TFT液晶显示屏原理.doc

1、传统电视机采用 CRT 作为图像的显示器件，它体积大、重量重、屏幕尺寸受限制等缺点，目前在电视机上的应用已经逐步被薄而轻的液晶和等离子显示屏取代，这样我们从事电视维修的技术人员就必须尽快的掌握被称为平板电视的液晶、等离子电视的维修技术。目前在家庭中；液晶电视和 CRT 电视一样；一般是用来接收电视台播放的模拟电视节目；把接收下来的模拟电视节目，经过处理；由显示器重现图像。但是作为液晶电视机和 CRT 电视机的本身，两者则有巨大的区别：首先图像显示器件：CRT 电视采用的是一个体积较大、厚度大的显像管；液晶电视则采用的是一块显示面积较大，厚度很薄的液晶显示屏，厚度小于 10 公分；可以悬挂在墙上

2、所以也成为平板电视。在电视机的信号处理电路上：除高频头电路、中频放大电路、视频检波电路以外；视频小信号处理电路已经完全不同了，普通的 CRT 电视机一般采用的是模拟电路来处模拟信号（高清 CRT 除外）；液晶电视是采用数字的方式来处理模拟信号。并且计算机软件技术、总线技术及大规模数字集成电路的大量应用等，电视机的电原理图越来越计算机化，我们原来的维修人员基本上缺乏数字电路的知识，对图纸也越来越看不懂。也无法去分析故障。在开关电源电路上；为了克服 CRT 电视机开关电源电流波形的畸变而引起的电磁干扰（EMC）和电磁兼容（EMI）问题，目前生产的液晶电视均采用了 PFC技术，这样具有 PFC 功能

3、的开关电源其电路原理及结构异常复杂。而且对于属于被动发光的液晶显示屏，还要有一个对液晶显示屏背光灯供电的背光高压板，这两项也是我们维修人员必须要过的一道门槛。在所用的元器件上：比较突出的是在开关电源等大功率电路中采用了性能优秀的 MOS 管，取代过去常用的大功率晶体三极管作为开关管应用，电源部分的故障率大大降低，但是由于 MOS 管和普通大功率晶体三极管特性的不同，激励及周边电路也完全不同。对我们维修人员也是一个新的课题。从上述看；要掌握液晶电视的维修除了要了解液晶屏成像的简单道理外，最主要的还是要掌握 CRT 电视机原来没有应用过的新技术、新电路、新元器件的知识，看懂电路并能分析电路原理，并

4、掌握新型元器件的结构、性能、正确的应用方法，了解一下数字电路的基本知识，这样，修理液晶电视和原来修理显像管电视机一样得心应手，甚至还要简单。本文重点就是前期 CRT 电视没有的新技术、新知识入手入以通俗语言全面详细介绍，最后以典型液晶电视进行整 机电路分析及故障检查、故障分析乃至故障排除方法及典型案例。引导大家逐步掌握液晶电视机的维修技能。本书的目的是；从原理的讲解为主；以提高维修人员分析问题及处理问题的能力为目的，认识到基层知识的重要性，逐步改善，不按原理分析故障、盲目修机的现象。本书的特点是；复杂的原理均配以大量的图片；以“看图识字”的方式学习新知识、新技术。在介绍液晶显示屏的工作原理之前

5、，先把液晶究竟是什么，液晶控制光线的道理是什么简单的介绍一下1、 液晶是什么？液晶是一种有机化合物，是液体；但是其分子具有固体水晶（水晶石）分子的特性，水晶石的分子对光具有优秀的投射和折射性能（用水晶石制造的镜片、镜头都是性能优秀、昂贵的）。液晶的分子除了对光有优秀的特性以外；并且对电场有极其敏感的特性；把液晶的分子放置在电场中间；改变电场的方向及强度；分子也会随同电场方向的改变产生扭曲，就好像我们熟知的铁屑对磁场极其敏感一样；把铁屑放置于吸铁石的磁场中，改变吸铁石的方向；铁屑也随之扭曲一样。2、 液晶对光线的控制作用上一节介绍了；液晶的分子有两项重要的特性；一是对光有很好的透过性；二是对电场

