LCD顯示屏

液晶顯示器是一種借助于薄膜晶體管驅(qū)動的有源矩陣液晶顯示器，它主要是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。IPS、TFT、SLCD都屬于LCD的子類。 其工作原理是，在電場的作用下，利用液晶分子的排列方向發(fā)生變化，使外光源透光率改變（調(diào)制），完成電一光變換，再利用R、G、B三基色信號的不同激勵，通過紅、綠、藍(lán)三基色濾光膜，完成時域和空間域的彩色重顯。

LCD（ Liquid Crystal Display），對于許多的用戶而言可能是一個并不算新鮮的名詞了，不過這種技術(shù)存在的歷史可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我們的想像。早在19世紀(jì)末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說一種物質(zhì)同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性。在電場的作用下，液晶分子的排列會產(chǎn)生變化，從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做電光效應(yīng)。利用液晶的電光效應(yīng)，英國科學(xué)家在上世紀(jì)制造了第一塊液晶顯示器即LCD。

世界上第一臺液晶顯示設(shè)備出現(xiàn)20世紀(jì)70年代初，被稱之為TN-LCD（扭曲向列）液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領(lǐng)域。

基本結(jié)構(gòu)液晶面板

液晶面板包括偏振膜、玻璃基板、黑色矩陣、彩色濾光片、保護(hù)膜、普通電極、校準(zhǔn)層、液晶層(液晶、間隔、密封劑)、電容、顯示電極、棱鏡層、散光層。

TFT-LCD面板切面結(jié)構(gòu)圖

偏振膜又稱偏光片(Polarizer)，偏光片分為上偏光片和下偏光片，上下兩偏光片的偏振功能相互垂直，其作用就像是柵欄一般，按照要求阻隔光波分量，例如阻隔掉與偏光片柵欄垂直的光波分量，而只準(zhǔn)許與柵欄平行的光波分量通過。

玻璃基板(Glass Substrate)在液晶顯示器中可分為上基板和下基板，其主要作用在于兩基板之間的間隔空間夾持液晶材料。玻璃基板的材料一般采用機械性能優(yōu)良、耐熱與耐化學(xué)腐蝕的無堿硼硅玻璃。對于TFT-LCD而言，一層玻璃基板分布有TFT，另一層玻璃基板則沉積彩色濾光片。

黑色矩陣(Black Matrix)借助于高度遮光性能的材料，用以分隔彩色濾光片中紅、綠、藍(lán)三原色(防止色混淆)、防止漏光，從而有利于提高各個色塊的對比度。此外，在TFT-LCD中，黑色矩陣還能遮掩內(nèi)部電極走線或者薄膜晶體管。

彩色濾光片(Color Filter)又稱濾色膜，其作用是產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)3種基色光，實現(xiàn)液晶顯示器的全彩色顯示。

取向膜(Alignment Layer)又稱配向膜或定向?qū)樱渥饔檬亲屢壕Х肿幽軌蛟谖⒂^尺寸的層面上實現(xiàn)均勻的排列和取向。

透明電極(Transparent Electrode)分為公共電極與像素電極，輸入信號電壓就是加載在像素電極與公共電極兩電極之間。透明電極通常是在玻璃基板上沉積氧化銦錫(ITO)材料構(gòu)成透明導(dǎo)電層。

液晶材料(Liquid Crystal Material)在LCD中起到一種類似光閥的作用，可以控制透射光的明暗，從而取得信息顯示的效果。

薄膜晶體管

薄膜晶體管

驅(qū)動IC其實就是一套集成電路芯片裝置，用來對透明電極上電位信號的相位、峰值、頻率等進(jìn)行調(diào)整與控制，建立起驅(qū)動電場，最終實現(xiàn)液晶的信息顯示。

在液晶面板中，有源矩陣液晶顯示屏是在兩塊玻璃基板之間封入扭曲向列(TN)型液晶材料構(gòu)成的。其中，接近顯示屏的上玻璃基板沉積有紅、綠、藍(lán)(RGB)三色彩色濾光片(或稱彩色濾色膜)、黑色矩陣和公共透明電極。下玻璃基板(距離顯示屏較遠(yuǎn)的基板)，則安裝有薄膜晶體管(TFT)器件、透明像素電極、存儲電容、柵線、信號線等。兩玻璃基板內(nèi)側(cè)制備取向膜(或稱取向?qū)?/span>)，使液晶分子定向排列。兩玻璃基板之間灌注液晶材料，散布襯墊(Spacer)，以保證間隙的均勻性。四周借助于封框膠黏結(jié)，起到密封作用；借助于點銀膠工藝使上下兩玻璃基板公共電極連接。

