LCD液晶显示器

分类

　　液晶产品其实早存在于我们的生活之中。如电子表、计算器、掌上游戏机等。按照分子结构排列的不同可分为三种：类似粘土状的Smestic液晶、类似棉花棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Choleseic液晶，这三种液晶的物理特性不尽相同，用于液晶显示器的是第二种液晶。采用此种液晶制造的显示器称为LCD。常见的液晶显示器分为TN—LCD、STN—LCD、DSTN—LCD和TFT—LCD四种，其中前三种基本的显示原理都相同，只是分子排列顺序不同而已；而TFT—LCD采用的是与TN系列LCD截然不同的工作原理。目前电脑上采用的都是这种液晶显示器。其工作原理是采用两夹层，中间填充液晶分子，夹层上部为FET晶体管。夹层下部为共同电板，在光源设计上要用“背透式”照射方式，在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时由下而上透出借助液晶分子传导光线，透过FET晶体管层，晶体分子会扭转排列方向产生透光现象，影像透过光线显示的屏幕上，到下一次产生通电之后分子的排列顺序又会改变，再显示出不同影像。

产品比较

　　虽然产品购造和显示原理都不尽相同，液晶显示器（LCD） 和传统显示器（CRT）的共同目的都是达到优良的显示效果，现在我们对CRT和TFT液晶显示器作一比较。

　　结构和产品体积：传统的CRT型显示器必须通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管就不能太短，当屏幕增大时也必须加大体积，TFT则通过显示屏上的电子板来改变分子状态，以达到显示目的，即使屏幕加大，它只需将水平面积增大即可，而体积却不会有很大增加，而且要比CRT显示器轻很多，同时TFT由于功耗只用于电板和驱动IC上，因而耗电量较小。

　　辐射和电磁干扰：传统的显示器由于采用电子枪发射电子束打到屏幕产生辐射源。虽然现在有一些先进的技术可将辐射降到最小，但仍然不能完全根除。TFT液晶显示器则不必担心这一点。至于电磁波的干扰，TFT液晶显示器只有来自驱动电路的少量电磁波，只要将外壳严格密封就可使电磁波不外泄，而CRT显示器为了散热不得不在机体上打出散热孔，所以必定会产生电磁干扰。

　　屏幕平坦度和分辩率：TFT液晶一开始就采用纯平面的玻璃板，所以平坦度要比大多数CRT显示器好得多，当然现在有了纯平面的CRT彩显。在分辨率上，TFT却远不如CRT显示器，虽然从理论上讲它可提供更高的分辩率，但事实却不是这样。 　　显示效果：传统CRT显示器是通过电子枪打击荧光粉因而显示的亮度比液晶的透光式显示要好得多，在可视角度上CRT也要比TFT好一些，在显示反映速度上，CRT与TFT相差无几。

　　液晶显示器原理

　　（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。

　　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，所以在光线穿出个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，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。

　　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。

　　（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)。

　　液晶显示器电路图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瑕疵。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，其中一部分已经短路(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，明亮的图像。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，但是在快速显示图像时往往会产生阴影，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。 　　而LED显示器也属于液晶显示器的一种，LED液晶技术是一种的液晶解决方案，它用LED代替了传统的液晶背光模组。高亮度，而且可以在寿命范围内实现稳定的亮度和色彩表现。更宽广的色域(超过NTSC和EBU色域)，实现更艳丽的色彩。实现LED功率控制很容易，不像CCFL的亮度存在一个门槛。因此，无论在明亮的户外还是全黑的室内，用户都很容易把显示设备的亮度调整到最悦目的状态。在以CCLF冷阴极荧光灯作为背光源的LCD中，其中不能缺少的一个主要元素就是汞，这也就是大家所熟悉的水银，而这种元素无疑是对人体有害的。因此，众多液晶面板生产厂商都在无汞面板生产上投入了很多的精力，如台湾IT厂商华硕采用的不含汞LED背光技术便通过了ROHS认证，使MS系列产品的比传统CCFL显示器节能40[%]以上，无汞工艺不但使它无毒健康而且比其他产品更加环保、节能。

　　因为采用了固态发光器件，LED背光源没有娇气的部件，对环境的适应能力非常强，所以LED的使用温度范围广、低电压、耐冲击。而且LED光源没有任何射线产生，低电磁辐射、无汞可谓是绿色环保光源。 　　总结下来LED液晶的优点：LED液晶电视有省电、环保、色彩更真实的优势。

　　(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斓的画面

　　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。

控制彩色液晶显示器的装置及方法

　　这里披露用于控制液晶显示器件的装置及其方法，通过它可改变LCD控制器的输入接口类型而提高数据传输效率，通过它可通过较少的时钟周期输出同样大小的视频，并通过它可提高CPU的应用适应性。本发明包括：提供操作各模块的时钟的时钟控制单元；一根据时钟控制单元的控制信号在各个时钟接收16位数据的接口单元，用于存储通过接口单元120转换数据的一对18位RGB缓冲器，一存储由一对RGB缓冲器所提供的图形数据的图形缓冲器，将提供自一对RGB缓冲器的数据信号存储到图形缓冲器内的一开关模块，以及用于将存储在图形缓冲器内的数字R/G/B数据转换成模拟数字信号并输出的数字／模拟转换单元。

