LCD_TV基础知识.ppt

1、LCD TV基础知识,绪言,液晶显示器件具有很多独到的优异特性,如: 低压、微功耗, 显示信息量大,长寿命, 无辐射,无污染等等, 液晶显示器件的这些优异特性决定了它在各类显示器件中的地位。 随着薄膜晶体管（Thin Film Transistor, TFT）阵列驱动液晶显示技术的飞速发展, TFT-LCD成为21世纪最有发展前途的显示技术之一。,主要内容,一、液晶的基本知识 二、液晶屏的结构与显像原理 三、LCD TV 的信号处理流程 四、LCD TV的特点,1、液晶的由来,液晶最早是奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer)于1888 年发现的,他在测定有机物的熔点时，发现某些有机物

2、（胆甾醇的苯甲酸脂和醋酸脂）熔化后会经历一个不透明的呈白色浑浊液体状态，并发出多彩而美丽的珍珠光泽，只有继续加热到某一温度才会变成透明清亮的液体。 第二年，德国物理学家莱曼（O.Lehmann)发现，这类白而浑浊的液体外观上虽然属于液体，但却显示出各向异性晶体特有的双折射性。于是莱曼将其命名为“液态晶体”，这就是“液晶”名称的由来。,一、液晶的基本知识,2、液晶是什么,液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。 随着人们对液晶的逐渐了解，发现液晶物质基本上都是有机化合物，现有的有机化合物中每200 种中就有一种具有液晶相。 构成液晶物质的分子，大体上呈细长棒状或扁平片状，并

3、且在每种液晶相中形成特殊排列。由杆形分子形成的液晶，其液晶相共有三大类：近晶相（Smectic liquid crystals）、向列相（Nematic liquid crystals）和胆甾相（Cholesteric liquid crystals）。,3、液晶的分类：,Smectic 由希腊语而来，是肥皂状之意，因这种类型的液晶在浓肥皂水溶液中，都显示特有的偏光显微镜像，因而也被命名为皂相。分子分层排列，有同一方向，比较接近晶体，故译近晶相。 Nematic也是由希腊语而来，是丝状之意，因这种液晶的薄层在偏光显微镜下观察时，呈现丝状型织构，故亦称之为丝相。分子位置杂乱，但方向大致一致，故译

4、向列相。 胆甾相液晶则是由于此种液晶最早是从胆甾醇类物质中发现的，故称之为胆甾相。,向列相分子指向矢的有序排列，却使向列相物质的光学与电学性质，即折射系数与介电常数，沿着及垂直于这个有序排列的方向而不同。正是由于向列相液晶在光学上显示正的双折射性的单轴性与电学上的介电常数各向异性，使得用电来控制光学性能，或液晶显示成为了可能。 此外，与近晶相液晶相比，向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动，因此向列液晶富于流动性，粘度小，事实上不少向列相液晶的粘滞系数只是水的粘滞系数的数倍。 向列相液晶分子的排列和运动比较自由，对外界作用相当敏感，因而应用广泛。目前液晶显示器所用的液晶材料均属向列相液晶材

5、料。,BACK,Top Chassis前金属底盘,Panel-Assy显示屏组件,Mold Frame铸型框架,Sheets薄片RGB,Diffuser扩散体(液晶体),Side Mold 边上铸型框架,Lamp灯,Reflector反射层,Bottom Chassis 后底盘,Inverter直流交流逆变器,PCB-Control控制板,液晶显示屏的组成,偏光板（POLARIZER)工作原理,平行时透光,配向膜,液晶上下两层玻璃主要是用来夹住液晶，这两片玻璃在接触液晶的那一面并不是光滑的，而是有锯齿状的沟槽。这个沟槽的主要目的是希望长棒状的液晶分子沿着沟槽排列，如此一来，液晶分子的排列才会整

6、齐。因为如果是光滑的平面，液晶分子的排列便会不整齐，造成光线的散射，形成漏光的现象。 在实际的制造过程中，并无法将玻璃做成如此的槽状分布，一般会先在玻璃表面涂布一层PI (polyimide,聚酰亚胺)，再用布做磨擦(rubbing)的动作，好让PI 的表面分子不再杂散分布，依照固定而均一的方向排列,而这一层PI 就叫做配向膜(alignment film).,TN(Twist Nematic)型LCD的结构,TN(Twist Nematic)型LCD的工作原理,TN型与STN (Super Twist Nematic)型LCD的差别,在上下两层玻璃间, 夹着液晶, 便会形成平行板电容器, 我

