LCD液晶显示器原理讲解.pdf

TPVDW-分析员培训教材

第一章LCD显示器架构

一．LCD构成
LCD主要由以下几个部分构成：
1、主板：用于外部RGB信号的输入处理，并控制PANEL工作。
2、Adapter电源适配器：用于将90～240V的交流电压转变为12V
的直流电源供给显示器工作。
3、Inverter逆变器：用于将主板或Adapter输出的12V的直流电压
转变为PANEL需要的高频的1500～1800V的高压交流电，用
于点亮PANEL的背光灯。
4、PANEL部分：该部分为液晶显示用模块，它是液晶显示器的核
心部件，其包含液晶板和驱动电路。
二．LCD整机框图

LCD显示器的整体模块图如图1-1。

图1-1LCD整机框图
在以下各章中，将对构成LCDMonitor的各部分的工作原理进行研
究。首先对核心部分Panel的工作原理进行介绍，再对其他各部分电路进
行分析。

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第二章PANEL部分工作原理

Panel部分即是液晶显示模块LCM，它是整个液晶显示器的核心部分。
它是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结
构件配在一起的一体化组件。本章将对液晶显示的基本原理，液晶的驱动
以及液晶模块的构成进行简要的介绍。
第一节什么是液晶（LiquidCrystal）
液晶显示器是以液晶为基本材料的组件，由于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，所以液晶可以
说是处于一个中间相的物质。而要了解液晶的所产生的光电效应，我们必
须先来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性
（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流
体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量的不
同方向，会有不同的效果。就好像是将一簇细短木棍扔进流动的河水中，
短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都
自然的变成与河水流动的方向一致，达到排列状态，这表示黏性最低的流
动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。
此外，液晶除了有黏性的特性反应外，还具有弹性的表现，它们都是
对于外加的力，呈现出方向性的特点。也因此光线射入液晶物质中，必然
会按照液晶分子的排列方式传播行进，产生了自然的偏转现象。至于液晶
分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以，当液晶分
子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶极性（induced
dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品
中所用的液晶显示器，就是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，
再通过液晶分子的光折射特性，以及对光线的偏转能力来获得亮暗差别
（或者称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。
第二节液晶的电光特性
液晶同固态晶体一样具有特异的光学各向异性。而且这种光学各向异
性伴随分子的排列结构不同将呈现不同的光学形态。例如，选择不同的初
期分子取向和液晶材料，将分别得到旋光性、双折射性、吸收二色性、光
散射性等各种形态的光学特性。一旦使分子取向发生变化，这些光学特性
将随之变化，于是在液晶中传输的光就受到调制。由此可见，变更分子的
排列状态即可实行光调制。

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由于液晶是液体，分子排列结构不象固态晶体那样牢固。另一方面液
晶又具有显著的介电各向异性△ε和自发偶极子P0。一旦给液晶层施加上
电压，则在介电各向异性△ε和自发偶极子P0和电场的相互作用下，分
子排列状态很容易发生变化。因此利用外加电场即可改变液晶分子取向，
产生调制。这种由电场产生的光调制现象叫做液晶的电光效应
（electro-opticeffect）。它是液晶显示的基础。
这种光学特性可通过表面处理、液晶材料选择、电压及其频率的选择
获得。
第三节液晶显示原理
1．液晶的物理特性
液晶的物理特性是：当通电施加上电场时，液晶排列变得有秩序，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，从技术上说，液晶面板包含了两片相当精致的无钠玻璃
薄板，中间夹着一层液晶。当光束通过这层液晶时，液晶本身会一排排站
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。但将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子长轴会顺着
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.液晶显示的主要工作模式
由液晶显示的四种基本原理而派生出多种工作模式。主要有：TN模
式、STN模式、FLC模和液晶-聚合物模式等。由于液晶显示的众多不同分
支，本章只介绍目前应用得最