第一章、液晶显示器结构原理与维修

1、液晶液晶电视工作原理、优点及电视工作原理、优点及评判标准评判标准 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。 液晶电视产品的迅速普及，对于我们这些做技术服务的维修人员来说，就意味着一个新的学习任务摆在了我们的面前。那么现在就让我们一起来共同学习液晶电视的工作原理和优点。 从上图我们可以知道，液晶电视在内部电路结构上主要有以下几个部分构成： 1、 驱动板（也叫主板）：主要是用以接收、处理从外部送进来的模拟（VGA）或者数字（DVI） 视频信号，并通过屏线

2、送出信号去控制液晶屏（PANEL）正常工作。驱动板上含有 MCU 单元，它是液晶显示器的检测控制中心和大脑。 2、 电源板：用于将 90240V 的交流电压转变为36V、18V、24V 12V、5V、3V 等的直流电供给电视机工作。 3、 背光板（也叫高压板）：用于将主板或电源板输出的 36V、24V、18V、12V 的直流电压转变为 PANEL 需要 的高频的 1500V1800V 的高压交流电，用于点亮 PANEL 的背光灯。 电源板和背光板有时 会做在一起也就是所谓的电源背光二合一板。 4、 液晶屏：液晶显示用模块，它是液晶电视的核心部件，其包含液晶板和驱动电路。 其中,液晶屏是液晶显示

3、器内部最为关键的部件，它对液晶显示器的性能和价格具有决定性的作用。液晶屏显像的工作原理液晶屏显像的工作原理 液晶电视(LCD)是指用液晶屏做显示器的电视机。 液晶电视屏幕由超过二百万个红、绿、蓝三色液晶光阀组成，液晶光阀在极低的电压驱动下被激活，此时位于液晶屏后的背光灯发出的光束从液晶屏通过，产生1024768点阵(点距0.297mm)、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1677万种颜色变化（红256绿256蓝256），还原真实的亮度、色彩度，再现自然纯真的画面。液晶显像从根本上改变了传统彩电以“行”为基础的模拟扫描方式，实现了以“点”为基础的数字显示技术。 液晶电视的

4、优点液晶电视的优点 液晶电视与传统显像管(CRT) 电视相比有如下优点： 画面稳定。去掉了场、行扫描方式，从而避免了因扫描带来的画面闪烁和不稳定； 图像逼真。采用数字点阵显示模式，将画面的几何失真率降为零。采用高亮度、高对比度、防反光的液晶屏，大大增加了电视画面的透亮度和对比度减少光线的反射和散射，可看到更明亮、清晰、细腻的画面； 消除辐射。采用荧光灯透过液晶屏成像，彻底消除了CRT电子束高压加速轰击荧光粉产生的辐射和静电； 节省空间。抛掉了庞大的CRT及其它元器件，使整机机身厚度不超过6cm，薄得可以贴在墙上，能节省存放空间 节省能耗。液晶电视的最大耗电量为65W，比传统电视机节能70%，非

5、常受消费者欢迎。 以下相对于我们维修行业 （6）维修成本低，零件、配件我们培众相当齐全。而对于客户来说因感觉屏幕大、功能多、机器贵重，所以我们收取的维修费用往往相对较高。 （7）工作原理简单，内部结构由五六片电路板组成，易学易懂。只要大家对液晶电视有兴趣一个月时间保证同学们可以学的非常好。 （8）学会了液晶电视的开关电源工作原理，用处非常大如：办公设备、电脑、家用电器全都要用到开关电源。俗话言一通百通。液晶面板（液晶屏）的原理液晶面板（液晶屏）的原理 液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物。如果把 它加热会呈现透明状的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状

6、态，具有液体与 晶体的特性，故称之为“液晶”。液晶显示的原理简单地说，就是将置于两个电极之间的液 晶通电，液晶分子的排列顺序在电极通电时会发生改变，从而改变透射光的光路，实现对影 像的控制。 液晶面板按照控制方式的不同可分为被动矩阵式（无源矩阵式）LCD 及主动矩阵式（有 源矩阵式）LCD 两种。 被动矩阵式 LCD 可分为 TN-LCD (Twisted Nematic-LCD，扭曲向列 LCD) 、 STN-LCD (Super TN-LCD，超扭曲向列 LCD) 和 DSTN-LCD (Double layer STN-LCD，双层超 扭曲向列 LCD) 三种。TN、STN、DSTN 液

