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液晶彩电工作原理与维修方法(三)  

2010-02-22 10:51:48|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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        由于液晶彩电是CTR彩电与液晶显示器的结合品,所以为了真正搞清液晶彩电的工作原理,首先必须搞懂液晶显示器的工作原理,下面让我们初步了解一下液晶显示器的显像原理。

液晶显示器工作原理

(一)液晶的物理特性

  液晶的物理特性是: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。

(二)单色液晶显示器的原理

  LCD技术是把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(相交成90度)。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。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。

  LCD是依赖极化滤光器(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线。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1)

液晶彩电工作原理与维修方法(三) - 设备机电调试工程师 - 中国免费电气技术资料

图1  光线穿透示意图  LCD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。(如图2)

液晶彩电工作原理与维修方法(三) - 设备机电调试工程师 - 中国免费电气技术资料

图2  光线阻断示意图  然而,可以改变LCD中的液晶排列,使光线在加电时射出,而不加电时被阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的,所以只有“加电将光线阻断”的方案才能达到最省电的目的。

  从液晶显示器的结构来看,无论是笔记本电脑还是桌面系统,采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD由两块玻璃板构成,厚约1mm,其间由包含有液晶(LC)材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光,所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管,而在液晶显示屏背面有一块背光板(或称匀光板)和反光膜,背光板是由荧光物质组成的可以发射光线,其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中,一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极,电极分为行和列,在行与列的交叉点上,通过改变电压而改变液晶的旋光状态,液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时,液晶分子就会产生扭曲,从而将穿越其中的光线进行有规则的折射,然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

液晶显示器工作原理

(三)彩色LCD显示器的工作原理

  对于笔记本电脑或者桌面型的LCD显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言,还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。通常,在彩色LCD面板中,每一个像素都是由三个液晶单元格构成,其中每一个单元格前面都分别有红色,绿色,或蓝色的过滤器。这样,通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。

  LCD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LCD屏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LCD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LCD屏幕上为什么如此清晰的原因。LCD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。不过,LCD屏的液晶单元会很容易出现暇疵。对1024×768的屏幕来说,每个像素都由三个单元构成,分别负责红、绿和蓝色的显示一所以总共约需240万个单元(1024×768×3=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”)。所以说,并不是如此高昂的显示产品并不会出现瑕疵。

  LCD显示屏包含了在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,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。

  现在,几乎所有的应用于笔记本或桌面系统的LCD都使用薄膜晶体管(TFT)激活液晶层中的单元格。TFT LCD技术能够显示更加清晰,明亮的图象。早期的LCD由于是非主动发光器件,速度低,效率差,对比度小,虽然能够显示清晰的文字,但是在快速显示图象时往往会产生阴影,影响视频的显示效果,因此,如今只被应用于需要黑白显示的掌上电脑,呼机或手机中。

  随着技术的日新月异,LCD技术也在不断发展进步。目前各大LCD显示器生产商纷纷加大对LCD的研发费用,力求突破LCD的技术瓶颈,进一步加快LCD显示器的产业化进程、降低生产成本,实现用户可以接受的价格水平。

液晶显示器工作原理

(四)应用与液晶显示器的新技术

(1)采用TFT型Active素子进行驱动

  为了创造更优质画面构造,新技术采用了用独有TFT型Active素子进行驱动。大家都知道,异常复杂的液晶显示屏幕中最重要的组成部分除了液晶之外,就要算直接关系到液晶显示亮度的背光屏以及负责产生颜色的色滤光镜。在每一个液晶像素上加装上了Active素子来进行点对点控制,使得显示屏幕与全统的CRT显示屏相比有天壤之别,这种控制模式在显示的精度上,会比以往的控制方式高得多,所以就在CRT显示屏会上出现图像的品质不良,色渗以及抖动非常厉害的现象,但在加入了新技术的LCD显示屏上观看时其画面品质却是相当赏心悦目的。

