1、Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,1,Panel工作原理及其SPEC,讲师：PE工程师,2,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,目录,一、PANEL工作原理 PANEL成像原理 PANEL的特点及其标准 二、TFT-LCD驱动电路和模块 三、PANEL工作时序介绍,3,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,1. PANEL 成像原理,LCD(Liquid Crystal Display)液晶显示器使用了目前最新的全彩显示技术。TFT LCD显示器的“核心”液晶屏的结构是在两块玻璃基板中间充斥着运动的液晶分子。信号电压直接控制薄膜晶体管的开关状态，再利用晶体管控制液
2、晶分子，来实现图像的显示。基本上，整个液晶显示技术的概念是利用液晶的物理特性：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。就技术面而言，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。,4,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,什么是液晶,液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性。它的物理特性包括：黏性（visco-sity）、弹性（elasticity）和极化性（pol
3、arizalility）。 其黏性和弹性，使其对于方向不同的作用力具有不同的效果，可实现流动自由能最低的物理模型及产生自然偏转现象。 极化性使液晶在受到外加电场作用时，很容易产生感应偶极性，形成光电效应。 总之，利用液晶的光电效应，籍由外部电压的控制，再通过液晶分子的折射特性，及对光线的旋转能力来获得亮暗情况，达到显像目的。,5,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,PANEL的种类,根据PANEL的驱动方式分类： 静态驱动（Static） 单纯矩阵驱动（Simple Matrix）扭转式向列型（Twisted Nematic）、超扭转式向列型（Super Twisted Nemati
4、c）等 主动矩阵驱动（Active Matrix） 薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor）、二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal） 目前电脑显示器主要采用TFT LCD，它具有高对比度、色彩丰富、可全彩化、动态显示、视角较广（80度以下）等特性,6,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,2. PANEL的特点及其标准,PANEL技术的第一个要点是要将液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交)。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。
5、由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。,7,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,PANEL的特点及其标准,PANEL的第二个原理是它依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。（如图）,8,Jan-13-05,PE-L
6、CD教育训练讲义,PANEL的特点及其标准,PANEL正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。,9,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,二、TFT-LCD驱动电路和模块,行驱动器控制每行像素点上的TFT开关态，即提供TFT的栅扫描电压，可简单地开或关某一行所有的TFT，在这一时刻，
7、只允许访问这一行的像素。 某一列驱动器则控制更新该列像素颜色的明暗程度。 为了防止液晶器件老化，在液晶显示像素上需要加正负电压驱动。 所谓直接驱动法是指在TFT-LCD的模块中列驱动器芯片“直接”提供交流电压且幅度可调。 其它的驱动方式是依靠系统中附加的芯片提供正负电压，列驱动器仅能使电压可调，而需附加芯片驱动公共电极(也称COM电极)。,10,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,Array面板说明,11,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,一个典型的TFT-LCD显示器件，其显示像素上的信号通过行驱动器(Row Driver)和列驱动器(Column Driver)控制，