7、们称之为CLC(capacitor of liquid crystal). 它的大小约为0.1pF, 但是实际应用上, 这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候. 也就是说当TFT 对这个电容充好电时, 它并无法将电压保持住, 直到下一次TFT 再对此点充电的时候.(以一般60Hz 的画面更新频率,需要保持约16ms 的时间.) 这样一来, 电压有了变化, 所显示的灰阶就会不正确.因此一般在面板的设计上, 会再加一个储存电容CS(storage capacitor 大约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候. 不过正确的来说,制在玻璃上的TFT 本身,只是

8、一个使用晶体管制作的开关。它主要的工作是决定LCD source driver 上的电压是不是要充到这个点来, 至于这个点要充到多高的电压, 以便显示出怎样的灰阶, 都是由外面的LCD source driver 来决定的.,Data Line,Pixel Electrode,Common Elecrode,Color Filter,Black Matrix,Gate Line,Cs,Clc,TFT,Storage Elecrode,Clc,像素单元的等效电路,薄膜三极管TFT的结构,绝缘层(Si3N4),栅极(Mo-Ta合金),活性半导体层Si,源极(Al),漏极(Al),TFT在LCD的应

9、用上可将其视为一开关.,透明电极(ITO),R,G,B,1 Dot,Gate Line,彩色滤光片(color filter, CF),Pixel,Data Line,BM (Black Matrix),常見的彩色滤光片的排列,CCFL 冷阴极荧光灯 (Cold Cathode Fluorescent Lamp),Reflector反射体,Diffuser扩散体,Backlight Unit背光单元,液晶显示器本身仅能控制光线通过的亮度，本身并无发光的功能.,CCFL 結構與原理,Reference：Harison,CCFL 发光原理,1.高电压电极激发电子 2.电子撞击Ne and Ar ，

10、吸收能量(升温) 3.高能量的Ne and Ar 释放能量，撞击Hg 吸收能量 4.Hg释放UV =253.7nm，撞击荧光粉 5.由荧光粉发出可见光(R、G、B),e,Ne & Ar,Hg,Phosphor,UV,升温,R、G、B,Inverter 规格参数,开口率(Aperture ratio),液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度, 而决定亮度最重要的因素就是开口率. 开口率是什么呢? 简单的来说就是光线能透过的有效区域与全部面积比例. 假设各个零件的穿透率如以下所示: 偏光板: 50%(因为其只准许单方向的极化光波通过) 玻璃:95%(需要计算上下两片) 液晶:95% 面板开口率:5

11、0%(有效透光区域只有一半) 彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率为80%,80%*33%=27%) 以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下6%,实在是少的可怜.这也是为什么在TFT-LCD 的设计中, 要尽量提高开口率的原因.,开口率的计算,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,由于液晶分子还有一种特性，就是不能够一直固定在某一个电压不变，否则时间久了，即使将电压取消掉，液晶分子会因为特性的破坏而无法再因电场的变化来转动，以形成不同的灰阶。所以每隔一段时间，就必须将电压恢复原状，以避免液晶分子的特性遭到破坏。 但是如果画面一直不动，也就是说画面一直显示同一个灰阶的时候怎么办.所以液晶显示器内的显示电压就分成了两种极性，一个是正极性，而另一个是负极性。当显示电极的电压高于common 电极电压时，就称之为正极性。而当显示电极的电压低于common 电极的电压时，就称之为负极性。 不管是正极性或是负极性，都会有一组相同亮度的灰阶。所以当上下两层玻璃的压差绝对值是固

13、定时，不管是显示电极的电压高，或是common 电极的电压高，所表现出来的灰阶是一模一样的。,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 原理图,Source

14、 Drive IC 中信号传输的过程:,1).信号经过Decoder 后透过Shift Register 的作用往Line Latch 中一次锁存两个像素. 2).经过Line Latch 后,讯号在LD 的控制下进入Level Shift.由于进入Line Latch中的是3.3V 的讯号,但DAC 中需要高达10V 的信号,所以通过Level Shift 可达到电压提升的目的. 3).将讯号存入DAC 专用寄存器中直到384个通道的讯号都已送满,再经过DA转换达到Gamma 电压修正的功效. 4).经过DAC 转换后讯号输送到Out Drive Buffer 中,经此可将原讯号中的杂讯去除

15、,输出比较平稳的讯号到薄膜晶体管.,Gate IC 原理图,Gate Drive IC 中信号传输的过程:,1).时钟脉冲在经过Shift Register 后 在OE 呈高电平的作用下,将信号输入 Level Shift 中. 2).信号在Level Shift 中其电压从3V 被提升至高达20V 后输出对TFT 进行扫描.,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、液晶电视的基本组成,功能

17、概要,1、前端-信号的接收与转换 （1）ADC:将模拟信号转换成数字信号； （2）TMDS Receiver:接收DVI数字信号 （3）Vedio Decoder:将CVBS,S端子或色差信号YCbCr解码，并转换成数字信号 2、中端 De-interlacer:将隔行扫描（interlaced)转换成LCD TV,PDP TV邓所用的逐行扫描（progressive). 3、后端-信号的调整与输出 （1）Scaler:对画面解析度或形状大小进行调整，重新填写成LCD TV的原始像素矩阵（Native Resolution). （2）OSD:负责调整屏幕显示亮度、对比度、垂直与水平位置和字幕；

