液晶平板彩电工作原理和设计.docx
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1、液晶平板彩电工作原理和设计 摘要 关键词:薄膜晶体管,液晶屏,液晶,平板显示显示技术,显示性能 In recent years the development of display technology is very fast, flat panel display having a completely flat, thin, light, energy saving features, in line with the future development trend of image display. Currently the mainstream flat- panel displ
2、ay comprises a liquid crystal and plasma. With the development of display technology, more and more new products, new technology appear, so that the flat paneldisplay performance optimization. As TFT_LCD technology is developing rapidly, and it has excellent performance characteristics of large-scal
3、e production, high degree of automation, low-cost raw materials as well as many other advantages,which are widely used in many fields.In this context,the driving circuit is also put forward higher requirements. KEY WORDS: thin-flim transistor, , liqulid crystalflat,display technology,display perform
4、ance 目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论1第二章 液晶平板电视的概述22.1 液晶的知识22.2 液晶显示器的基础知识及发展现状22.2.1 LCD的主要技术参数22.2.2 LCD的分类42.2.3 LCD发展历程42.3 液晶平板电视的基础知识52.3.1 平板电视的定义52.3.2 电视机的发展历程显示器件的发展52.3.3 电视清晰度的概念62.3.4 液晶平板彩电的主要参数62.4 液晶电视的优缺点7第三章 液晶平板电视的工作原理83.1 液晶平板彩电的基本组成及结构83.1.1 液晶平板彩电的简单结构83.1.2 LCD面板主要部件83.1.3 液晶彩电电路的基本组成9
5、3.2 液晶平板电视的工作原理123.3 TFT液晶彩电工作原理143.3.1 TFT液晶彩电显示原理143.3.2 TFT元件的结构153.3.3 TFT工作原理163.3.4 液晶驱动方法16第四章 液晶平板彩电背光板的工作原理204.1 液晶平板彩电背光板的工作原理简介204.2 目前主要采用的背照光源204.2.1 冷阴极荧光灯(CCFL)204.2.2 发光二极管(LED)背光照明系统23第五章 液晶平板彩电的接口类型及用途255.1 各档次的电视机的信号接口端子255.2 各接口类型类型及用途简介265.2.1 有线电视接口265.2.2AV复合视频接口265.2.3HDMI接口2
6、75.2.4 VGA电脑接口285.2.5 DVI接口285.2.6 USB简介295.2.7 S端子接口305.2.8 色差分量接口315.2.9 D端子接口325.2.10 RS-232C接口325.2.11 SCART接口325.2.12光纤音频接口335.2.13 同轴音频接口33第六章 液晶平板电视与其他电视区别346.1 CRT和液晶平板彩电区别简单概述346.2 液晶平板彩电与其他电视的具体参数对比346.2.1 显像管电视346.2.2 液晶平板电视356.2.3 等离子电视38第七章 液晶电视新技术417.1 夏普液晶电视新技术417.1.1 煌彩技术417.1.2 UV2A
7、技术427.2 3D液晶电视427.2.1 3D液晶电视概述427.3.1 OLED液晶电视的简介447.3.2 OLED液晶电视与LED液晶电视区别447.3.3 OLED电视的优缺点对比44结 论46参 考 文 献47致 谢48英文原文49中文翻译56附图62第一章 绪论20世纪60年代,人们发现给液晶充电会改变它的分子排列,继而造成光线的扭曲或折射,由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初,被称之为TN-LCD(扭曲向列)液晶显示器。尽管是单色显示,它仍被推广到了电子表、计算器等领域。作为近几年才突然新兴起的新产品,液晶显示器已经基本取代笨重
8、的CRT显示器成为现在主流的显示设备,在家庭、办公、商场、医院、政府机关单位应用领域的霸主地位,成为各大企业首选的标配产品。液晶的分子有两项重要的特性;一是对光有很好的透过性;二是对电场非常敏感。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时,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,当液晶分子在电场的作用下发生扭曲,则阻碍光线的通过。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。液晶电视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
