TFT液晶显示器

液晶分子的驱动电压不能固定在某一个值不变，否则，时间久了，液晶分子会发生极化现象，从而逐渐失去旋光特性。因此，为了避免液晶分子的特性遭到破坏，液晶分子的驱动电压必须进行极性变换，这就需要将液晶显示屏内的显示电压分成两种极性，一个是正极性，另一个是负极性。当显示电极的电压高于common(公共电极)电极电压时，就称为正极性;当显示电极的电压低于common电极电压时，就称为负极性。不管是正极性或负极性，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定时，所表现出来的灰阶是一模一样的。不过这两种情况下，液晶分子的转向却完全相反，也就可以避免上述当液晶分子转向一直固定在一个方向时所造成的特性破坏。常见的极性变换方式有四种，即逐帧倒相方式、逐行倒相方式、逐列倒相方式和逐点倒相方式。

对于逐帧倒相方式，在同一帧中，整个画面所有相邻的点都拥有相同的极性，而相邻的帧极性则不同;对于逐行倒相方式，在同一行上拥有相同的极性，而相临的行极性不同;对于逐列倒相方式，在同一列上拥有相同的极性，而相邻的列极性不同;对于逐点倒相方式，则是每个点和自己相邻的上、下、左、右四个点，极性都是不一样。

常见的个人计算机液晶显示屏，所使用的面板极性变换方式，大部分都是逐点变换方式，原因是逐点倒相的显示品质相对于其他的变换方式要好得多。表列出了逐帧倒相、逐行倒相、逐列倒相和逐点倒相四种极性变换方式的性能比较。

所谓Flicker现象，就是画面会有闪烁的感觉，但并不是特意做出的视觉效果，而是因为显示的画面灰阶在每次更新画面时会有些微小的变动，让人眼感受到画面在闪烁。使用逐帧倒相的极性变换方式最容易发生这种情况。因为逐帧倒相的整个画面都是同一极性，当这次画面是正极性时，下次就都变成了负极性，假若common电压有一点误差，这时正、负极性的同一灰阶电压便会有差别，当然灰阶的感觉也就不一样，如图2所示。在不停切换画面的情况下，由于正、负极性画面交替出现，就会出现Flicker现象。而其他面板的极性变换方式，虽然也会有此Flicker的现象，但由于不像逐帧倒相是同时整个画面一起变换极性，只有一行或一列，甚至于是一个点变化极性而已，以人眼的感觉来说，就会觉得不明显。

所谓Crosstalk现象，指的是相邻的点之间，要显示的资料会影响到对方，以至于显示的画面会有不正确的状况。虽然Ctosstalk现象的成因有很多种，只要相邻点的极性不一样，便可以减少此现象的发生。

随着九十年代初TFT技术的成熟，彩色液晶平板显示器迅速发展，不到10年的时间，TFT-LCD迅速成长为主流显示器，这和它具有的优点是分不开的。主要特点是:

(1)使用特性好:低压应用，低驱动电压，固体化使用安全性和可靠性提高;平板化，又轻薄，节省了大量原材料和使用空间;低功耗，它的功耗约为CRT显示器的十分之一，反射式TFT-LCD甚至只有CRT的百分之一左右，节省了大量的能源;TFT-LCD产品还有规格型号、尺寸系列化，品种多样，使用方便灵活、维修、更新、升级容易，使用寿命长等许多特点。显示范围覆盖了从1英寸至40英寸范围内的所有显示器的应用范围以及投影大平面，是全尺寸显示终端;显示质量从最简单的单色字符图形到高分辨率，高彩色保真度，高亮度，高对比度，高响应速度的各种规格型号的视频显示器;显示方式有直视型，投影型，透视式，也有反射式。

(2)环保特性好:无辐射、无闪烁，对使用者的健康无损害。特别是TFT-LCD电子书刊的出现，将把人类带入无纸办公、无纸印刷时代，引发人类学习、传播和记栽文明方式的革命。

(3)适用范围宽，从-20℃到+50℃的温度范围内都可以正常使用，经过温度加固处理的TFT-LCD低温工作温度可达到零下80℃。既可作为移动终端显示，台式终端显示，又可以作大屏幕投影电视，是性能优良的全尺寸视频显示终端。