7、晶面板的原理基本相同，不同之处只是各个液晶分 子的扭曲角度略有差异而已，其中 DSTN（俗称“伪彩”）在早期的笔记本电脑显示器及掌 上游戏机上广为应用。被动矩阵式 LCD 由于其必须借用外界光源来显像、可视角较小、反应 较慢、画面质量不高等因素，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器，但由于成本低 廉，市场上仍有少数显示器采用了被动矩阵式 LCD。对于被动矩阵式 LCD，由于可以做得更 薄更轻和更省电，如果能在技术上对其进行革新那对于掌上型电脑和游戏机来说还是非常有 用的。 目 前 ， 液 晶 显示器普 遍采 用的 是 主 动 矩阵式 LCD ， 也 称 TFT-LCD (Thin Film

8、 Transistor-LCD，薄膜晶体管 LCD )。TFT 液晶显示器是在画面中的每个像素内建晶体管， 可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积，具有屏幕反应速度快，对比度好，亮度 高，可视角度大，色彩丰富等优点。TFT LCD 的中文翻译名称叫做薄膜晶体管液晶显示器。 从液晶面板的工作原理我们可以知道液晶显示器需要电压控制来产生灰阶，而利用薄膜晶体 管来产生电压，以控制液晶转向的显示器, 就叫做 TFT LCD。TFT 液晶面板，由表及里分别 由偏光板、玻璃基板、彩色滤光片、沉积在玻璃基板上的 FET 晶体管（薄膜晶体管）电极、 液晶、同样沉积在玻璃质基板上的共通电极、底层偏光板、背

9、光板（导光）以及背光源组成。 光由底层透射进来，经过液晶的和偏光板的共同控制，借助滤光板产生色彩斑斓的图像。 从上面的切面结构图来看, 在上下两层玻璃间, 夹着液晶, 从而形成了平行板电容器, 我们称之为 CLC(capacitor of liquid crystal)。 它的大小约为 0.1pF, 但是实际应用上, 这个电容并无法将电压保持到下一次再更新画面数据的时候。也就是说当 TFT 对这个电容充 好电时, 它并无法将电压保持住, 直到下一次 TFT 再对此点充电的时候。(以一般 60Hz 的画 面更新频率, 需要保持约 16ms 的时间。) 这样一来, 电压有了变化, 所显示的灰阶就会

10、不 正确 。因此一般 在 面板的 设计上, 会再加一个 储存 电容 CS(storage capacitor 大 约为0.5pF), 以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候. 不过正确的来说, 长在玻 璃上的 TFT 本身,只是一个使用晶体管制作的开关。它主要的工作是决定 LCD source driver 上的电压是不是要充到这个点来。至于这个点要充到多高的电压, 以便显示出怎样的灰阶， 都是由外面的 LCD source driver 来决定的。 偏光板偏光板(polarizer) 从高中物理我们已经了解了光的波动性，光波的行进方向是与电场及磁场互相垂直 的，同时光波本身的电场与磁

11、场分量，彼此也是互相垂直的。也就是说行进方向与电场及磁 场分量，彼此是两两互相平行的。而偏光板的作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的分量，只准许与栅栏平行的分量通过。所以如果我们拿起一片偏光板对着光源看，会感觉像 是戴了太阳眼镜一般，光线变得较暗。但是如果把两片偏光板迭在一起， 那就不一样了。 当 您旋转两片的偏光板的相对角度，会发现随着相对角度的不同，光线的亮度会越来越暗。当 两片偏光板的栅栏角度互相垂直时，光线就完全无法通过了。而液晶显示器就是利用这个特 性来完成的，利用上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间，充满液晶, 再利用电场控制液晶转 动，来改变光的行进方向，如此一来，不同的电场大小

12、, 就会形成不同灰阶亮度了。 彩色滤光片彩色滤光片(color filter, CF) 如果你拿着放大镜去观察液晶面板的话，你会发现如下图中所显示的样子。 我们知 道红色、蓝色以及绿色是所谓的三原色。也就是说利用这三种颜色，便可以混合出各种不同 的颜色。很多平面显示器就是利用这个原理来显示出色彩。我们把 RGB 三种颜色，分成独立 的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把邻近的三个 RGB 显示的点，当作一个显示的基本单位，也就是 pixel。那这一个 pixel，就可以拥有不同的色彩变化了。然后对于一个需 要分辨率为 1024*768 的显示画面，我们只要让这个平面显示器的组成有 1024*