上下兩玻璃基板的外側(cè)，分別貼有偏光片(或稱偏光膜)。當(dāng)像素透明電極與公共透明電極之間加上電壓時，液晶分子的排列狀態(tài)會發(fā)生改變。此時，入射光透過液晶的強度也隨之發(fā)生變化。液晶顯示器正是根據(jù)液晶材料的旋光性，再配合上電場的控制，便能實現(xiàn)信息顯示。

背光模組

LCD產(chǎn)品是一種非主動發(fā)光電子器件，本身并不具有發(fā)光特性，必須依賴背光模組中光源的發(fā)射才能獲得顯示性能，因此LCD的亮度要由其背光模組來決定。由此可見，背光模組的性能好壞直接影響到液晶面板的顯示品質(zhì)。

背光模組包括照明光源、反射板、導(dǎo)光板、擴散片、增亮膜(棱鏡片)及框架等。LCD采用的背光模組主要可分為側(cè)光式背光模組和直射式背光模組兩大類。手機、筆記本電腦與監(jiān)視器(15英寸)主要采用側(cè)光式背光模組，而液晶電視大多采用直射式背光模組光源。背光模組光源，主要以冷陰極熒光燈(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)和發(fā)光二極管(LED)光源為LCD的背光源。

反射板(Reflector Sheet)又稱反射罩，主要作用是將光源發(fā)出的光線完全送入導(dǎo)光板，盡可能地減少無益的耗損。

導(dǎo)光板(Light Guide Plate)主要作用是將側(cè)面光源發(fā)出的光線導(dǎo)向面板的正面。

棱鏡片(Prism Film)又稱增亮膜(Brightness Enhancement Film)，主要作用是將各散射光線通過該膜片層的折射和全反射，集中于一定的角度再從背光源發(fā)射出去，起到屏幕增亮的顯示效果。

擴散片(Diffuser)主要作用是把背光模組的側(cè)光式光線修正為均勻的面光源，以達(dá)到光學(xué)擴散的效果。擴散片有上擴散片與下擴散片之分。上擴散片，處于棱鏡片與液晶組件之間，更接近于顯示面板。而下擴散片處于導(dǎo)光板與棱鏡片之間，更接近于背光源。

工作原理

LCD是一種采用液晶為材料的顯示器。液晶是一類介于固態(tài)和液態(tài)間的有機化合物，在常溫條件下，呈現(xiàn)出既有液體的流動性，又有晶體的光學(xué)各向異性，加熱會變成透明液態(tài)，冷卻后會變成結(jié)晶的混濁固態(tài)。

在電場作用下，液晶分子會發(fā)生排列上的變化，從而影響入射光束透過液晶產(chǎn)生強度上的變化，這種光強度的變化，進(jìn)一步通過偏光片的作用表現(xiàn)為明暗的變化。據(jù)此，通過對液晶電場的控制可以實現(xiàn)光線的明暗變化，從而達(dá)到信息顯示的目的。因此，液晶材料的作用類似于一個個小的“光閥”。

由于在液晶材料周邊存在控制電路和驅(qū)動電路。當(dāng)LCD中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會發(fā)生扭曲，從而將穿越其中的光線進(jìn)行有規(guī)則的折射(液晶材料的旋光性)，再經(jīng)過第二層偏光片的過濾而顯示在屏幕上。

值得指出的是，液晶材料因為本身并不發(fā)光，所以LCD通常都需要為顯示面板配置額外的光源，主要光源系統(tǒng)稱之為“背光模組”，其中，背光板是由熒光物質(zhì)組成，可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背光源。

單色顯示

LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個列有細(xì)槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時也被扭轉(zhuǎn)90度。當(dāng)液晶上加一個電壓時，液晶分子便會轉(zhuǎn)動，改變光透過率，從而實現(xiàn)多灰階顯示。

LCD通常由兩個相互垂直的偏光片構(gòu)成。偏光片的作用就像是柵欄一般，按照要求阻隔光波分量。例如阻隔掉與偏光片柵欄垂直的光波分量，而只準(zhǔn)許與柵欄平行的光波分量通過。自然光線是朝四面八方隨機發(fā)散的。兩個相互垂直的偏光片，在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的自然光線。但是，由于兩個偏光片之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個偏光片后，會被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個偏光片中穿出。