(4)制造技术的自动化程度高，大规模工业化生产特性好。TFT-LCD产业技术成熟，大规模生产的成品率达到90[%]以上。

(5)TFT-LCD易于集成化和更新换代，是大规模半导体集成电路技术和光源技术的完美结合，继续发展潜力很大。目前有非晶、多晶和单晶硅TFT-LCD，将来会有其它材料的TFT，既有玻璃基板的又有塑料基板。

根据液晶显示器的解剖，可以看出，液晶显示器的构成并不复杂，液晶板加上相应的驱动板(也称主板，注 意不是液晶面板内的行列驱动电路)、电源板、高压板、按键控制板等，就构成了一台完整的液晶显示器。

液晶显示器的电源电路分为开关电源和DC/DC变换器两部分。其中，开关电源是一种AC/DC变换器，其作用是将市电交流220V或 110V(欧洲标准)转换成12V直流电源(有些机型为14V、18V、24V或28V)，供给DC/DC变换器和高压板电路;DC/DC直流变换器用 以将开关电源产生的直流电压(如12V)转换成5V、3.3V、2.5V等电压，供给驱动板和液晶面板等使用。

液晶显示器的开关电源主要有两种安装形式:①采用外部电源适配器(Adapter)，输入显示器的电压就是电源适配 器输出的直流电压;②在显示器内部专设一块开关电源板，即所谓的内接方式，在这种方式下，显示器输人的是交流220V电压。

DC/DC变换器也有多种安装方式，第一种是专设一块DC/DC变换板;第二种是和开关电源部分安装在一起(开关电源采用机内型) ;第三种是安装在主板中。

驱动板也称主板，是液晶显示器的核心电路，主要由以下几个部分构成:

(1)输入接口电路

液晶显示器一般设有传输模拟信号的VGA接口(D-Sub接口)和传输数字信号的DVI接口。其中，VGA接口用来接收主机显卡输出的模 拟R、G、B和行场同步信号;DVI接口用于接收主机显卡TMDS(最小化传输差分信号)发送器输出的TMDS数据和时钟信号，接收到的 TMDS信号需要经过液晶显示器内部的TMDS接收器解码，才能加到Sealer电路中，不过，很多TMDS接收器都被集成在Scaler芯片中 。

(2)A/D转换电路

A/D转换电路即模/数转换器，用以将VGA接口输出的模拟R、G、B信号转换为数字信号，然后送到Sealer电路进行处理。早期的液晶显示器，一般单独设立一块A/D转换芯片(如AD9883、AD9884等)，生产的液晶显示器，大多已将A/D转换电路集 成在Scaler芯片中。

(3)时钟发生器(PLL锁相环电路)

时钟产生电路接收行同步、场同步和外部晶振时钟信号，经时钟发生器产生时钟信号，一方面送到A/D转换电路，作为取样时钟信 号;另一方面送到Sealer电路进行处理，产生驱动LCD屏的像素时钟。

另外，液晶显示器内部各个模块的协调工作也需要在时钟信号的配合下才能完成。显示器的时钟发生器一般均由锁相环电路(PLL)进行控制，以提高时钟的稳定度。早期的液晶显示器，一般将时钟发生器集成在￣A/D转换电路中，如今生产的液晶显示器，大都将时钟发生器集成在Sealer芯片中。

(4)Sealer电路

Sealer电路的名称较多，如图像缩放电路、主控电路、图像控制器等。Sealer电路的核心是一块大规模集成电路，称为Sealer芯片，其作用 是对A/D转换得到的数字信号或TMDS接收器输出的数据和时钟信号，进行缩放、画质增强等处理，再经输出接口电路送至液晶面板，最后，由 液晶面板的时序控制IC(TC0N)将信号传输至面板上的行列驱动IC。Sealer芯片的性能基本上决定了信号处理的极限能力。另外，在Sealer电 路中，一般还集成有屏显电路(0SD电路)。

液晶显示器为什么要对信号进行缩放处理呢?这是由于一个面板的画素位置与分辨率在制造完成后就已经固定，但是影音装置输出的分辨率 却是多元的，当液晶面板必须接收不同分辨率的影音信号时，就要经过缩放处理才能适合一个屏幕的大小，所以信号需要经过Sealer芯片进行 缩放处理。

