液晶显示器原理

1,第30讲液晶显示器原理,主要内容,一、液晶显示器的发展二、TN和STN液晶显示器件三、TFT液晶显示器件四、LCD广视角技术五、液晶屏的驱动六、液晶电视机特殊性能指标,2,从第一台LCD显示屏的诞生以来的近40年中，液晶显示技术得到了飞速的发展，经历了三代：TN-LCD（扭曲向列型液晶显示器），主要用于手表、数字仪表、电子钟、计算器等。STN-LCD（SuperTN-LCD，超扭曲液晶显示器），用于手机、掌上电脑、低档笔记本。TFT-LCD（薄膜晶体管型液晶显示器），用于计算机显示器、电视机,一、液晶显示器件的发展,3,二、扭曲向列型液晶显示器件（TN-LCD）,用于手表、数字仪表、电子钟、计算器等缺点：电光响应缓慢。,扭曲角90o,4,超扭曲向列型液晶显示器件（STN-LCD）,用于手机、掌上电脑、低档笔记本,扭曲角90o-270o,解决TN-LCD电光响应速度慢的方法：增大扭曲角,5,三、薄膜晶体管型液晶显示器件（TFT-LCD）,TFT:ThinFilmTransistor,薄膜晶体管TFT-LCD又称为三端子有源矩阵液晶显示器件，即在每个液晶像素点的角上设计一个三端子元件场效应开关管。,用于计算机显示器、电视机,由于TN型和STN型液晶的显示屏越大，反应速度越慢，对于大屏幕液晶来说影响显示效果，因此薄膜晶体管液晶显示技术应运而生。,6,当TFT开关导通时位于同一行上的所有像素将与相应的数据线相通，信号开始对上述液晶像素充电。TFT-LCD的液晶显示部分与TN-LCD类似。,三端子开关元件的作用是使每个液晶像素之间彼此独立而无交叉串扰效应。行扫描线控制每行像素点上的TFT开关状态，实现只允许访问这一行的像素。,7,TFT-LCD液晶盒结构,8,液晶像素的TFT控制,由于场效应晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，已经透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到场效应晶体管(FET)电极下一次再加电改变其排列方式为止。,TFT-LCD为每个像素都设有一个TFT开关，其加工类似于大规模集成电路，由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，每个节点相互独立，提高显示屏的反应速度，色彩更逼真。,9,TFT和TN、STN型液晶显示器比较,10,导致LCD视角狭窄的原因：液晶在显示不同灰度时，液晶分子的长轴与玻璃基板的角度是不一样的，用户从不同角度观看屏幕时，有时看到的是液晶分子的长轴，有时则是短轴。,四、LCD广视角技术,11,MVA（多畴垂直取向）广视角技术,12,PVA（垂直取向构型）广视角技术,13,CPA（连续焰火状排列）广视角技术,14,FFS（边缘场切换）广视角技术,现代电子则采用FFS（FringeFieldSwitching）技术，不需要额外的光学补偿膜，FFS（FringeFieldSwitching）严格来说应该是IPS模式的一个分支，主要是将IPS的不透明金属电极改为透明的ITO电极，并缩小电极宽度和间距，在制造上比原先的IPS技术复杂，但因为使用了透明的ITO电极让透光率比IPS高出2倍以上。在视角的呈现上达160o，反应时间因受制于采用负型液晶制造，反应时间则略逊于IPS技术。为了增加良率与显示品质的提升，新的UFFS（UltraFFS）技术，能将原色重现率提升至75%以上。,15,OCB（光学补偿弯曲排列/光学补偿双折射）广视角技术,松下开发的OCB（OpticallyCompensatedBend/OpticalCompensatedBirefringence）广视角技术，利用其设计巧妙的液晶分子排列来实现自我补偿视角，所以它又叫自补偿模式。虽然视角仅达140o以上，但反应时间却能缩短至10ms以内，而色纯度的改进为传统TFT三倍以上，多半用于娱乐视听型彩色液晶显示器面板.,16,每个TFT与Cs电容,代表一个显示的点.