(2)利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑澜的画面

  在色滤光镜本体还没被制作成型以前,就先把构成其主体的材料加以染色,之后再加以灌膜制造。这种工艺要求有非常高的制造水准。但与同其他普通的LCD显示屏相比,用这种类型的制造出来的LCD,无论在解析度,色彩特性还是使用的寿命来说,都有着非常优异的表现。从而使LCD能在高分辨率环境下创造色彩斑澜的画面。

(3)低反射液晶显示技术

  众所周知,外界光线对液晶显示屏幕具有非常大的干扰,一些LCD显示屏,在外界光线比较强的时候,因为它表面的玻璃板产生反射,而干扰到它的正常显示。因此在室外一些明亮的公共场所使用时其性能和可观性会大大降低。目前很多LCD显示器即使分辨率再高,其反射技术没处理好,由此对实际工作中的应用都是不实用的。单凭一些纯粹的数据,其实是一种有偏差的去引导用户的行为。而新款的LCD显示器就采用的“低反射液晶显示屏幕”技术就是在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术(AR coat),有了这一层涂料,液晶显示屏幕所发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏幕的分辨率、防止反射等这四个方面都但到了更好的改善。

(4)先进的“连续料界结晶矽”液晶显示方式

  在一些LCD产品中,在观看动态影片的时候会出现画面的延迟现象,这是由于整个液晶显示屏幕的像素反应速度显得不足所造成的。为了提高像素反应速度,新技术的LCD采用目前最先进的Si TFT液晶显示方式,具有比旧式LCD屏快600倍的像素反应速度,效果真是不可同日而语。先进的“连续料界结晶矽”技术是利用特殊的制造方式,把原有的非结晶型透明矽电极,在以平常速率600倍的速度下进行移动,从而大大加快了液晶屏幕的像素反应速度,减少画面出现的延缓现象。

  现在,低温多晶硅技术、反射式液晶材料的研究已经进入应用阶段,也会使LCD的发展进入一个崭新的时代。而在液晶显示器不断发展的同时,其它平面显示器也在进步中,等离子体显示器(PDP)、场致发光阵列显示器(FED)和发光聚合体显示器(LEP)的技术将在未来掀起平板显示器的新浪潮。其中,最值得关注和看好的就是场致显示器,它具有许多比液晶显示器更出色的性能……不过可以断定,LCD显示技术进入新纪元,作为另一支显示产品的生力军,它们将可能取代CRT显示器。

附件1:

LG L1750S液晶显示器电源电路工作原理分析(FAN7601)

L1750SC2显示器为内置电源型,其电源电路如图1所示,核心电路是飞兆半导体(Fairchild SemIConductot)公司的最新“绿色电源芯片”FAN7601,这是一款可编程电流模式PWM控制器,内部包括可编程软启动(20ms)和启动开关,可进一步减小功耗,可将待机功耗减小到1W以下。FAN7601采用8引脚的DIP封装,工作频率高达300kHz,最大工作电流4mA,可大大减小开关损失,只需很少的几个外围元件。它集成了过压保护(19V输入/2.5V反馈)、过热关断,以及欠压锁定UVLO(12V/8V)功能,能提高系统的可靠性。

市电输入与整流滤波电路

220V交流市电通过交流保险管F101后进入由CXl01、LFl01等组成的抗干扰电路,经抗干扰电路处理后再进入BDl01进行整流。为了防止瞬间大电流冲击,在整流后加入了THl01 NTC热敏电阻,最后经C101滤波生成约300V的直流电压。从中可以看出,本电路不同于其他显示器开关电源的地方,一是THl01的位置不同(一般电路多设置在电源进线端),另一点就是未设置电源开关,从而决定了只要插头接人市电,整个开关电源电路就开始工作,这也恰恰是借助于FAN7601优良的“绿色”功能来实现的。