(5)微控制器电路

微控制器电路主要包括MCU(微控制器)、存储器等，其中，MCU用来对显示器按键信息(如亮度调节、位置调节等)和显示器本身的状态控 制信息(如无输人信号识别、上电自检、各种省电节能模式转换等)进行控制和处理，以完成指定的功能操作。存储器(这里指串行EEPROM存 储器)用于存储液晶显示器的设备数据和运行中所需的数据，主要包括设各的基本参数、制造厂商、产品型号、分辨率数据、最大行频率、场 刷新率等，还包括设各运行状态的一些数据，如白平衡数据、亮度、对比度、各种几何失真参数、节能状态的控制数据等。

很多液晶显示器将存储器和MCU集成在一起，还有一些液晶显示器甚至将MCU、存储器都集成在Scaler芯片中。因此，在这些液晶显示 器的驱动板上，是看不到存储器和MCU的。

(6)输出接口电路

驱动板与液晶面板的接口电路有多种，常用的主要有以下3种:

第一种是并行总线TTL接口，用来驱动TTL液晶屏。根据不同的面板分辨率，17L接口又分为48位或24位并行数字显示信号。

第二种接口是十分流行的低压差分LVDS接口，用来驱动LVDS液晶屏。与17L接口相比，串行接口有更高的传输率，更低的电磁辐射和电磁 干扰，并且，需要的数据传输线也比并行接口少很多，所以，从技术和成本的角度，LVDS接口都比1TL好。需要说明的是，凡是具有LVDS接口的 液晶显示器，在主板上一般需要一块LVDS发送芯片(有些可能集成在Sealer芯片中)，同时，在液晶面板中应有一块LVDS接收器。

第三种是RSDS(低振幅信号)接口，用来驱动RSDS液晶屏，采用RSDS接口，可大大减少辐射强度，产晶更加健康环保，并可增强EMI抗干扰能 力，使画面质量更加清晰稳定。

按键电路安装在按键控制板上，另外，指示灯一般也安装在按键控制板上。按键电路的作用就是使电路通与断，当按下开关时，按键电子开关接通;手松开后，按键电子开关断开。按键开关输出的开关信号送到驱动板上的MCU中，由MCU识别后，输出控制信号，去控制相关电路完成相应的操作和动作。

高压板俗称高压条(因为电路板一般较长，为条状形式)，有时也称为逆变电路或逆变器，其作用是将电源输出的低压直流电压转变为液晶板(Panel)所需的高频的600V以上高压交流电，点亮液晶面板上的背光灯。

高压板主要有两种安装形式:①专设一块电路板;②和开关电源电路安装在一起(开关电源采用机内型)。

液晶面板是液晶显示器的核心部件，主要包含液晶屏、LVDS接收器(可选，LVDS液晶屏有该电路)、驱动IC电路(包含源极驱动IC与栅极驱动IC)、时序控制IC(TC0N)和背光源。

需要强调的是，液晶显示器的电路结构和彩电、CRT显示器彩显一样，经历了从多片集成电路ˉ单片集成电路宀超级单片的发展过程。例如，早期的液晶显示器、A/D转换、时钟发生器、Sealer和MCU电路均采用独立的集成电路;现生产的液晶显示器，则大多将A/D转换、TMDS接收器、时钟发生器、Sealer、0SD、LVDS发送器集成在一起，有的甚至将MCU电路、TC0N、RSDS等电路也集成进来，成为一片真正的"超级芯片"。无论液晶显示器采用哪种电路形式，但万变不离其宗，即所有液晶显示器的基本结构组成是相同或相似的，作为维修人员，只要理解了液晶显示器的基本结构和组成，再结合厂家提供的主要集成电路引脚功能，就不难分析出其整机电路的基本工作过程。

TFT(Thin Film Transistor)即薄膜场效应晶体管，属于有源矩阵液晶显示器中的一种。它可以"主动地"对屏幕上的各个独立的像素进行控制，这样可以大大提高反应时间。

一般TFT的反应时间比较快，约80毫秒，而且可视角度大，一般可达到130度左右，主要运用在高端产品。所谓薄膜场效应晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动。

从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。TFT属于有源矩阵液晶显示器，在技术上采用了"主动式矩阵"的方式来驱动，方法是利用薄膜技术所作成的电晶体电极，利用扫描的方法"主动拉"控制任意一个显示点的开与关，光源照射时先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子传导光线，通过遮光和透光来达到显示的目的。

萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等