18、 （3）LVDS:传输已处理好的低压差分信号给LCD TV面板模组。,速度快 传输支持速率一般在155Mbps,ANSI/TIA/EIA644中,推荐最大速率为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、液晶显示屏的一般特点,1)宽范围的画面对角尺寸 从手机、掌上电脑，到笔记本电脑，到更大尺寸的液晶电视，液晶屏拥有2.5 inch到82 inch各种类型的屏，应用在各个不同方面。 曾有“等离子做大、液晶做小”之说。然而这个认识很快被液晶技术的发展所扬弃，三星电子旗下的第七代LCD显示器生产工厂已经生产出了全球最大的LCD显示器：尺寸高达82英寸 ，不久将投入量产。,液晶屏的特点,2)薄而轻的结构 同等离子电视一样，由于液晶模块本身具有薄而轻的特点，决定了显示屏在总体上相应的结构特征，同时显示尺寸的增大也不需要相应地增大屏体的厚度，重量方面远胜过CRT。

21、,液晶屏的特点,3)显示质量高 由于液晶屏每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不象CRT那样需要不断刷新亮点。因此，液晶电视画质高，其帧幅刷新技术彻底解决画面闪烁，把眼睛疲劳降到最低。,液晶屏的特点,4)防电磁干扰 由于液晶屏特殊的显示方式，来自外界的电磁干扰，如马达，扬声器、地磁场等，对LCD的图像几乎没有影响。相比之下，CRT受电磁场的干扰要明显得多。,液晶屏的特点,5)纯平面图象无扭曲 LCD的RGB栅格在平面中呈均匀分布，不同于曲面的CRT容易出现的枕形失真等图象变形，就是在纯平CRT中由于在边缘的扫描速度不均匀，很难控制到不失真的水平。这样就使得LCD的图像即使

22、在边缘也没有扭曲现象出现。,液晶屏的特点,6)没有会聚和聚焦问题 普通CRT背投因为汇聚不准会造成扫描线边缘交叠混色，聚焦不良会导致扫描线加粗，从而导致图像模糊，分辨率下降。 LCD各像元独立决无交叠。,液晶屏的特点,7)宽视角 普通液晶显示器的视角很窄，水平方向的视角一般为120左右，垂直方向则更少。最新的应用于液晶电视的屏，水平垂直方向的视角都已高达160以上，视角方面的劣势基本消除,液晶屏的特点,8)高亮度、对比度及色彩还原度 普通液晶显示器的亮度、对比度、色彩还原度都较低，最新的液晶电视屏具有超过400cd/m2、500:1的高亮度、对比度，并且采用8位数字方式驱动RGB电路，真正的2

23、4bit的真彩色还原.,液晶屏的特点,9）分辨率更高、响应速度更快、寿命更长 最新的液晶电视屏拥有1024768的超高分辨率，通过scale（缩放）电路，可支持现今所有的输出格式，并完全兼容以后的数字电视，而低于16ms的响应速度，使拖尾、余辉现象基本消除，高达50000小时以上的寿命，让背投、PDP等都望尘莫及。,液晶电视与CRT、背投电视比较,体积薄、重量轻 不存在聚焦、会聚的问题 无色彩漂移现象 环保无X射线辐射 无扫描引起的几何失真 不受地磁场影响 功耗小、无辐射,TCL LCD TV 采用的一系列获奖专利,1）CCS（运动补偿的色彩串扰抑制技术）：拥有专利的三维算法彻底消除普通彩电亮

24、度、色度信号互相串扰现象，减少视频杂波和色彩斑点，提高清晰度，大幅提升片源画质 2）DCDiTM （斜线角度处理技术）： 平滑运动图象边缘， 最大程度地消除边缘锯齿 Emmy艺术成就奖,3）Motion adaptive deinterlace base on pixel (以像素点做自动跟踪补偿，超高精密逐行扫描技术)：运动场景内插法及静态场间叠加法交替使用，既大幅提高画质清晰度，同时避免了运动赝像的产生 4）Film mode（电影胶片信号模式对应转换技术）：对电影信号源进行检测，补偿因3：2或2：2转换引起地跳帧，并对剪切插播地编辑缺陷做转换处理,无CCS,有CCS,CCS色彩串扰抑制技术,不彻底的亮色分离及干扰,先进三维算法彻底消除亮色干扰及失真，全面提升片源画质,DCDi 斜线角度处理技术,典型无DCDiTM,边缘锯齿,DCDi 采用斜角度内