 並由Gate訊號控制 開 關 TFT打開時 經由Data訊號將sub pixel內的電容充飽至固定電壓色彩飽和度 ColorGamut 表示可顯色範圍ColorDepth 6or8bit 表示由暗到亮被切分的階數LCDCell組成 Polarizer 下 T