9、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 X 768点阵(点距为0297mm)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(256256256)种R、G、B颜色变化,还原真实的亮度、色彩度,并再现纯真的图像。这次设计主要介绍了液晶平板彩电的基本知识,主要研究有关液晶电视的工作原理与接口的用途及应用,并结合老式的CRT彩电的优缺点来引入到液
10、晶电视中来。并且通过对其原理、结构、组成的了解进一步加深对液晶电视认识,从而达到设计的目的。由于液晶技术的不断成熟,在许多的方面又有新的技术不断涌现只有通过对现有电视的研究才能更好地理解和应用新的技术。第二章 液晶平板电视的概述2.1 液晶的知识 液晶由于其体积小、耗电省、无辐射、寿命长、防暴等其他类型显示设备无法比拟的特点。因而是工控仪表、电设备等行业更新换代的理想显示器件。液晶的物理特性:当通电时导通,排列变的有秩序,使光线容易通过;不通电时排列混乱,阻止光线通过。让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。从技术上简单地说,液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃素材,称为Substrates,中间夹
11、著一层液晶。当光束通过这层液晶时,液晶本身会排排站立或扭转呈不规则状,因而阻隔或使光束顺利通过。大多数液晶都属于有机复合物,由长棒状的分子构成。在自然状态下,这些棒状分子的长轴大致平行。将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面,液晶分子会顺着槽排列,所以假如那些槽非常平行,则各分子也是完全平行的。2.2 液晶显示器的基础知识及发展现状LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写,即液晶显示器,是一种显示技术。早在1888年,奥地利植物学家就发现了液晶,即液态的晶体。这种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下,液晶分子的排列会产生变化(称光电效应)。如果对
12、分子的排列加以适当的控制,液晶分子将会允许光线穿越。利用液晶的电光效应(是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象),英国科学家在20世纪末制造了第一块液晶显示器即LCD。在液晶板背后添加背光灯,背光在液晶后面发光,然后我们通过电路对液晶施加电场,液晶的分子排列发生相应改变,从液晶投射出的光线的亮度和色彩就会改变,这样就可以得到我们想要见到的图像。 液晶显示的三个特点:1.液晶在直流电压作用下会发生电解作用,所以必须用交流驱动,并且限定交流成分中直流分量不大于几十毫伏。2.液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。3.液晶单元是容性负载,正电压和负电压作用效果是一样的。2.2.
13、1 LCD的主要技术参数1 对比度LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件,与面板的对比度有关,对一般用户而言,对比度能够达到350:1就足够了,但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。相对CRT显示器轻易达到500:1甚至更高的对比度而言,只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度。市场上三星、华硕、LG等一线品牌如今的LCD显示器均可以达到1000:1对比度这一级别,但是对比度很难通过仪器准确测量。 2 亮度LCD是一种介于固态与液态之间的物质,本身是不能发光的,需借助要额外的光源才行。因此,灯管数目关系着液晶显示器亮度。最早的液晶显示器只有上下两个灯管,发展到现在,普及型的最
14、低也是四灯,高端的是六灯。四灯管设计分为三种摆放形式:一种是四个边各有一个灯管,但缺点是中间会出现黑影,解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式,最后一种是“U”型的摆放形式,其实是两灯变相产生的两根灯管。六灯管设计实际使用的是三根灯管,厂商将三根灯管都弯成“U”型,然后平行放置,以达到六根灯管的效果。 3 信号响应时间响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度,也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒(ms)为单位。要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象,高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了