彩色顯示

對于筆記本電腦或者桌面型的LCD，需要采用更加復(fù)雜的彩色顯示器。

就彩色LCD而言，還需要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層，即所謂的“彩色濾光片(Color Filter)”，又稱“濾色膜”。在彩色LCD面板中，每一個像素通常都是由3個液晶單元格構(gòu)成，其中每一個單元格前面都分別有紅色、綠色或藍(lán)色(RGB)的三色濾光片。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。

彩色濾光片與黑色矩陣和公共透明電極一般都沉積在顯示屏的前玻璃基板上。彩色LCD能在高分辨率環(huán)境下創(chuàng)造色彩斑斕的畫面。

動態(tài)影像顯示

人類視覺器官(眼睛)對動態(tài)影像的感知存在所謂“視覺殘留”的現(xiàn)象，即高速運動的畫面在人腦中會形成短暫的印象。早期的動畫片、電影，一直到當(dāng)下最新的游戲節(jié)目正是應(yīng)用了“視覺殘留”的原理，讓一系列漸變的圖像在人眼前快速連續(xù)顯示，便形成動態(tài)的影像。

當(dāng)多幅影像產(chǎn)生的速度超過24幀/s，人的眼睛會感覺到連續(xù)的畫面。這也是電影每秒24幀播放速度的由來。如果顯示速度低于這一標(biāo)準(zhǔn)，人就會明顯感到畫面的停頓和不適。按照這一指標(biāo)計算，每張畫面顯示的時間需要小于40ms。快速活動畫面高清晰顯示，一般影像的運動速度超過60幀/s。這就是說，活動畫面每幀的間隔時間為16.67ms。

如果液晶的響應(yīng)時間大于畫面每幀的間隔時間，人們在觀看快速運動的影像時，就會感覺到畫面有些模糊。響應(yīng)時間是LCD的一個特殊指標(biāo)。LCD的響應(yīng)時間指的是顯示器各像素點對輸入信號反應(yīng)的速度，就是液晶由“暗轉(zhuǎn)亮”或由“亮轉(zhuǎn)暗”的反應(yīng)時間。此值是越小越好，足夠快的響應(yīng)時間才能保證畫面的連貫。如果響應(yīng)時間太長了，就有可能使LCD在顯示動態(tài)圖像時，有尾影拖曳的感覺。LCD一般的響應(yīng)時間在2～5ms。

TFT-LCD結(jié)構(gòu)圖

所謂TFT是指液晶面板玻璃基片上的晶體管陣列，讓LCD每個像素都設(shè)有自身的一個半導(dǎo)體開關(guān)。每個像素都可以通過點脈沖控制兩片玻璃基板之間的液晶，即通過有源開關(guān)來實現(xiàn)對各個像素“點對點”的獨立精確控制。因此，像素的每一個節(jié)點都是相對獨立的，并且可以進(jìn)行連續(xù)控制。

TFT型LCD主要由玻璃基板、 柵極、 漏極、 源極、 半導(dǎo)體活性層(a-Si)等組成。

TFT陣列一般與透明像素電極、存儲電容、柵線、信號線等，共同沉積在顯示屏的后玻璃基板(距離顯示屏較遠(yuǎn)的基板)上。這樣一種晶體管陣列的配制，有助于提高液晶顯示屏的反應(yīng)速度，而且還可以控制顯示灰度，從而保證LCD的影像色彩更為逼真、畫面品質(zhì)更為賞心悅目。因此，大多數(shù)的LCD、液晶電視及部分手機均采用TFT實施驅(qū)動，無論是采用窄視角扭曲向列(TN)模式的中小尺寸LCD，還是采用寬視角的平行排列(IPS)等模式的大尺寸液晶電視(LCD-TV)，它們通稱為“TFT—LCD”。

IPS

IPS屏幕（In-Plane Switching，平面轉(zhuǎn)換）技術(shù)是日立公司于2001推出的液晶面板技術(shù)，俗稱“Super TFT”。IPS屏幕就是基于TFT的一種技術(shù)，其實質(zhì)還是TFT屏幕。IPS是通過使分子在各方向表觀長度相同來解決視角問題。

IPS硬屏之所以具有清晰超穩(wěn)的動態(tài)顯示效果，取決于其創(chuàng)新性的水平轉(zhuǎn)換分子排列，改變了VA軟屏垂直的分子排列，因而具有更加堅固穩(wěn)定的液晶結(jié)構(gòu)。并非表面意義上的，硬屏就是在液晶面板上加上一層硬的保護(hù)膜，為了避免液晶屏幕受外界硬物的戳傷。

