零基础轻松学修液晶彩电
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第二节 液晶彩电工作概述

一、液晶彩电原理概述

液晶彩电与CRT电视机的原理基本类似,所不同的是其显示系统不同。液晶彩电包括CPU系统控制电路、遥控接收电路、AV和VGA接口电路、信号接收电路、视频和音频信号解调解码电路、视频信号数字转换电路、伴音功放电路、电极驱动信号放大电路和背光灯自举升压电路。

液晶彩电显示系统是通过电极驱动信号放大电路和背光灯自举升压电路来实现的。它是在两张玻璃之间的液晶内,加入电压,通过分子排列变化及曲折变化再现画面,屏幕通过电子群的冲撞,制造画面并通过外部光线的透视反射来形成画面。

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图3-15 三基色合成原理

玻璃板与液晶材料之间采用透明的电极,电极分为行电极和列电极,在行与列的交叉点上,通过改变电压来改变液晶体是否发光。液晶材料的周边设计有控制电路和驱动电路,并根据信号电压来控制单色图像的形成。液晶上的每一个像素都是由三个液晶单元构成的,其中每个单元格前面分别有红色、绿色和蓝色过滤片,光线经过过滤片的处理后照射到每一个像素中不同色彩的液晶单元格上,与CRT电视机的显像原理一样,利用三基色合成原理(见图3-15)组合出不同的色彩。

二、液晶彩电的具体成像原理

液晶彩电的显示屏是在两片具有导电特性的玻璃板之间充入一层液晶材料,即液晶分子,液晶分子具有加热时为液态、冷却时就结晶为固态的特性,当外界环境变化时,它的分子结构也会发生变化,从而就能实现通过或阻挡光线的目的。

由于被充入的液晶物体内含有超过200万个红、绿、蓝三色液晶光阀,当液晶光阀在低电驱动下被激活后,位于液晶屏后的背光灯发出的光束从液晶屏通过,产生1024×768点阵(点距为0.297mm)和分辨率极高的图像。同时,先进的电子控制技术使液晶光阀产生1677万种R、G、B(256×256×256)颜色变化,还原真实的亮度、色彩度,并再现纯真的图像。

简单地说:液晶彩电的成像原理,就是在玻璃板内充有液晶分子,屏内有许多交错成格状的微线路,以电极控制液晶分子的走向,从而折射光线产生颜色和画面,相关结构原理如图3-16所示。液晶背光源CCFL投射出光源,这些光源会先经过导光板使光线均匀分布在整个屏幕上;然后光线通过一个偏光板,再经过液晶,液晶分子的排列方式会随着控制电压的不同而发生变化,进而改变穿透液晶的光线角度;所有的光线再经过前方的彩色滤光膜与另一块偏光板,才能呈现出各种颜色。

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图3-16 液晶彩电的成像原理示意图

三、TN型液晶彩电的成像原理

TN型液晶彩电是在两片平行放置的偏光板之间充填了一定数量的具有电特性和光特性的液晶混合物。这两片偏光板的偏光方向是相互垂直的。液晶分子在偏光板之间排列成多层,如图3-17所示。

在同一层内,液晶分子的位置虽不规则,它可以在任何方向平移,也可以在其中一个方向旋转,但长轴取向始终是平行于偏光的。

在不同层之间,液晶分子的长轴沿偏光板平行平面连续扭转90°。其中,邻接偏光板的两层液晶分子长轴的取向,与所邻接的偏光板的偏振光方向一致。

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图3-17 TN液晶屏结构

液晶分子具有一定的电特性,分子在电场中通常会充电,之后极化,最终得到一个对准电场方向的正、负两极。一旦通过电极给液晶分子加电,由于受到外界电压的影响,液晶分子在两片玻璃之间的排列形式得以改变。而液晶彩电夹层内贴附了两块偏光板,这两块偏光板的排列和透光角度与上下夹层的沟槽排列相同。在正常情况下,光线从上向下照射时,只有一个角度的光线能够穿透下来,通过上偏光板将光线导入上部夹层的沟槽中,再通过液晶分子扭转排列的通路从下偏光板穿出,形成一个完整的光线穿透路径。这就是液晶的光学和电光学的特性。