8、其结构如右图所示。 每行和每列的交叉点有一个TFT (Thin Film Transistor)，TFT与一个显示单元相连接为像素。进一步的等效分析如下。,12,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,13,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,TFT寻址的矩阵液晶显示屏及其外围电路的等效电路图,图中包括三个部分：TFT寻址矩阵液晶屏；扫描电极母线驱动电路和信号电极母线驱动电路。 显示屏有M条信号电极母线和N条扫描电极母线。,14,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,PANEL技术缺陷,PANEL克服了CRT体积庞大、耗电和闪烁的缺点，但也同时带来了造价过高、视角不广以
9、及彩色显示不理想等问题。CRT显示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以调整，但PANEL只含有固定数量的液晶单元，只能在全屏幕使用一种分辨率显示(每个单元就是一个像素)。CRT通常有三个电子枪，射出的电子流必须精确聚集，否则就得不到清晰的图像显示。但PANEL不存在聚焦问题，因为每个液晶单元都是单独开关的。这正是同样一幅图在PANEL屏幕上为什么如此清晰的原因。PANEL也不必关心刷新频率和闪烁，液晶单元要么开，要么关，所以在40-60Hz这样的低刷新频率下显示的图像不会比75Hz下显示的图像更闪烁。 另一方面，PANEL屏的液晶单元极易出现暇疵。对1024x768的屏幕来说，每个像素都由
10、三个单元构成，分别负责红、绿和蓝色的显示一所以总共约需240万个单元(1024x768x3=2359296)。很难保证所有这些单元都完好无损。最有可能的是，其中一部分己经短路(出现“亮点“)，或者断路(出现“黑点“)。有些顾客可能认为如此高昂的价格应该买到完美的LCD显示屏-很不幸这不是现实，最多能挑到暇点不特别明显的屏幕而已。,15,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,LCD技术缺陷,PANEL包含了在CRT技术中未曾用到的一些东西。为屏幕提供光源的是盘绕在其背后的荧光管。有些时候，我们会发现屏幕的某一部分出现异常亮的线条。也可能出现一些不雅的条纹，一幅特殊的浅色或深色图像会对相邻
11、的显示区域造成影响。此外，一些相当精密的图案(比如经抖动处理的图像)可能在液晶显示屏上出现难看的波纹或者干扰纹。 另外还有一个视角或者“观察角度“的问题。PANEL之所以存在视角问题，是由于它采用的是光线透射机制，会对穿过屏幕的光线进行调节。而CRT是一种光线发射系统。对CRT来说，屏幕背后的特殊材料(荧光粉)能主动发射出光线。而在PANEL中，虽然光线能穿透正确的像素，但倾斜的光线也会穿透相邻的像素，所以从正常视角之外观看时会发现颜色严重失真。,16,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,PANEL的性能参数与CRT有较大区别,主要反映在色度（色彩多少种或多少位）、分辨率、像素点距、
12、刷新频率、防眩防反、观察屏幕视角等方面。,17,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,1、分辨率：PANEL的分辨率与CRT显示器不同，一般不能任意调整，它是制造商所设置和规定的。分辨率是指屏幕上每行有多少像素点、每列有多少像素点，一般用矩阵行列式来表示，其中每个像素点都能被计算机单独访问。现在LCD的分辨率一般是800点600行的SVGA显示模式和1024点768行的XGA显示模式。 2、刷新率：PANEL刷新频率是指显示帧频，亦即每个像素为该频率所刷新的时间，与屏幕扫描速度及避免屏幕闪烁的能力相关。也就是说刷新频率过低，可能出现屏幕图像闪烁或抖动。,18,Jan-13-05,PE-
13、LCD教育训练讲义,3、 防眩光防反射：防眩光防反射主要是为了减轻用户眼睛疲劳所增设的功能。由于LCD屏幕的物理结构特点，屏幕的前景反光，屏幕的背景光与漏光，以及像素自身的对比度和亮度都将对用户眼睛产生不同程度的反射和眩光。特别是视角改变时，表现更明显。 4、观察屏幕视角：是指操作员可以从不同的方向清晰地观察屏幕上所有内容的角度，这与LCD是双层超扭曲向列(Double Super Twist Nematic)还是薄膜式晶体管(Thin Film Transister)有很大关系。因为前者是靠屏幕两边的晶体管扫描屏幕发光，后者是靠自身每个像素后面的晶体管发光，其对比度和亮度的差别，决定了它们观
14、察屏幕的视角有较大区别。DSTNLCD一般只有60度，TFTLCD则有160度。,19,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,5、可视角度： 一般而言，LCD的可视角度都是左右对称的，但上下可就不一定了。而且，常常是上下角度小于左右角度。当然了，可视角是愈大愈好。然而，大家必须要了解的是可视角的定义。当我们说可视角是左右80度时，表示站在始于屏幕法线80度的位置时仍可清晰看见屏幕图像，但每个人的视力不同；因此我们以对比度为准。在最大可视角时所量到的对比愈大愈好。一般而言，业界有CR3 10及CR3 5两种标准(CR is Contrast Ratio 即对比度)。 6、亮度、对比度：