SLCD

S- LCD 面板就是 PVA 面板，三星主推的 PVA 模式廣視角技術(shù)，S- LCD 面板采用PVA 技術(shù)，該技術(shù)采用透明的 ITO 電極層，因此其更高的開口率可獲得優(yōu)于 MVA 的亮度輸出；PVA 技術(shù)還具有 500:1 的高對比能力以及高達(dá) 70%的原色顯示能力。

LCD技術(shù)參數(shù)

亮度

液晶顯示器的最大亮度，通常由背光源來決定，技術(shù)上可以達(dá)到高亮度，但是這并不代表亮度值越高越好，因為太高亮度的顯示器有可能使觀看者眼睛受傷。 LCD是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)，本身是不能發(fā)光的，需借助要額外的光源才行。因此，燈管數(shù)目關(guān)系著液晶顯示器亮度。

分辨率

分辨率是指單位面積顯示像素的數(shù)量。液晶顯示器的物理分辨率是固定不變的，對于CRT顯示器而言，只要調(diào)整電子束的偏轉(zhuǎn)電壓，就可以改變不同的分辨率。但是在液晶顯示器里面實現(xiàn)起來就復(fù)雜得多了，必須要通過運算來模擬出顯示效果，實際上的分辨率是沒有改變的。由于并不是所有的像素同時放大，這就存在著縮放誤差。當(dāng)液晶顯示器使用在非標(biāo)準(zhǔn)分辨率時，文本顯示效果就會變差，文字的邊緣就會被虛化。

色彩度

LCD重要的當(dāng)然是的色彩表現(xiàn)度。我們知道自然界的任何一種色彩都是由紅、綠、藍(lán)三種基本色組成的。例如分辨率1024×768的LCD面板上是由1024×768個像素點組成顯像的，每個獨立的像素色彩是由紅、綠、藍(lán)(R、G、B)三種基本色來控制。大部分廠商生產(chǎn)出來的液晶顯示器，每個基本色(R、G、B)達(dá)到6位，即64種表現(xiàn)度，那么每個獨立的像素就有64×64×64=262144種色彩。也有不少廠商使用了所謂的FRC(Frame Rate Control)技術(shù)以仿真的方式來表現(xiàn)出全彩的畫面，也就是每個基本色(R、G、B)能達(dá)到8位，即256種表現(xiàn)度，那么每個獨立的像素就有高達(dá)256×256×256=16777216種色彩了。

對比度

對比度是定義最大亮度值(全白)除以最小亮度值(全黑)的比值。LCD制造時選用的控制IC、濾光片和定向膜等配件，與面板的對比度有關(guān)。

響應(yīng)時間

響應(yīng)時間指的是液晶顯示器對于輸入信號的反應(yīng)速度，也就是液晶由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗的反應(yīng)時間,通常是以毫秒為單位。此值當(dāng)然是越小越好。如果響應(yīng)時間太長了，就有可能使液晶顯示器在顯示動態(tài)圖像時，有尾影拖曳的感覺。

可視角度

液晶顯示器的可視角度左右對稱，而上下則不一定對稱。舉個例子，當(dāng)背光源的入射光通過偏光板、液晶及取向膜后，輸出光便具備了特定的方向特性，也就是說，大多數(shù)從屏幕射出的光具備了垂直方向。假如從一個非常斜的角度觀看一個全白的畫面，我們可能會看到黑色或是色彩失真。一般來說，上下角度要小于或等于左右角度。如果可視角度為左右80度，表示在始于屏幕法線80度的位置時可以清晰地看見屏幕圖像。但是，由于人的視力范圍不同，如果沒有站在最佳的可視角度內(nèi)，所看到的顏色和亮度將會有誤差。

可視面積

液晶顯示器所標(biāo)示的尺寸就是實際可以使用的屏幕范圍一致。例如，一個15.1英寸的液晶顯示器約等于17英寸CRT屏幕的可視范圍。

LCD優(yōu)缺點

優(yōu)點

液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面，它具有以下四個特點：

（1）機身薄，節(jié)省空間，與比較笨重的CRT顯示器相比，液晶顯示器只要前者三分之一的空間；

（2）省電，不產(chǎn)生高溫，它屬于低耗電產(chǎn)品，相比CRT顯示器可以做到完全不發(fā)燙；

（3）無輻射，有利于身體健康，液晶顯示器完全無輻射；

（4）畫面柔和不傷眼，不同于CRT技術(shù)，液晶顯示器畫面不會閃爍，可以減少顯示器對眼睛的傷害，眼睛不容易疲勞。

缺點

（1）可視偏轉(zhuǎn)角度?。?/span>

（2）容易產(chǎn)生影像拖尾現(xiàn)象(例如鼠標(biāo)指針快速晃動)，這是由于普通液晶屏多為60Hz(每秒顯示60幀)，不過這個問題主要出現(xiàn)在液晶顯示器剛流行時的游戲中（即“畫面撕裂”）；