而一个基本显示单元，需要三个这样显示的点，分别来代表RGB三基色。以一个1024768分辨率的TFT-LCD来说，共需要10247683个这样的点组合而成。,1.TFT液晶屏的电路结构,五、液晶屏的驱动,17,为什么要反转驱动液晶在固定的电场作用下将发生电化学反应，从而导致液晶材料的老化及失效，所以液晶像素点不宜施加直流电压。如果液晶屏显示静止画面，也就是说像素点一直显示同一个灰度的时候怎么办？这就要采用反转驱动方法。,2.液晶屏的反转驱动方法,18,反转驱动方法：就是指加在像素点上的电压正负极性是交替变化的。当显示电极的电压高于公共电极电压时，就称之为正极性，反之称之为负极性。不管是正极性或是负极性，都会有一组相同亮度的灰度。当液晶屏画面虽然静止不动，但电压极性正在不停地变换，液晶分子正不停地一次往这边转，另一次往反方向转。,19,帧反转、行反转、列反转和点反转,20,六、液晶电视机特殊性能指标,屏分辨率：屏幕上所能呈现的图像像素的密度，以水平和垂直像素的多少来表示。屏像素总数量是固定的，与画面尺寸及像素间距有关。,例如：分辨率为1024768时，就是指在显示屏的横向有1024个像素点，竖向有768个像素点。,1.图像分辨率,21,图像分辨率：是说明图像系统分解像素的能力，由扫描行数、信号带宽等所确定的。例如，PAL制图像分辨率为720576扫描格式，NTSC制为720480。我国HDTV采用的分辨率为19201080方型像素格式。,22,2.亮度、对比度、灰度及色数,亮度亮度表示电视机的发光强度。用每单位面积的亮度cd/m（每平方米坎德拉）表示。,正常观看电视时的全屏平均亮度大约是5070cd/m，电影院银幕的平均亮度大约为3045cd/m，室外观看电视图像时要求的平均亮度达到300cd/m。,亮度太大，浪费能源，降低电视机的寿命，加快电视机的老化速度。对平板显示屏来说，亮度够用就可以了。,23,对比度对比度是用最大亮度（Lmax）和最小亮度（Lmin）之比来表示，即：,环境光在屏幕中的亮度越大，图像对比度越小。,对比度越高，重显图像的层次越多，图像质量越高。如LA表示环境光在屏幕上的亮度，则对比度计算式为：,24,灰度（灰阶）对比度指标的缺陷：假定一台电视机，黑色值为1，白色值100，其对比度是100:1。换台电视机，其黑色值为50；白色值500，对比度仍然为100:1。从实际使用效果来看，当然是前者更好，因为后者无法显示纯正的黑色。,灰度：显示像素点的亮暗差别。灰度级越多，图像层次越清楚逼真。如像素的灰度用16位二进制数表示，我们就叫它16位图，它可以表达2的16次方即65536种颜色。如像素用24位二进制数表示，我们就叫它24位图，它可以表达2的24次方即16777216种颜色，位数越高的图像，其明暗之间的过渡就越丰富，细节表现就更好。,25,显示色数显示色数：能够显示的颜色的总数。用每个基色的灰度等级数相乘之积来表示。每个基色的灰度用8位二进制数（256）表示，则彩色像素用24位二进制数表示，可以表达16,777,216种颜色。,26,3.响应速度,响应速度：各像素点对激励电压反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间。对于液晶电视机来说，响应速度就是在液晶分子内施加电压，使液晶分子扭转或回复的时间，常说的25ms、16ms就是指的这个响应时间。反应时间越短，则使用者在看动态画面时越不会有拖尾的感觉。,27,CRT电视机，只要电子束击打荧光粉立刻就能发光，而辉光残留时间极短，因此传统CRT电视机反应时间仅为13ms。液晶电视机是利用液晶分子扭转控制光的通断，而液晶分子的扭转需要一个过程，反应时间要明显长于CRT。从早期的25ms到最近的12ms，液晶电视机的响应时间被不断缩短。,28,4.可视角度可视角度：液晶电视机保持画面失真不超过一定范围时候的最大观看角度。所谓画面失真，主要包括以下三个方面：（1）对比度：随观看角度的增加，屏幕上