液晶显示器拆装与维修

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1、1,任务1 液晶显示器认知,主要内容,一、液晶基础知识二、液晶显示器件结构与原理三、TFT液晶屏驱动,2,一、液晶基础知识,1.液晶及其分子结松构2.液晶种类3.液晶基本性质4.液晶显示原理,3,1-1 什么是液晶?,在物理学上把物质分为三态，即固态、液态和气态。在自然界中，大部分材料随温度的变化只呈现固态、液态和气态三种状态。液晶(Liquid Crystal)是不同于通常的固态、液态和气态的一种新的物质状态，它是能在某个温度范围内兼有液体和晶体两者特性的物质状态，也叫做液晶相或中介相，故又称为物质的第四态。,4,1-2 液晶的历史,1888年，奥地利植物学家Reinitzer发现胆甾醇苯甲

2、酸酯在145.5熔化时，形成了雾浊的液体，并出现蓝紫色的双折射现象，直至178.5时才形成各向同性的液体。其后在Reinitzer和德国物理学家Lehmann的共同努力下，认为胆甾醇苯甲酸酯在固态和液态之间呈现出的是一种新的物质相态，将其命名为液晶，这标志着液晶科学的诞生。,液晶之父莱尼茨尔(Reinitzer)和莱曼(Lehmann),1,5,1-3 液晶分子结构,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，一般最常用的液晶为向列相(nematic)液晶，分子形状为细长棒形，长约为1nm，宽约为10 nm。在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90o排列。,(a)晶体

3、（b）液晶 （c）液体,6,1-4 液晶有哪些种类,液晶种类很多，主要有近晶型、胆甾型和向列型。目前用在显示技术上最重要的原材料就是向列型液晶。,7,1近晶相液,近晶相液晶分子排列,smectic由希腊语而来，是肥皂状的意思，因这种类型的液晶在浓肥皂中，都显示特有的偏光显微镜像，因而命名为皂相。近晶相液晶分子分层排列，有同一的方向，比较接近晶体，故译为近晶相。此类液晶的粘滞系数很大，分子可以左右、前后滑动，但不能在上下层间移动，应答速度慢，多用于光记忆材料的发展上。,8,向列相液晶分子排列,2向列相液晶,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

4、结构，故称之为丝相。向列相液晶分子位置杂乱，没有层状结构，但方向大致一致，故译为向列相。此类液晶的粘度小，分子容易顺着长轴方向自由移动。向列相液晶是光电子技术和显示上最为广泛应用的液晶.,9,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。胆甾相液晶由多层向列型液晶堆积而成，其分子排列特点是：在某一平面内分子长轴的指向是一致的，与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空间成一螺旋。,胆甾相液晶分子排列,3胆甾相液晶,10,向列相、胆甾相和近晶相液晶分子结构差异,11,（1）液晶的边界取向性质当无

5、外场存在时，液晶分子在边界上的取向很复杂，在最简单的自由边界上，液晶分子的取向会随液晶材料的不同而不同，可以垂直、平行可倾斜于边界，如图中的上方所示。,1-5 液晶的性质,12,（2）液晶的电气性质 液晶的电气性质如图所示。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。,13,（3）液晶的旋光性质 液晶的旋光性质如图所示。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上的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

6、着旋转，在出射时，光矢量转过的角度与液晶分子旋转扭曲角相同。,14,1-6 液晶显示原理在两片玻璃基板上装有取向膜，所以液晶会沿着沟槽取向，由于上下玻璃基板取向膜沟槽偏离90o，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做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，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色。,15,二、液晶显示器件结构与原理,2-1 液晶显示器发展概况2-2 液晶显示器件结构2-3 液晶显示器的特点2-4 TN型液晶显示原理2-5 STN型液晶显示原理2-6

7、TFT型液晶显示原理,16,1968年，美国发明了液晶显示器件，随后LCD液晶显示器件就正式面世了。然而从第一台LCD显示屏的诞生以来的30多年中，液晶显示技术得到了飞速的发展。七十年代初，日本开始生产TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD)，并推广应用。八十年代初，TN-LCD产品在计算器得到广泛应用。1984年，欧美国家提出TFT-LCD(Thin Film Transisto-LCD)和STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD)显示技术之后，从八十年代末起，日本掌握了STN-LCD的大规模生产技术，使LCD产业获得飞速发展。,2-1 液晶显

8、示器发展概况,17,2-1 液晶显示器发展概况,1993年，在日本掌握TFT-LCD的生产技术后，液晶显示器开始朝两个方向发展：一个是朝价格低、成本低的STN-LCD显示器方向发展，随后出现了DSTN-LCD（双层超扭曲阵列）；而另一个却朝高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD发展。日本在1997年开发了一批以550679mm为代表的大基板尺寸第三代TFT-LCD生产线，并使1998年大尺寸的LCD显示屏价格下降了一半。1996年以后，韩国和中国台湾都投巨资建第三代的TFT-LCD生产线，准备在1999年以后与日本竞争。,18,2-2 液晶显示器结构,19,（1）液晶面板 液晶面板包括偏光片（Po