13、768 个 pixel， 便可以正确的显示这一个画面。在图中,每一个 RGB 的点之间的黑色部分，就叫做 Black matrix。它主要是用来遮住不打算透光的部分。比如像是一些 ITO 的走线，或是 Cr/Al 的走 线，或者是 TFT 的部分。因此，我们在图中看到每一个 RGB 的亮点并不是矩形，在其左上角 也有一块被 black matrix 遮住的部分，这一块黑色缺角的部份就是 TFT 的所在位置。 下图是常见的彩色滤光片的排列方式. 条状排列(stripe)最常使用于 OA 的产品, 也就 是我们常见的笔记型计算机,或是桌上型计算机等等. 为什么这种应用要用条状排列的方式 呢? 原因

14、是现在的软件, 多半都是窗口化的接口. 也就是说, 我们所看到的屏幕内容,就是 一大堆大小不等的方框所组成的. 而条状排列,恰好可以使这些方框边缘, 看起来更笔直, 而不会有一条直线, 看起来会有毛边或是锯齿状的感觉. 但是如果是应用在 AV 产品上, 就 不一样了. 因为电视信号多半是人物, 人物的线条不是笔直的, 其轮廓大部分是不规则的 曲线. 因此一开始, 使用于 AV 产品都是使用马赛克排列(mosaic,或是称为对角形排列). 不过最近的 AV 产品, 多已改进到使用三角形排列(triangle,或是称为 delta 排列). 除了上 述的排列方式之外, 还有一种排列, 叫做正方形排

15、列. 它跟前面几个不一样的地方在于, 它并不是以三个点来当作一个 pixel,而是以四个点来当作一个 pixel. 而四个点组合起来 刚好形成一个正方形. 背光板背光板(back light, BL) 在一般的 CRT 屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, 藉以产生亮光, 来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并 无发光的功能. 因此,液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度,而且亮度分 布均匀的光源. 我们在上面的 TFT LCD 的切面结构图中可以看到, 组成背光板的主要零件有 灯管(冷阴极管), 反射板, 导光板, pr

16、ism sheet, 扩散板等等. 灯管是主要的发光零件, 藉由导光板, 将光线分布到各处. 而反射板则将光线限制住都只往 TFT LCD 的方向前进. 最 后藉由 prism sheet 及扩散板的帮忙, 将光线均匀的分布到各个区域去, 提供给 TFT LCD 一个明亮的光源. 而 TFT LCD 则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成 不同的灰阶. 框胶框胶(Sealant)及及 spacer 在 TFT LCD 的切面结构图中另外还有框胶与 spacer 两种结构成分. 其中框胶的用途, 就是要让液晶面板中的上下两层玻璃, 能够紧密黏住, 并且提供面板中的液晶分子与外

17、界 的阻隔,所以框胶正如其名,是围绕于面板四周, 将液晶分子框限于面板之内. 而 spacer 主 要是提供上下两层玻璃的支撑, 它必须均匀的分布在玻璃基板上, 不然一但分布不均造成 部分 spacer 聚集在一起, 反而会阻碍光线通过, 也无 法维持上 下两片玻璃的适当 间隙 (gap), 会成电场分布不均的现象, 进而影响液晶的灰阶表现。 开口率开口率(Aperture ratio) 液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度，而决定亮度最重要的因素就是开口率。 开口率是什么呢? 简单的来说就是光线能透过的有效区域比例。下图的左边是一个液晶显示 器从正上方或是正下方看过去的结构图。当光线经由背

18、光板发射出来时，并不是所有的光线都能穿过面板，比如给 LCD source 驱动芯片及 gate 驱动芯片用的信号走线，以及 TFT 本身， 还有储存电压用的储存电容等等。这些地方除了不完全透光外, 也由于经过这些地方的光线 并不受到电压的控制，而无法显示正确的灰阶，所以都需利用 black matrix 加以遮蔽， 以 免干扰到其它透光区域的正确亮度。所以有效的透光区域， 就只剩下如下图右边所显示的 区域而已。这一块有效的透光区域，与全部面积的比例就称之为开口率。 当光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板, 玻璃, 液晶, 彩色滤光片等等. 假设 各个零件的穿透率如以下所示：偏光板 50%

19、(因为其只准许单方向的极化光波通过)、玻璃 95%(需要计算上下两片)、液晶 95%、开口率 50%(有效透光区域只有一半)、彩色滤光片 27%(假 设材质本身的穿透率为 80%，但由于滤光片本身涂有色彩，只能容许该色彩的光波通过。以 RGB 三原色来说，只能容许三种其中一种通过，所以仅剩下三分之一的亮度。 所以总共只 能通过 80%*33%=27%。) 以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下 6%， 实在 是少的可怜。这也是为什么在 TFT LCD 的设计中， 要尽量提高开口率的原因。只要提高开 口率，便可以增加亮度， 而同时背光板的亮度也不用那么高， 可以节省耗电及花费。最佳分