6、非常敏感；研究人员就是利用了这两项特性；研制出了液晶显示屏。当一个长棒型的液晶分子由一端射入光线是，由于液晶分子有良好的透光性能，光线可以顺利的由另一端射出, 下图 A 所示。当液晶分子在电场的作用下发生扭曲，则阻碍光线的通过，下图 B 所示；此时；可以通过改变电场的强度；达到控制液晶分子扭曲的角度；从而达到控制通过光线的强度的目的；也就是达到了；在荧光屏上控制像素点亮度的目的。A B3、现代 TFT 液晶屏，液晶分子对光的控制作用对于现代的 TFT 液晶屏，液晶分子对光线的控制作用；和上述原理略有不同，是用整齐排列的液晶分子在电场的作用下；排列的分子产生扭曲；从而带动光波扭曲；达到控制光线强

7、度的目的，这一原理用一两句话语；说不清楚：下面会详细的重点描述；希望大家细心的品味、体会，弄明白其中的道理，这样修理分析故障，就更胸有成竹了。第一章 液晶显示器及成像原理一、显像管（CRT）是什么样的显示器件？显像管：俗称 CRT，它是一个电真空器件，由涂有荧光粉的屏、电子枪及一个真空的腔体组成，是一个体积较大的玻璃椎体。成像原理是；依靠电子枪发射高速电子束流；轰击荧光屏产生光点；图像信号的控制使电子束流强弱变化，在荧光屏上产生“亮”、“暗”变化的光点（这光点就是像素）；再依靠偏转作用使电子束在荧光屏上进行规定的扫描，把“亮”、“暗”变化的光点按规定的顺序排列起来形成图像，如图 1-1-1 所

8、示。显像管属于显示屏主动发光的模拟显示器件。图 1-1-1二、液晶是什么样的显示器件？液晶屏上面的图像是怎样产生的呢？液晶到底是一种什么东西呢？液晶屏是什么结构？液晶是一种有机化合物，是液体。但是其分子具有固体水晶石分子一样的光学特性，我们知道水晶石对光有优秀的透射性能。那么液晶的分子对光也有优秀的透射性能。同时液晶的分子对电场又极其的敏感（类似于铁分子对磁场敏感的现象），液晶分子周边的电场发生变化；液晶的分子会随其变化产生扭曲，通过液晶分子的扭曲可以使通过的光线受到控制（通过、阻断）从而形成图像。液晶显示器就是利用液晶的这两项重要特性使图像的显示成为现实。液晶屏就是众多的液晶分子排列在一个平

9、面上，图像信号分别控制相应的分子扭曲，从而在这个屏幕上形成图像。和 CRT 显示器不同的是：液晶显示屏是把图像信号先由一个时序控制电路转化为；“水平”（行）和“垂直”（列）的驱动信号，再加到液晶屏的矩阵电路上，经过“寻址”把在液晶屏上产生能影响光线通过的“点”排列成图像（类似于电影的胶片），再在背光的作用下形成明亮的图像。液晶的这种驱动方式称为“矩阵”驱动方式，如图 1-2-1 所示，在图 A 中可以看出，液晶屏的驱动电路有列驱动和行驱动，由时序控制电路（俗称 T-CON 电路）把数字的图像信号转化成列、行驱动信号。列驱动信号是反映图像内容的像素信息，行驱动信号是驱使上下扫描的位移脉冲，一行一

10、行的驱使列信号的显示，一行线上的列信号是同时显示的，这一点和 CRT 上一行像素信号是逐个显示的不同，图1-2-1B 所示。液晶的本身并不能发光，它只能对通过的光进行控制，为了产生逼真明亮的图像，所以液晶电视的显示屏都有一个高亮度，光谱范围宽类似太阳光的背光源，一般采用组合冷阴极荧光灯（CCFL）作为液晶显示屏的背光源。当背光电路出故障时，我们迎着光亮可以看到液晶屏上有图像的影子，这一般就可以判断为液晶屏的背光供电板损坏，如图 1-2-2 所示。这个背光源供电电路，是液晶屏特有的专用电路，做在一块电路板上，由整机的开关电源供电（24V）产生 1000V 左右的高压，功率较大是液晶电视故障率较高