维修方法

　　液晶显示器的故障现象，种类繁多，但在修理时，只要诊断方法正确得当，思路清晰，是不难排除故障的。下面介绍维修时常用的方法。

　　1．感观法

　　感观法是指通过用嘴问、用眼看、用耳听、用鼻子闻、用手摸的方法进行维修。

　　（1）问

　　所谓问，是指修理人员在接修液晶显示器时，要仔细询问有关情况，如故障现象、发生时间等，尽可能多地了解和故障有关的情况。通过深人的询问，基本上可以了解到故障所发生的部位，再进一步做出诊断就容易多了。

　　（2）看

　　所谓看，是指修理人员接修故障显示器后，打开机盖，对内部各部分进行仔细观察。这是一种应用最多最基本，也是最有效的故障诊断法。例如，各插接件是否固定牢靠，零部件是否完好无损，各接触点有无灰尘、锈蚀或烧损，导线有无断裂或擦伤，熔断器安装是否牢固，额定值是否符合电路要求，通电后有无打火现象等。可见，很多故障通过“看”就可以一目了然。

　　（3）听

　　所谓听，是指仔细听液晶显示器工作时的声音。正常情况下，液晶显示器发出的声音很小甚至没有声音，如果有不正常的声音，一般是在变压器等电感性元器件。

　　（4）闻

　　所谓闻，就是机器通电时闻机内的气味，如果有烧焦的特殊气味，并伴有冒烟现象，一般为电源短路引起，此时应立即断电，开机检修。

　　（5）摸

　　所谓摸，是指通过用手触摸元器件表面，根据其温度的高低，判断故障部位。元器件正常工作时，应有合适的工作温度，若温度过高、过低，则意味着有故障。例如，液晶显示器的电源开关管，通电几分钟后断电，用手摸（一定在断电后再摸，以免触电）其表面应微热，若烫手，说明开关管不良或驱动波形不良：若开关管一点也不发热，说明开关管未工作。

　　2．经验法

　　顾名思义，经验法就是凭维修人员的基本素质和丰富经验，快速准确地对液晶显示器故障做出诊断。这些经验可以从书本中得到，也可以从师傅、同行那里得到，还可以从自己的维修实践中总结得到。经验法已成为很多修理人员制胜的“法宝”。需要说明的是，随着液晶显示技术的发展，需要不断地去积累新经验来应付新故障，若用老经验去对付新故障，很容易引起误判。

　　3．代换法

　　代换法是液晶显示器维修中十分重要的维修方法。根据代换元器件的不同，代换法又分为元器件代换法和模块代换法两种。

　　所谓元器件代换法，是指采用同规格、功能良好的元器件来替换怀疑有故障的元器件，若替换后，故障现象消除，则表明被替换的元器件已损坏。这种维修方法就是常说的“芯片级”维修。需要说明的是，对于液晶显示器MCU，进行替换时，不但要注意硬件一致，还需注意软件一致，也就是说，只能用同一批次、同一型号液晶显示器的MCU进行替换，对EEPROM存储器的替换也同样如此。当然，也可以先用空白的MCU、EEPROM进行代换，然后再用编程器写入正确的程序。

　　所谓模块代换法，是指采用功能、规格相同或类似的电路板进行整体代换。因为液晶显示器主要由电源板（电源模块）、高压板（高压模块）、驱动板（驱动模块）、液晶面板（面板模块）等组成，若怀疑哪一部分有问题，直接用正常的替换件进行代换即可。这种维修方法就是常说的“板级”维修。模块代换法的好处是维修迅速，排除故障彻底；但也存在着一些缺点，主要是维修费用较高。随着液晶显示器的普及，各模块电路和液晶屏的整体价格也在不断下降，品种不断增多，因此，模块级的替换法应用会越来越广泛。

　　采用代换法进行维修，不失为一种简单、有效和可靠的故障判断方法，但使用前一定要慎重，故障判断应当*不离十，避免盲目乱换。

　　值得指出的是，使用代换法时，替换用的备晶应是可靠的，或者是合格的新件，如果不慎将不良的元器件替换上，不但找不到故障，反而会使故障发生部位虚假化，增加诊断的难度。

　　4．万用表测试法

　　万用表测试法就是利用万用表测量电路中的电压、电流或电阻，通过测量结果来分析故障，这是一种适用范围很广的检查方法。

　　（1）电流法

　　电流法一般用来检查电源电路的负载电流，目的是为了检查、判断负载中是否存在短路、漏电及开路故障，同时也可判断故障在负载还是在电源。测量电流的常规做法是要切断电流回路，串入电流表。