9、larizer）、玻璃基板（Substrate）、彩色滤色膜（Color Filters）、电极（ITO）、液晶（LC）、定向层（Alignment layer）。 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。 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，在下面的那层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film transistor，TFT)，而上面的那层玻璃则贴有彩色滤光膜。 彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光，再利用红、绿、蓝三基色光的不同混合，便可以混合出各种不同的颜色

10、。,2-2 液晶显示器结构,20,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，从而改变液晶分子的转动。 液晶材料：液晶材料从联苯腈、酯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类液晶化合物逐渐发展到环已基（联）苯类、二苯乙炔类、乙基桥键类、含氟芳环类、二氟乙烯类液晶化合物。 定向层：又称配向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排列。若液晶分子的排列不整齐，就会造成光线的散射，形成漏光的现象。,2-2 液晶显示器结构,21,（2）背光模组 背光模组由冷阴极荧光灯（CCFL）、导光板（Wave guide）、 扩散板（Diffuser）、棱镜片（Lens）等组成。背光模组的作用是将光源均匀地传送到

11、液晶面板。背光模组各部分作用说明如下： 冷阴极荧光灯：英文名Cold Cathode Fluorescent Lamps，简称CCFL。它是一种管状发光体，是一种线光源。冷阴极荧光灯能够提供能耗低，光亮强的白光。 导光板：它是背光模块的心脏，其主要功能在于导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。,2-2 液晶显示器结构,22,扩散板：主要功能就是要让光线透过扩散涂层产生漫射，让光的分布均匀化。 棱镜片：负责把光线聚拢，使其垂直进入液晶模块以提高辉度，所以又称增亮膜。 扩散板：主要功能就是要让光线透过扩散涂层产生漫射，让光的分布均匀化。,2-2 液晶显示器结构,23,冷阴极荧光灯结构,24,

12、CCFL电压与电流关系,25,CCFL驱动电路,26,（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，这是其他任何显示器件无法比拟的。在工作电压和功耗上，液晶显示正好与大规模集成电路的发展相适应。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 液晶显示器件的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒。这种结构最利于用作显示窗口，而且它可以在有限的面积上容纳最大量的显示内容，显示内容的利用率最高。此外，这种结构不仅可作得很小，如照像机上所用的显示窗，而且可以作的很大，如大屏幕液晶电视及大型液晶广告牌。

13、,2-3 液晶显示器特点,27,（3）被动型显示 液晶显示器件本身不能发光，它调制外界光达到显示目的，它是一种被动显示。即它不像主动型显示器件那样，发光刺激人眼实现显示。人类所感知的视觉信息中，90以上是外部物体的反射光，而并非物体本身的发光。所以，被动显示更适合于人眼视觉，更不易引起疲劳。 （4）显示信息量大 与CRT相比，液晶显示器件没有荫罩限制，因此像素点可以作得更小、更精细；与等离子显示相比，液晶显示器件像素点处不需要像等离子显示那样，像素点间要留有一定的隔离区。因此，液晶显示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。这对于制作高清晰度电视、笔记本式电脑都非常有利。

14、,2-3 液晶显示器特点,28,（5）易于彩色化 液晶本身虽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和干涉法。由于滤色法技术的成熟，使液晶的彩色化具有更精确、更鲜艳、更没有彩色失真的彩色化效果。 （6）长寿命 液晶材料是有机高分子合成材料。具有极高的纯度，而且其他材料也都是高纯物质，在极净化的条件下制造而成。液晶的驱动电压又很低，驱动电流更是微乎其微，因此，这种器件的劣化几乎没有，寿命很长，可在5万小时以上。,2-3 液晶显示器特点,29,（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。这种辐射不仅污染环境还会产生信

15、息泄露，而液晶显示不会产生这类问题，它对于人身安全和信息保密都是十分理想的。 （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。,2-3 液晶显示器特点,30,2-4 扭曲向列型液晶显示器件（TN-LCD）,31,2-5 超扭曲向列型液晶显示器件（STN-LCD）,STN模式的产品结构基本和TN模式是一样的，只不过盒中液晶分子排列不是沿着90 O扭曲排列，而是180O270O扭曲排列,32,2-6 薄膜晶体管型液晶显示器件（TFT-LCD）,TFT(Thin Film Transistor)-LCD为薄膜晶体管液晶显示器件，又称为三端子有源矩阵

16、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，如图3-19所示。TFT的栅极与扫描电极母线相连。当开关导通时位于同一行上的所有像素将与相应的数据电极母线相通，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。,33,2-6 薄膜晶体管型液晶显示器件（TFT-LCD）,34,TFT-LCD液晶盒结构,35,液晶像素的TFT控制,与TN型液晶的显示原理相同，不同的是，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。而TN型液晶就没有这个特性，液晶分子一旦没有加以电场，立刻就返回原来的状态，这是TFT型液晶和TN型液晶显示原理的最大不同。,