11、的部件。A B液晶显示框图矩阵显示图 1-2-1液晶显示器件的功耗很低，这是它的突出优点（液晶显示器的耗电量主要在背光灯部分），但是它的显示控制电路（俗称时序控制电路）比较复杂，不过现在有专用的集成电路与液晶显示屏配套并做在屏内部；形成一个整体的液晶屏显示器件，故障维修率极低。背光不亮 屏上只有暗影 背光正常 屏上图像清晰明亮三、液晶的成像原理1、光、自然光、偏振光显像管、液晶屏、等离子屏都是是一种把图像电信号转换为明亮图像的电光器件，特别是液晶屏，液晶的本身是不发光的，但是液晶的分子可以在电信号的作用下控制光线的通过，也就是控制了一个像素的亮度，液晶的分子是怎么控制光线的通过？首先要对“光”

12、有所了解：光是什么？光是一种物质，是能量，是电磁波。是波长在 380 毫微米（nm 纳米）到 780 毫微米之间的一段电磁波，如图 1-3-1 这一段电磁波刺激人的眼睛，人眼就会有感觉，这种感觉就是“亮”也就是光感，人眼就是一个电磁波接收器。380 毫微米到 780 毫微米这一段波长的电磁波同时射入人眼，就会有白光的感觉，当某一单一波长的电磁波射入人眼，人眼就有色光的感觉，例如 770 毫微米波长的电磁波射入人眼；人眼就感觉是红光，比红光波长再长的电磁波人眼就看不见了，这就是红外线；550 毫微米电磁波射入人眼就有绿光的感觉；385毫微米的电磁波射入人眼就有紫光的感觉，比紫光波长再短的电磁波人

13、眼就看不见了，这就是紫外线。从 780 毫微米到 380 毫微米这一段内部不同波长的电磁波分别射入人眼，人眼就会有：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光的感觉，同时射入人眼就是白光的感觉。既然光是电磁波那么它就是一个正弦振动的无线电波，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的，振动的方向就有垂直的水平的，45度角的 135 度角的等等，总之是多方位的集合，如图 1-3-2 所示。这种光叫做自然光；太阳、电灯、日光灯，液晶屏的背光灯等普通光源发出的光，都是自然光。光的振动面只限于某一固定方向的；垂直的或水平的或其它方向振动的；叫做偏振光或线偏振光，如图 1-3-3 所示；图 1-3-1图

14、 1-3-2垂直方向振动偏振波水平方向振动偏振波图 1-3-3自然光和偏振光对人眼的刺激效果是相同的；人的眼睛是无法鉴别射入眼睛的光是自然光还是偏振光。2、液晶屏的组成结构及原理液晶屏的基本构造及组成液晶屏是一块薄薄地图像显示屏，组成结构比较复杂，是由多层不同作用的薄片组成，有偏振片、配向膜、滤色片、液晶层、背光板等，要弄明白液晶的成像原理必要把最主要的；偏振片、配向膜及液晶层的构造和原理搞清楚，图 1-3-4 所示就是液晶屏的最主要组成的断面示意图图 1-3-4图 1-3-5从图中可以看出最前面是偏振片（由上至下），偏振片的下面是配向膜、液晶层、配向膜、偏振片，最下面是提供光源的背光灯。在这

15、其中，偏振片有两片、配向膜有两片（两片偏振片构造不同、两片偏振模构想也不同）。液晶层在配向膜的中间，光线由下部背光灯射入，穿后过偏振片、配向膜在液晶层受到电信号控制的液晶分子的控制再穿过配向膜及前偏振片，我们看到的就是图像。图 1-3-5 所示是前后偏振片纹理结构和上下配向膜沟槽结构的不同及液晶分子扭曲的关系。3、偏振片能透过偏振光的透光片就叫偏振片；偏振片是特制的透光（玻璃或薄膜）片，上面特制密集的垂线，如图 1-3-6；和密集的水平线，如图 1-3-7。作为液晶屏用的偏振片是聚乙烯醇高分子化合物薄膜作为片基制作。图 1-3-6 图 1-3-7偏振片具有这样的特性：只允许和偏振片上线条平行的