启动与振荡电路

整流滤波电路产生的约300V直流电压分两路输入开关电源电路,一路经开关变压器T1的①一②绕组加到开关管Q101的漏极。

另一路通过启动电阻R117加到开关电源PWM控制器FAN7601的①脚,通过启动控制电路由⑦脚对外部电容c108充电,当C108两端电压上升到 11V时,FAN7601内部振荡电路起振,从⑥脚输出驱动脉冲,通过D103、R106、R107加到Q101栅极,使开关管工作于开关状态。开关变压器各绕组有感应电压产生,通过各整流滤波系统向负载提供直流电压。其中开关变压器的③-④绕组产生感应电压经R105限流、I)102滤波后向 FAN7601的⑦脚提供芯片工作电压,启动控制电路关断①脚的电流输入。

在以往的开关电源维修中,尽管采用启动电阻功率比较大但依然是易损元件之一,而且发热量也比较大,实际上就是由于通电后启动电阻一直有电流通过的原因。而在这款电源中,启动电阻却采用了一个0Ω的贴片元件,是明显区别于其他电路的,这里我们学习到新型“绿色电源芯片”内部都设有一个启动开关,一旦电源达到正常工作状况(启动过程结束),就会切断启动电阻器,这样便可省去一大部分的功率损耗。其电路本身的故障率也接近于零。

稳压控制电路

该机稳压控制电路主要由U101、光电耦合器PC201、精密稳压器件U201(KIA431)及取样电阻R205、R211、R214、R210等组成。当开关变压器次级+12V或+5V输出电压升高时,经取样电阻分压加至U201的R端电位升高,L5201的K端电压则降低,使流经光电耦合器 PC201内部光敏二极管的电流增大,其发光管亮度增强,光敏三极管导通程度增强,最终使流入U101的②脚电流增加,其内部振荡电路降低输出驱动脉冲占空比,使开关管Q101的导通时间缩短,输出电压降低。如果输出电压降低则TC输出驱动脉冲占空比升高,这样使输出电压保持稳定。

为了保证后级设备的安全,本电源的取样电路也独具匠心,同时对两组输出电压进行取样,取样电阻均为精密贴片电阻,避免了可调电阻造成的弊端,这也是以往电路所不多见的。

保护电路

(1)过流保护

若负载电路或开关电源异常,引起开关电源初级侧电流过大,在电阻R111两端产生的压降增大,使FAN7601的②脚输入的电压升高,当这个电压大于1V时,过流保护电路动作,停止⑥脚输出的开关脉冲。

(2)欠压保护

若开关电源的稳压控制电路出现异常,使FAN7601的⑦脚电压低于8V,则芯片内部欠压保护电路动作,停止激励脉冲输出,开关管停止工作,实现欠压保护。

(3)过压保护

若开关电源的稳压控制电路出现异常,使FAN7601的⑦脚电压高于20V,则芯片内部欠压保护电路动作,停止激励脉冲输出,开关管停止工作,实现过压保护。

当+12V 输出电压高于D203的齐纳‘电压时,.D203击穿,Q201立即饱和导通,PC201内部发光二极管最亮,光敏接收管导通程度最强,最终实现类似电压升高后稳压的保护过程,不过这时是闩锁电路启动,立即停止驱动脉冲输出,直至人工重新启动后⑥脚才会再次输出驱动脉冲,有效避免大面积坏件。

附件2:液晶显示器高压逆变原理

在图中可以看出与显像管高压电路相比多了一个亮度控制信号,与CTR输出的2万V直流高压不同的是,一般液晶输出的是2KV的交流正弦波,一个TL1415ACNS逆变芯片从7脚与10脚输出二组高压驱动灯管,二个即可同时提供给四组灯管发光。亮度控制LIGHTDAC由二个UPC358实行前端控制,下图只画出了二组驱动。一般液晶逆变输入电压可在4V-36V之间的宽范围。TL1415ACNS的内部电路见下图。

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附件3:液晶彩电电路工作原理

   液晶彩电工作原理与维修方法(三) - 设备机电调试工程师 - 中国免费电气技术资料

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