由于在两片玻璃板之间可以划分出不同的区域,且每一个区域都用电场进行控制,这些不同的区域叫子像素。不同彩色滤光片放在每个子像素的后面,当光透过时,就可以显示出全色的图像。

四、STN型液晶彩电的成像原理

STN型的显示原理与TN型基本相同,所不同的主要有以下三点:

1.入射光旋转角度

TN的液晶分子是将入射光旋转90°,而STN的液晶分子是将入射光旋转180°~270°,如图3-18所示。

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图3-18 STN型液晶彩电入射光旋转角度示意图

2.显示的色调

TN型液晶彩电本身只能显示黑白两种色调;而STN型液晶彩电显示的色调以淡绿和橘黄为主,加上彩色滤光片后可显示出全色。

3.屏幕大小的显示效果

TN型液晶彩电屏幕越大,效果越差;而STN型液晶彩电由于在制作材料和制作工艺上做了一些改进,其屏幕做大时,显示效果也较好。

五、TFT型液晶彩电的成像原理

TFT型液晶彩电的原理与TN型大致相同,采用两夹层间充填液晶分子设计,也是由玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等构成。液晶分子在加电后其排列状态的变化及透光过程都与TN型液晶彩电一样,不同之处具体如下:

1)TFT上部夹层的电极为场效应晶体管(FET),下部夹层为共通电极。

2)TFT型的显示器采用“背透式”照射方式,即假想的光源路径,从下至上,在光源设计上与荧光灯的原理相同,先向下照射再通过偏光板反射向上透出。由于FET具有电容效应,能够保持电位状态,先前透光的液晶分子会一直保持夹层内液晶分子的排列状态,直到FET电极下次再加电才能改变液晶的排列位置。

3)TFT显示屏属于有源矩阵控制(图3-19所示为TFT-LCD有源矩阵液晶屏结构)。由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制,因而各个节点相对独立,并可连续控制,这样不仅提高了反应时间,同时在灰度控制上可以做到非常精确。当开关打开时,液晶分子就排列成允许背景光源透射出来的格局。投射出来的光线通过一个彩色的RGB滤光器加以处理,就能在屏幕上显示彩色。

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图3-19 TFT-LCD有源矩阵液晶屏结构

六、液晶屏/LED屏发光原理

液晶屏是在两片玻璃板之间制作了很多空隙,分别在里面注入液晶分子,在玻璃板后方设置了一组荧光灯管,如图3-20所示。荧光灯管发出的光经由一组棱镜片与背光模块,将光源均匀地传送到前方。

由于两个电极之间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽,在液晶分子之间产生明暗变化,而将接收到的影像信号显示出来,并通过彩色滤光片显示出彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜,控制液晶分子沿着偏光板做90°的扭转,当玻璃基板没有加入电场时,光线透过偏光板,液晶面板显示白色如图3-21所示。当玻璃基板加入电场时,液晶分子产生配列变化,光线通过液晶分子空隙维持原方向,被下方偏光板遮蔽,光线无法透出,液晶面板显示黑色。

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图3-20 液晶彩电发光原理示意图

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图3-21 液晶面板显示白色示意图

LED屏就是屏光源采用LED发光的液晶屏。LED可以发出从紫外到红外不同频段、不同颜色的光线,这样一来,在色彩的表现上,LED背光具有明显的优势,在色阶上比液晶屏表现得更好更精准,在灰度与色彩过度上基本上能达到CRT的水平。同时采用LED背光后,液晶面板的体积将大大缩小。背光中的LED是由多栅格状的LED组成,每一个格子中都拥有一个LED,能真正实现光源平面化。

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图3-22 LED屏工作原理示意图

LED屏的工作原理与液晶屏基本类似,不同之处主要是背光源的不同。图3-22所示为LED屏工作原理示意图。