　　（2）电压法

　　电压法是检查、判断液晶显示器故障时应用最多的方法之一，它通过测量电路主要端点的电压和元器件的工作电压，并与正常值对比分析，即可得出故障判断的结论。测量所用万用表内阻越高，测得的数据就越准确。按所测电压的性质不同，电压一般可分为静态直流电压和动态电压两种。静态是指液晶显示器不接收主机信号条件下的电路工作状态，其工作电压即静态电压。测量静态直流电压一般用来检查电源电路的整流和稳压输出电压，及各级电路的供电电压等。动态电压是液晶显示器在接收主机信号情况下的电路工作电压。测量动态电压主要用来检查判断用测量静态电压不能或难以判断的故障。判断故障时，应结合两种电压进行综合分析。

　　（3）电阻法

　　电阻法就是利用万用表的欧姆挡，测量电路中可疑点、可疑元器件以及芯片各引脚对地的电阻值，然后将测得数据与正常值比较，可以迅速判断元器件是否损坏、变质，是否存在开路、短路，是否有晶体管被击穿短路等情况。

　　电阻测量法分为“在线”电阻测量法和“脱焊”电阻测量法两种，前者是指直接测量液晶显示器电路中的元器件或某部分电路的电阻值；后者是把元器件从电路上整个拆下或仅脱焊相关的引脚，使测量数值不受电路的影响再测量电阻。很明显，用“在线”电阻测量法时，由于被测元器件大部分要受到与其并联的元器件或电路的影响，万用表显示出的数值并不是被测元器件的实际阻值，使测量的正确性受到影响。与被测元器件并联的等效阻值越小于被测元器件的自身阻值，测量误差就越大。因此，采用“在线”测量法时必须充分考虑这种并联阻值对测量结果的影响，然后做出分析和判断。然而要做到这点并非容易，需熟悉有关电路及掌握大量经验数据才行，而且即使这样，并联阻值远小于被测阻值时，仍不能测出准确的阻值，所以“在线”测量法局限性较大，通常仅对检查短路性故障和某些开路性故障较为有效。但对于有丰富维修经验的人来说，“在线”电阻测量法仍是一种较好的方法。

　　“脱焊”电阻测量法应用广泛，因为液晶显示器中大部分元器件如晶体管、电阻、电容、电感及二极管等，均可用测量电阻的方法进行定性检查。最终确定某个元器件是否失效往往都用电阻测量法。

　　5．信号波形测试法

　　信号波形测试法是用示波器对液晶显示器电路中信号的波形进行检测，并通过对波形的分析来判断故障的一种方法。它弥补了其他仪器无法对电信号进行全面检测和分析的缺陷。在测量波形时，除测量其幅度外，还要测量波形的周期，必要时，可以参考维修手册上的正确波形加以对照，以便准确地判断出故障的范围。信号波形测试法的缺点是技术难度相对较大，要求操作者有较高的操作水平和经验积累，不但要熟练使用示波器，还要熟悉各种信号的标准波形，并能从实际波形和标准波形的差别中分析出故障。

　　6．拆除法

　　液晶显示器的元器件，有些是起辅助性作用的，如减少干扰、实现电路调节等作用的元器件。这些元器件损坏后，不但起不到辅助性功能的作用，而且会严重影响电路的正常工作，甚至导致整个电路不能工作。如果将这些元器件拆除，暂留空位，液晶显示器可马上恢复工作。在缺少代换元器件的情况下，这种“应急拆除法”也是一种常用的维修方法。

　　采用拆除法可能使液晶显示器某一辅助性功能失去作用，但不影响大局。当然不是所有的元器件损坏后都能使用这种方法。这种方法仅适用于某些滤波电容器、旁路电容器、保护二极管、补偿电阻等元器件击穿后的应急维修。例如，液晶显示器电源输人端常接一个高频滤波电容（叉称低通滤波电容），电容击穿后导致电流增大，熔丝烧断。如果将它拆掉，电源的高频成分还可以被其他电容旁路，故基本上不影响液晶显示器正常工作。

　　7．人工干预法

　　人工干预法主要是在液晶显示器出现软故障时，采取加热、冷却、振动和干扰的方法，使故障尽快暴露出来。

　　（l）加热法

　　加热法适用于检查故障在加电后较长时间（如1～2h）才产生或故障随季节变化的液晶显示器，其优点主要是可明显缩短维修时间，迅速排除故障。常用电吹风和电烙铁对所怀疑的元器件进行加热，迫使其迅速升温，若随之故障出现，便可判断其热稳定性不良。由于电吹风吹出的热风面积较大，通常只用于对大范围的电路进行加热，对具体元器件加热则用电烙铁。

　　（2）冷却法

　　通常用酒精棉球敷贴于被怀疑的元器件外壳上，迫使其散热降温，若故障随之消除或减轻，便可断定该元器件散热失效。

　　（3）振动法

　　振动法是检查虚焊、开焊等接触不良引起的软故障的最有效方法之一。通过直观检测后．若怀疑某电路有接触不良的故障时，即可采用振动或拍打的方法来检查，利用螺丝刀的手柄敲击电路，或者用手按压电路板、搬动被怀疑的元器件，便可发现虚焊、脱焊以及印制电路板断裂、接插件接触不良等故障的位置。