20、辨率与色彩数最佳分辨率与色彩数我们知道，液晶面板的每一个像素中都有三种原色，这三种原色如果强度不同变化就可以产生不同的混色效果。对于 15 寸液晶面板，全屏共有 1024768 这样的像素，所以物理（最佳）分辨率就是 1024768。色彩数则是指屏幕上最多显示多少种颜色的总数。对屏幕上的每一个像素来说，256 种颜色要用 8 位二进制数表示，即 2 的 8 次方，因此我们也把 256色就图形叫做 8 位图；如果每个像素的颜色用 16 位二进制数表示，我们就叫它 16 位图，它可 以表达 2 的 16 次方即 65536 种颜色；如果每个像素的颜色用 24 位二进制数表示，则叫它24 位彩色图，

21、它可以表达 2 的 24 次方即 16,777,216 种颜色。目前液晶显示器常见的颜色种类有两种，一种是 24 位色，也叫 24 位真彩。这 24 位真彩是由红绿蓝三原色每种颜色 8 位色彩组成，所以这种液晶板也叫 8bit 液晶板。每种颜色 8位，红绿蓝三原色组合起来就是 24 位真彩，这种液晶显示器的颜色一般标称为 16.7M 或者16.77M。另一种液晶显示器三原色每种只有 6bit，也叫 6bit 液晶板，各个基色只能表现 6 位色,即 2 的 6 次方=64 种颜色，不过通过“抖动”的技术，通过局部快速切换相近颜色，利 用人眼的残留效应获得缺失色彩，可以达到 253 种颜色，那么三

22、个 253 相乘就基本是 16.2M 色。也就是说我们通常用 16.7M 表示真正的 24 位真彩（8bit 板），而用 16.2M 表示 6bit 板。 两者实际视觉效果差别不算太大，目前高端液晶显示器以 16.7M 色占主流。另外，6bit 和8bit 板在液晶面板和驱动板的传输实现方法上有单通道和双通道的区别。这也正是在液晶配板时经常会提到的所谓单 6 屏、单 8 屏、双 6 屏、双 8 屏的出处。单6 屏常记作 D6 或者 SI6、单 8 屏常记作 D8 或者 SI8、双 6 屏常记作 S6 或者 DO6、双 8 屏常 记作 S8L 或者 DO8。为了区分是 TTL 屏还是 LVDS

23、屏，往往会在后面跟一个 T 或者 L 来表示。 比如：D8L 就是指 LVDS 接口的单 8 屏。TFT 液晶显示器与 CRT 显示器不同，其具有固定的分辨率，只有在指定使用的分辨率下其画质才最佳，在其它的分辨率下则是以扩展或压缩的方式，将画面显示出来。 不同尺寸乃至同一尺寸的液晶面板其实际像素可以是不一样的，所以它们的最佳分辨率 也就有所不同。而相同尺寸，分辨率越大，显示图像越精细，所显示的内容就越多，点距就 越小，显示的字体也就越小。相反，相同尺寸，分辨率越小，显示的内容就会越少，点距也 越大，图像相比之下也要粗糙一些。 点距过大或过小，都会影响观看舒适度。如拥有 16801050 分辨率

24、的 19 吋宽屏，点距 仅为 0.243mm，显示图像非常精细，但是在文字办公时，不免有些让人不适。而点距为 0.303mm 的 27 吋液晶，在近看时，颗粒感要明显一些。综合液晶显示器的使用特点和人眼视觉特征 的普遍性，点距在 0.270mm0.300mm 最为合适，而现在主流的 19 吋宽屏、19 吋普屏、22 吋宽屏的点距都在这个范围之中。分辨率为 19201200 的 24 吋宽屏，不但拥有较高的分辨 率和超大尺寸，还拥有较为舒适的 0.270mm 点距。这从某种层面表明了液晶显示器未来流行 尺寸的可能方向。液晶面板电路原理方框图液晶面板电路原理方框图 从上图,我们能基本了解到液晶面板