15、视觉残留的原理,让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示,便形成动态的影像。人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张,这也是电影每秒24帧播放速度的由来,如果显示速度低于这一标准,人就会明显感到画面的停顿和不适。按照这一指标计算,每张画面显示的时间需要小于40ms。这样,对于液晶显示器来说,响应时间40ms就成了一道坎,低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象,让人感觉眼花。要是想让图像画面达到不闪的程度,则就最好要达到每秒60帧的速度。 4 可视角度LCD的可视角度:当背光源通过偏振片、液晶和取向层之后,输出的光线便具有了方向性。也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射出来的,所以从某一个较大
16、的角度观看液晶显示器时,便不能看到原本的颜色,甚至只能看到全白或全黑。为了解决这个问题,制造厂商们也着手开发广角技术,到目前为止有三种比较流行的技术,分别是:TN+FILM、IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT)。2.2.2 LCD的分类2.2.3 LCD发展历程近几年,由于液晶屏的关键技术不断取得突破和价格的不断下滑,液晶电视目前已经完全取代了CRT 电视在家庭、办公、商场、医院、政府机关单位应用领域的霸主地位,成为各大企业首选的标配产品。作为近几年才突然新兴起的新产品,液晶显示器已经全面取代笨重的CRT显示
17、器成为现在主流的显示设备。2.3 液晶平板电视的基础知识2.3.1平板电视的定义液晶平板彩电专指外观为平板状可挂在墙上的电视,目前主要有液晶和等离子两种。2.3.2电视机的发展历程显示器件的发展 2.3.3 电视清晰度的概念从物理角度讲,清晰度是指图片、影像细节部位及其边界的清晰程度。电视清晰度,是指电视机重现图像的清晰程度,如果不考虑视频编码传输系统,电视画面清晰度取决于摄像机和电视机。摄像机一般使用分解力一词来衡量它 “分解被摄景物细节”的能力,单位是 “电视行(TVLine)”,也称线。它会随 CCD像素数的多少和视频带宽而变化,像素愈多、带宽愈宽,分解力就愈高。电视机一般使用清晰度一词
18、来衡量它 “展现摄像机所记录景物细节”的能力,单位是 “电视行(TVLine)”,也称线。对于电视机来说,在显示屏同等面积情况下,线数越多,图像看起来就越清晰。电视清晰度取决于显示屏的分辨率和扫描格式,显示屏的分辨率取决于制造材料和技术,扫描格式取决于人眼分辨力和电视信号传输带宽。 2.3.4 液晶平板彩电的主要参数1、液晶平板彩电的分辨率(resolution):是关乎面板显示图像格式的的重要指标。通常我们所指的分辨率是指面板的物理分辨率,即画面显示的点数,是水平和垂直像素值,这个数值决定了液晶屏幕的清晰度。 2、像素:像素是图像的最基本单位。越高位的像素,所拥有的色板也就越丰富,越能表达颜
19、色的真实感。 3、亮度:液晶电视的亮度(Brightness)指的是屏幕亮度,单位是cd/m2或称nits,是液晶电视在白色画面之下可达到的最大明亮程度。目前提高亮度的方法有两种:一是提高LCD面板的光通过率,另一种就是增加背灯源的亮度。4、对比度:对比度则是屏幕上同一点最亮时(白色)与最暗时(黑色)的亮度比值,高的对比度意味着相对较高的亮度和呈现颜色的艳丽程度。5、响应时间:液晶电视的响应时间(response time)是液晶电视的一个重要性能指标,也叫响应速度,单位通常为毫秒(ms),指的是液晶电视各像素点对输入信号反应的速度,即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间。6、图像拖尾:运动物体
20、在静止背景下留下的残影,使物体的边界变得模糊,这种现象被称为运动图像的拖尾。7、液晶电视的色彩数:液晶电视的色彩数就是液晶电视最多可以显示多少种颜色的总数。液晶电视的色彩数由两个方面因素决定:一个是液晶面板可表现的色彩数,这是由面板的先天物理特性决定的,一个则是内部电路可处理的色彩数 。液晶电视的可视角度8、液晶电视的可视角度(view angle)也叫作视角范围,包括水平可视角度和垂直可视角度两个指标。9、液晶电视的动态对比度:所谓动态对比度,指的是液晶电视/显示器在某些特定情况下测得的对比度数值 。 10、 液晶电视的屏幕比例(Aspect Ratio),指的是液晶电视屏幕宽度和高度之比。
21、11、液晶电视的点距(pixel pitch):是指像素间距,即显示屏相邻两个像素点之间的距离。我们看到的显示画面实际是由许多的点所形成的,而画质的细腻程度就是由点距来决定的,点距的计算方式是以面板尺寸除以像素值所得的数值。12、液晶电视的屏幕尺寸是指液晶屏幕对角线的长度,单位为英寸。目前市面常见机型的屏幕尺寸有19英寸、23英寸、26英寸、27英寸、32英寸、37英寸、40英寸、42英寸、46英寸、47英寸、52英寸及65英寸等。2.4 液晶电视的优缺点5第三章 液晶平板电视的工作原理3.1 液晶平板彩电的基本组成及结构3.1.1 液晶平板彩电的简单结构LCD屏是液晶电视的核心,主板(包括模
22、拟信号和数字信号处理)是液晶电视电路的核心。3.1.2 LCD面板主要部件配向膜:将光线分配到对应的像素点上。滤色玻璃:将白光滤出对应的色彩。偏光板:改变光线方向。导光板:分散光线,使光线变得均匀。电晶体:产生电场。背光灯:产生白光。3.1.3液晶彩电电路的基本组成液晶彩电基本组成框图。从可以看出,液晶彩电主要由高、中频处理电路(高频头、中频信号处理电路)、伴音电路(音频处理电路、音频功放电路)、视频处理电路、输入接口电路(AVS接口、VGAYPbPrDVIHMI接口)、视频解码电路、去隔行处理电路(De Interlacer)、图像缩放电路 (Scaler)、帧存储器、液晶面板接口电路、微控
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