（3）液晶顯示器的亮度和對比度不是很好；

（4）液晶“壞點”問題；

（5）壽命有限；

（6）當(dāng)分辨率低于顯示器的默認(rèn)分辨率時，畫面模糊會非常明顯；

（7）當(dāng)分辨率大于顯示器的默認(rèn)分辨率時（需要軟件強制設(shè)定），細(xì)節(jié)處的色彩會丟失。

LCD故障維修

白屏

白屏是由于背光正常，屏沒正確接收到主板送過來的信號而引起的，這說明高壓部分是好的，白屏是因為液晶屏上部的T-CON板停止工作，或者工作異常。可能由驅(qū)動板上給液晶屏T-CON板供電（電壓一般為5V，少數(shù)液晶屏使用12V或3.3V供電）的回路的相關(guān)故障引起或顯示器主板控制主芯片和MCU特性不良或損壞。市場上都有已經(jīng)寫進(jìn)各種型號MCU程序的芯片發(fā)售，只要將原先主控板上的芯片取下，更換已經(jīng)刷好程序的新芯片，這種故障均可解決。

黑屏

在實際的維修過程中，以黑屏的情況居多，黑屏又分電源燈閃、長亮或滅三種。

（1）液晶顯示器電源燈閃電源燈閃在維修過程中多屬于高壓板后級開關(guān)管短路，當(dāng)液晶驅(qū)動板發(fā)出開啟高壓板的控制電壓后，升壓電路開始工作，但是某一或一對開關(guān)管對地短路，拉低主供電，導(dǎo)致液晶驅(qū)動板供電也隨著拉低，當(dāng)液晶板供電不正常后，也就隨即撤銷了對高壓板的開啟信號，電源板電壓輸出又回復(fù)正常，因此，反反復(fù)復(fù)，電源燈就一亮一滅了，更換相應(yīng)故障的元件故障應(yīng)能解決。

（2）液晶顯示器電源燈長亮電源燈長亮可以確定電源部分是正常的，主要是高壓逆變電路末級或者供電級元件發(fā)熱量大，長期工作造成虛焊所致；該電路最容易出故障的是升壓線圈，一般是接觸不良的問題，應(yīng)重點檢查該電路。

（3）液晶顯示器電源燈不亮電源燈不亮應(yīng)重點檢查電源部分，主要應(yīng)該檢測12V、5V電壓正常否，電源燈不亮12V、5V電壓應(yīng)該是沒有輸出，重點應(yīng)檢查開關(guān)管是否熱穩(wěn)定性不佳，或基極虛焊，電容是否有鼓包現(xiàn)象，另外脈寬調(diào)制的單片開關(guān)電源，所用到的脈寬調(diào)制集成控制器一般有SG6841、UC3842、UC3843也是故障率較高的元件。

背光燈故障

除上述故障現(xiàn)象外，液晶顯示器背光燈故障也是常有的，主要表現(xiàn)為老化和徹底損壞，即不發(fā)光。背光燈老化后可以看到圖像發(fā)黃，調(diào)節(jié)色溫及白平衡都不能很好解決，同時屏亮度調(diào)節(jié)到最大也難以達(dá)到使用要求，這就提示你，該換燈了。

單燈管結(jié)構(gòu)的顯示器損壞后，開機在日光下斜視屏幕，可以看見暗淡的圖文顯示。新型多燈管顯示器損壞某個燈管后表現(xiàn)為圖像亮度不均勻，比如上方暗淡一些，那就是上方的燈管損壞了，用手摸顯示屏燈管位置，通過溫度對比也可以判斷燈管是否損壞，正常的顯示屏燈管位置溫度應(yīng)該是一致的。但由于新型顯示器大都有高壓平衡保護(hù)電路，所以一只燈管損壞后表現(xiàn)的往往并不是亮度不均衡，而是顯示器不能開機或開機后黑屏，這要根據(jù)具體的顯示器電路來區(qū)別了。