15、TFT液晶显示器的可接受亮度为150cd/m2以上，目前国内能见到的TFT液晶显示器亮度都在200cd/m2左右，亮度低一点则感觉暗，再亮当然更好，然而对绝大多数用户而言却没有什么实际意义。,20,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,7、响应时间： 响应时间愈小愈好，它反应了液晶显示器各象素点对输入信号反应的速度，即pixel由暗转亮或由亮转暗的速度。响应时间越小则使用者在看运动画面时不会出现尾影拖拽的感觉。一般会将反应速率分为两个部份：Rising 和Falling；而表示时以两者之和为准。 8、显示色素： 几乎所有15英寸 LCD都只能显示高彩 (256K)，因此许多厂商使用了所
16、谓的FRC (Frame Rate Control)技术以仿真的方式来表现出全彩的画面。当然，此全彩画面必须依赖显示卡的显存，并非使用者的显示卡可支持16百万色全彩就能使LCD 显示出全彩。,21,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,PANFEL的优点,显示质量高 由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不象阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高而且绝对不会闪烁，把眼睛疲劳降到最低。 没有电磁辐射 传统显示器的显示材料是荧光粉，通过电子束撞击荧光粉而显示，电子束在打到荧光粉上的一刹那间会产生强大的电磁辐射，尽管目前有许多
17、显示器产品在处理辐射问题上进行了比较有效的处理，尽可能地把辐射量降到最低，但要彻底消除是困难的。相对来说，液晶显示器在防止辐射方面具有先天的优势，因为它根本就不存在辐射。在电磁波的防范方面，液晶显示器也有自己独特的优势，它采用了严格的密封技术将来自驱动电路的少量电磁波封闭在显示器中，而普通显示器为了散发热量的需要，必须尽可能地让内部的电路与空气接触，这样内部电路产生的电磁波也就大量地向外“泄漏”了。,22,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,可视面积大 对于相同尺寸的显示器来说，液晶显示器的可视面积要更大一些。液晶显示器的可视面积跟它的对角线尺寸相同。阴极射线管显示器显像管前面板四周
18、有一英寸左右的边框不能用于显示。 应用范围广 最初的液晶显示器由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表、计算器上。随着液晶显示技术的不断发展和进步，字符显示开始细腻起来，同时也支持基本的彩色显示，并逐步用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机上。而随后出现的DSTN和TFT则被广泛制作成电脑中的液晶显示设备，DSTN液晶显示屏用于早期的笔记本电脑；TFT则既应用在笔记本电脑上（现在大多数笔记本电脑都使用TFT显示屏），又用于主流台式显示器上。,23,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,画面效果好 与传统显示器相比，液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板，其显示效果是平面直角的，让人
19、有一种耳目一新的感觉。而且液晶显示器更容易在小面积屏幕上实现高分辨率，例如，17英寸的液晶显示器就能很好地实现12801024分辨率，而通常18英寸CRT彩显上使用12801024以上分辨率的画面效果是不能完全令人满意的。,24,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,数字式接口 液晶显示器都是数字式的，不像阴极射线管彩显采用模拟接口。也就是说，使用液晶显示器，显卡再也不需要像往常那样把数字信号转化成模拟信号再行输出了。理论上，这会使色彩和定位都更加准确完美。相反的，普通模拟接口的液晶显示器都比数字接口显示器多了一个把模拟信号转换成数字信号的模块，这样可能会产生偏移现象。 “身材”匀称小
20、巧 传统的阴极射线管显示器，后面总是拖着一个笨重的射线管。液晶显示器突破了这一限制，给人一种全新的感觉。传统显示器是通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管颈不能做得很短，当屏幕增加时也必然增大整个显示器的体积。而液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加，而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。,25,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,功率消耗小 传统的显示器内部由许多电路组成，这些电路驱动着阴极射线显像管工作时，需要消耗很大的功率，而且随着体积的不断增大，其内部电路消耗的功率肯定也会随之增大。相比而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比传统显示器也要小得多。,26,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,三、PANEL工作时序介绍,27,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,Panel开机时序,28,Jan-13-05,PE-LCD教育训练讲义,Thank you!,
