液晶电视技术.ppt

1、湖南工业职业技术学院电气工程系,1,电视技术教案,教材：电视技术李雄杰编 讲授：电气工程系 冯存喜,湖南工业职业技术学院电气工程系,2,第3章 液晶电视技术,第 17次课授课内容 第3章 液晶电视技术,液晶基本性质及显示原理 液晶显示器件结构 TN、STN和TFT液晶显示器件 液晶显示器的特点 TFT液晶屏的电路结构 液晶屏的反转驱动方法 液晶电视机特殊性能指标 液晶电视机类型、电路特点和组成,3.1液晶基础知识 3.2 液晶显示器件结构与原理 3.3 液晶屏的驱动 3.4 液晶电视机特殊性能指标 3.5 液晶电视机电路,湖南工业职业技术学院电气工程系,3,3.1 液晶基础知识,a.物质三态:

2、 固态、液态、气态 b.液晶(Liquid Crystal)： 在某个温度范围内兼有液体和晶体两者特性的物质,3.1.1 液晶及其分子结构,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,4,1.液晶分子结构,液晶分子形状：细长棒形，宽约1nm，长约10nm。,(a)晶体 （b）液晶 （c）液体,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,5,2.液晶的种类,液晶种类达数千种，主要类型有： （1）热致液晶： 通过加热而形成的液晶（分为：近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。 （2）溶致液晶： 有机物在溶剂作用下形成的液晶。如肥皂水气泡。 （3）感应液晶： 外场（力、电、磁、光等

3、）感应作用下形成的液晶。 （4）流致液晶： 在流动场作用下而形成液晶，如聚对苯二甲酰对氨基苯甲酰肼。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,6,1.液晶基本性质 （1）边界取向性质 在最简单的自由边界上，液晶分子的取向可以垂直、平行、倾斜于边界。 如果边界是一层刻有凹凸沟槽的取向膜，则凹凸沟槽对液晶分子的取向起主导作用，通过摩擦，液晶分子就朝这个方向取向。,3.1.2 液晶基本性质及显示原理,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,7,（2）液晶的电气性质 在上下电极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子长轴就会沿着电场方向排列。 这一电气性质是实现液晶显示的基础

4、。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,8,（3）液晶的旋光性质 若上、下玻璃基板取向膜沟槽相差某一角度，则在玻璃基板中，同一平面液晶分子取向虽然一致，但相邻平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲。 当可见光波长远小于液晶分子在玻璃基板间的旋转螺距时，则光矢量会同样随着液晶分子的旋转而跟着旋转。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,9,2.液晶像素显示原理 （1）结构特点： 上下偏振板光轴方向垂直； 上下玻璃基板取向膜取向垂直。 （2）显示原理： 当玻璃基板没有加电场时，光线跟着液晶作90o扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色。 当在基板上加电场时，液晶分子产生取

5、向变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，显示黑色。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,10,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（Twisted Nematic-LCD）（TN：扭曲） STN-LCD（Super TN-LCD）（超扭曲） TFT-LCD（Thin Film Transisto-LCD）（TFT:薄膜晶体管）,3.2 液晶显示器件结构与原理,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,11,3.2.1 液晶显示器结构,偏光片,偏光片,电极,液晶,扩散板,导光板,玻璃基

6、板,彩色滤色膜,定向层,玻璃基板,棱镜片,冷阴极荧光灯,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,12,（1）液晶面板 a.偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相互垂直。其作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的光波分量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。 b.玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住液晶。对于TFT-LCD，下层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。 c.彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。 d.电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像素电极与公共电极之间。 e.液晶材料：小分子有机

7、化合物。 f.定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排列。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,13,（2）背光模组 作用：将光源均匀地传送到液晶面板。 a.冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。 b.导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。 c.扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。 d.棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,14,2.冷阴极荧光灯(CCFL)结构,（1）发光原理: 当在管子上加高压时，气体电离产生253.7nm紫外光。紫外光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。,第3章 液晶电视技术,湖南