25、上的电路结构情况。由于屏上电路大量采用了高集成微 型器件和贴片多层电路板，同时由于维修液晶面板对设备的高要求，都使得对液晶面板的芯 片级维修变得很困难。因此，在实际的维修工作中，除了针对一些常见故障和通病，我们一 般是不以维修液晶面板为目标的。这里，我们只是打算通过面板的电路原理框图使我们对面 板的了解进一步加深。背光灯管的更换背光灯管的更换 CCFL 冷阴极荧光灯结构 CCFL 冷阴极灯（CCFL-Cold Cathode Fluorescent Lamp 或称为 CCFT-Cold Cathode Fluorescent Tube)是一种新型的照明光源；由于 CCFL 灯管具有灯管细小、结

26、构简单、灯管 表面温升小、灯管表面亮度高、易加工成各种形状（直管形、L 形、U 型、环形等）、使用 寿命长、显色性好、发光均匀等优点;所以成为当前 TFT-LCD 理想的光源,同时广泛应用于广 告灯箱、扫描仪和背光源等用途上。冷阴极荧光灯管(CCFL)使用进口硬质玻璃和高光效三基 色荧光粉，先进封接工艺制作而成, 灯管内含有适量的水银和惰性气体；灯管内壁涂有荧光 粉，两端各有一个电极。CCFL 冷阴极荧光灯是目前液晶显示器最主要的背光源。它的工作原理是当高电压加在 灯管两端后，灯管内少数电子高速撞击电极后产生二次电子发射，开始放电，管内的水银或 者惰性气体受电子撞击后，激发辐射出 253.7n

27、m 的紫外光，产生的紫外光激发涂在管内壁上 的荧光粉而产生可见光。CCFL 灯管寿命一般定义为：在 25的环境温度下，以额定的电流 驱动灯管，亮度降低到初始亮度的 50%的工作时间长度为灯管寿命。目前液晶显示器背光的 标称寿命可达到 60000 小时。CCFL(冷阴极荧光灯)背光源的特点是成本低廉，但是色彩表现 不及 LED 背光。LED 背光采用发光二极管作为背光光源，是未来最有希望替代传统冷阴极荧光管的技 术。发光二极管由数层很薄的搀杂半导体材料制成，一层带有过量的电子，另一层则缺乏电 子而形成带正电的空穴，工作时电流通过，电子和空穴相互结合，多余的能量则以光辐射的 形式被释放出来。通过使

28、用不同的半导体材料可以获得不同发光特性的发光二极管。目前已 经投入商业应用的发光二极管可以提供红、绿、蓝、青、橙、琥珀、白等颜色。手机上使用 的主要是白色 LED 背光，而在液晶电视上使用的 LED 背光光源可以是白色，也可以是红、绿、 蓝三基色，在高端产品中也可以应用多色 LED 背光来进一步提高色彩表现力，如六原色 LED 背光光源。采用 LED 背光的优势在于厚度更薄，大约为 5 厘米，色域也非常宽广，能够达到 NTSC 色域的 105%，黑色的光通量更是可以降低到 0.05 流明，进而使液晶电视对比度高达10000:1。同时，LED 背光光源的另还具有 10 万小时的寿命。 目前制约

29、LED 背光发展的问题主要是成本，由于价格比冷荧光灯管光源高出许多，LED 背光光源目前只在国外的高端液 晶产品中出现过。介于 LED 背光光源的高成本一部厂商推出了改进的 CCFL(冷阴极荧光灯)背光源液晶电 视产品，具有代表性的是索尼和夏普。索尼广色域冷阴极背光灯管（WCG CCFL）在普通的冷 阴极背光灯管银光份中通过增加磷来提升绿色的纯度，让色域更广，最为突出的就是电视的 绿色度相当耀眼。不过缺点是高昂的成本投入并不是普通家庭可以接受的。目前三星部分产 品也具有这种技术。而夏普选择了低成本的思路。夏普第八代面板产品采用了四波长背光的 技术（以前在 65 英寸的产品中也曾采用过）。夏普的

30、四波长背光的原理是通过在灯管之间加 入红色的 LED 发光二极管，从而提升红色的表现力。而红色 LED 发光二极管的成本很低，这 招要比索尼巧妙一些。这也使得在全黑状态下，可明显看出夏普的面板会偏红！对于采用 CCFL 冷阴极荧光灯背光源的液晶显示器，在使用达到一定时间期限后,背光灯 管可能会出现老化、亮度降低的情况。这时可以通过更换背光灯管的方式让 LCD 重获新生。 不过我们应该知道，背光源不是只有单单的一个背光灯管在起作用，而是由一组由很多材料 组成的一个背光组在共同起作用。背光源的组成十分复杂，材料包括：背光板、反射片、增 光片，背光源等。其实很容易想通，如果里面只有一个背光灯在起作用的话，那离灯近的