16、光振动波通过，如图1-3-8 所示，其它振动方向的光波全部被阻止通过，如图 1-3-9 所示。偏振片上能透光的方向称为偏振片的透光轴，也就是说；和透光轴平行的偏振光可以通过偏振片。图 1-3-8图 1-3-9当自然光要通过偏振片时，偏振片只允许自然光中振动面和偏振片透光轴平行的通过，如图 1-3-10 所示，偏振片实际上是一个滤波器；偏振光滤波器，也称为：极化滤波器。图 1-3-10我们可以用眼睛透过一块偏振片（不管上面的线条是什么方向）去看室外的景物。只会看感到亮度略有下降外，其它没有任何异样的变化，就像带了一副很浅的有色眼镜。把两块透光轴相同的偏振片重叠在一起，观看景物和上面用一块观看景物

17、是一样的现象，如图 1-3-11 所示。透过第一块偏振片的偏振波也可以顺利透过第二块偏振片达到人眼睛。但是如果要用两块透光轴相互垂直的偏振片重叠在一起，再观看景物，或者光源，这就什么也看不见了，如图 1-3-12所示。为什么看不见了？图 1-3-11图 1-3-12这个道理大家已经很清楚了；在图 1-3-12 中，用用两块透光轴相互垂直的偏振片重叠在一起，观看景物，这时景物的自然光中的和第一块偏振片透光轴平行的水平偏振光，透过第一块偏振片后；是无法透过第二块偏振轴垂直的偏振片的，就好象没有光线穿透过来，所以看到的只能是黑屏。这个道理搞清楚了，液晶屏的成像原理也就非常容易了。4、液晶屏的控制作用

18、根据上述的道理；两块透光轴相互垂直的偏振片重叠在一起光线是不能通过的，此时保持两块透光轴相互垂直的偏振片的位置不变，只要把通过第一块偏振片的水平偏振光扭曲 90 度，变成垂直的偏振光就可以穿过过第二块偏振片，如图1-3-13 所示。液晶屏的作用就是控制由 A 偏振片透过的偏振光；扭曲还是不扭曲；从而决定是否能穿过 B 偏振片。液晶的分子在周边施加电场和不加电场就可以控制分子扭转 90 度，同时带动通过的光振动波扭转 90 度，使水平的偏振波变成垂直的偏振波，或者使垂直的偏振波变成水平的偏振波。就达到了用电信号控制光线“亮”与“暗”的目的，如图 1-3-14 所示。图 1-3-13图 1-3-1

19、4我们如果把这一个偏振波看成形成一个像素点的光源，那么在一个平面上，众多的偏振波由图像电信号在液晶屏中进行控制，就在 B 偏振片这一面看到一幅图像。5、配向膜 在两片偏振片是中间有两片透明的配向膜，配向膜的中间充满液晶的分子，配向膜贴近液晶分子的一面有规则的开槽，液晶的分子正好可以平卧在里面，如图 1-3-15 所示（以一个像素区域为例说明），两片配向膜的开槽是相互垂直的，这样靠近下面一片配向膜的的分子平卧的方向和靠近上面一片配向膜分子平卧的方向正好也是相互垂直的（分子的形状是长棒形状），两片配向膜之间有一定的距离，并且充满液晶分子，那么：最上面和最下面相互垂直的两个分子之间的分子则是逐步的由

20、水平向垂直扭转，如图 1-3-15 所示。此时如果有一和下面分子平行的偏振光由下面经过液晶分子射入，就会随着液晶分子的扭转方向扭转 90 度，由上面射出，如图 1-3-16 所示，可以看出，偏振光经过液晶层发生了 90 度的扭转。这是液晶分子在常态下没有电场及外力的作用下，液晶分子对通过偏振光的作用扭转 90 度。图 1-3-15图 1-3-16前面说过：液晶的分子对电场及其敏感；在电场的作用下液晶的分子要产生扭曲，现在我们看看在液晶分子周边施加电场的情况下液晶的分子会有什么变化，对通过的偏振光又有什么影响?我们在液晶分子的两边设置两个电极，并且施加电压，这样在液晶分子周边就形成相应的电场，此时液晶分子在电场的作用下，改变了排列的方向，不受沟槽的限制；全部竖立排列，如图 1-3-17 所示；图 1-3-17图 1-3-18此时如果有一偏振光由下面经过液晶分子射入，偏振光就不再受液晶分子扭转控制，直接由上面射出，如图 1-3-18 所示，可以看出，施加电场的液晶分子；液晶分子重新排列；偏振光经过液晶层就不发生任何扭转；保持原方向、角度由上方直接射出。这是液晶分子在有电场及外力的作用下，液晶分子对通过偏