8、工业职业技术学院电气工程系,15,（2）CCFL电压与电流关系,CCFL在高压（一般500V以上）、交流（一般40kHz左右）电源的驱动下工作。 灯管启动初期，电流非常微弱，随着灯管两端电极之间的电压增大，灯管电流逐渐增大。当灯管两端供电电压大于启动电压Vstart时，灯管启动结束。Vcon为导通电压，VT、IT分别为截止电压与截止电流。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,16,（3）CCFL驱动电路,自激推挽式DC-AC逆向变换电路,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,17,（1）低压、微功耗 极低的工作电压，只要2V-3V即可工作，而工作电流仅几个微安

9、，与大规模集成电路的相适应。从而使液晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟，使电子手表、计算器、便携仪表、以至手提电脑等成为可能。 （2）平板型结构 液晶显示器基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒，厚度为几公分。 （3）被动型显示 液晶显示器件是一种被动显示。被动显示更适合于人眼视觉，不易疲劳 （4）显示信息量大 与CRT相比，LCD没有荫罩限制；与PDP相比，LCD像素点处不需要像PDP那样，像素点间要留有一定的隔离区。因此，LCD在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素，显示更多的信息。,液晶显示器特点,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,18,（5）易于彩色化 液晶本身虽

10、然一般是没有颜色的，但它实现彩色化的确很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。 （6）长寿命 液晶材料是有机高分子合成材料，驱动电压又很低，驱动电流更是微乎其微，因此，LCD寿命很长，可在5万小时以上。 （7）无辐射，无污染 液晶显示器件在使用时不会像CRT使用中产生的软X射线及电磁波辐射 （8）结构简单，易于驱动 液晶显示器件没有复杂的机械部分，能用大规模集成电路直接驱动，电路接口简单。,液晶显示器特点,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,19,3.2.2 TN型与STN型液晶显示器件（扭曲型） 1.TN型液晶显示器件,用于手表、数字仪表、电子钟、计算器等,扭曲角90度,

11、第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,20,2.STN型液晶显示器件,扭曲角90270度 用于手机、掌上电脑、低档笔记本,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,21,3.2.3 薄膜晶体管型液晶显示器件（TFT-LCD）,TFT:Thin Film Transistor,意为薄膜晶体管 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,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,22,TFT-LCD结构 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

12、始对上述液晶像素充电。 TFT-LCD的液晶显示部分与TN-LCD类似。,第3章 液晶电视技术,1.TFT-LCD结构与工作原理,湖南工业职业技术学院电气工程系,23,TFT-LCD液晶盒结构,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,24,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。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,25,2.TFT和TN、STN型液晶显示器比较,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,26,每个TFT与

13、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。,*3.3.1 TFT液晶屏的电路结构,*3.3 液晶屏的驱动,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,27,3.4 液晶电视机特殊性能指标,1.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（物理分辨率）。,例如：显示器屏分辨率为12801024，即横向有1024、竖向有768个像素点。,3.4.1 图像分辨率（显示容量）,第3章 液晶电视技术,2.图像分辨率：图像系统

14、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：720576；NTSC制：为720480；我国HDTV：19201080,湖南工业职业技术学院电气工程系,28,屏分辨率术语详解,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,29,3.4.2 亮度、对比度、灰度及色数,1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。,观看电视时平均亮度：约是5070cd/m， 电影院银幕平均亮度：约为3045cd/m， 室外看电视平均亮度：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

15、就可以了。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,30,2对比度 对比度是用最大亮度和最小亮度之比来表示，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，重显图像的层次可以越多，图像质量越高。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,31,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。,第3章 液晶电视技术,3.灰度（灰阶）,如：16位图像的像素灰度：有2的16次方即65536种灰度等级。 位数越高，图像明暗之间的过渡就越丰富，细节表现就更好。,湖南工业职业技术学院电气工程系,32,4.显示色数 显示色数：能够显示的颜色的总数。 用每

16、个基色的灰度等级数相乘之积来表示。,第3章 液晶电视技术,如：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（256的3次方），可以表达16,777,216种颜色 。,湖南工业职业技术学院电气工程系,33,3.4.3 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。,第3章 液晶电视技术,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。,CRT电视机：13ms 液晶电视机：25ms12ms,

17、湖南工业职业技术学院电气工程系,34,3.4.4 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。,第3章 液晶电视技术,（1）对比度：随观看角度的增加，对比下降到10的时候的角度。 （2）色差：随观看角度增加，屏幕上颜色锐变超过一个“无法接受”值的时候的角度。 （3）灰阶逆转：随观看角度增加，导致屏幕上出现灰阶逆转的临界点时的角度。,湖南工业职业技术学院电气工程系,35,3.5 液晶电视机电路,3.5.1 液晶电视机类型与特点 1.液晶电视机类型 按成像原理分类： 直视式、投影式； 按屏幕尺寸分类： 2.552英寸； 按屏幕宽高比分类： 4:3窄屏、16:9宽屏；

18、 按显示模式分类： 真彩（TFT）、伪彩（STN）； 按用途分类： 车用、家用、公用； 按外观形状分类： 台式、挂壁式、便携式； 按电视信号类型分类： 模拟、数字； 按解像度的高低分类： 标准清晰度、高清晰度。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,36,2. 液晶电视机电路特点 （1）有丰富的输入信号接口 RF射频信号输入接口 AV信号输入接口 S-Video端子信号输入接口 YUV（HDTV）信号输入接口 VGA信号输入接口 DVI（Digital Visual Interface）信号输入接口 HDMI（High-definition Digital Multimedia

19、 Interface）信号接口,第3章 液晶电视技术,DVI(DigitalVisualInterface) ：数字视频接口。视频信号无转换/无衰减或失真。 HDMI(HighDefinitionMultimedia)：高清晰度多媒体接口。无转换/无压缩/宽带宽/高清视频。,湖南工业职业技术学院电气工程系,37,彩色电视信号的类型,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,38,AV信号输入,AV信号：音视频信号，包括一路视频信号（VIDEO）和两路（L、R）音频（AUDIO）信号。 AV接口通常都是成对的白色的音频接口和黄色的视频接口，它通常采用RCA(俗称莲花头)进行连接。 A

20、V接口实现了音频和视频的分离传输，这就避免了因为音、视频混合干扰而导致的图像质量下降。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,39,第3章 液晶电视技术,液晶电视机接口,湖南工业职业技术学院电气工程系,40,S-Video信号输入电路,S-Video（Separate Video）：二分量视频接口，Separate Video 的意义就是将Video 信号分开传送，也就是将色度信号C 和亮度信号Y进行分离，再分别传输。 由于不再进行Y/C混合传输，因此也就无需再进行亮色分离工作，而且使用各自独立的传输通道在很大程度上避免了视频设备内信号串扰而产生的图像失真，与AV输入相比，提高

21、了图像的清晰度。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,41,YUV（HDTV）信号输入电路,YUV信号：即亮度信号Y，蓝色差信号U和红色差信号V。YUV信号也常表示成YCbCr信号或Y/B-Y/B-Y信号。 将色度信号C分解为色差U和V，这样就省去两路色差分离的过程， 与S-Video输入相比，进一步提高了图像清晰度。所以色差接口方式是目前各种视频输出接口中最好的一种，故又称为高清晰度电视（HDTV）信号。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,42,VGA信号输入电路,VGA （Video Graphics Array）：视频图像阵列接口，采用非对称分布的1

22、5pin连接方式。 工作原理：将显存内以数字格式存储的图像（帧）信号，在RAM DAC 里经过模拟调制成模拟高频信号后再输出，这样VGA信号在输入端，就不必像其它视频信号那样还要经过矩阵解码电路的换算。VGA的视频传输过程是最短的，拥有许多优点，如无串扰无电路合成分离损耗等。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电气工程系,43,DVI信号输入电路,DVI （Digital Visual Interface）：数字视觉接口，用于显示计算机的RGB信号。 DVI比标准VGA端子信号要好，数字接口保证了全部内容采用数字格式传输，保证了主机到监视器的传输过程中数据的完整性（无干扰信号引入），可以得到更清晰的图像。,第3章 液晶电视技术,湖南工业职业技术学院电