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液晶平板彩电工作原理和设计

摘　要

关键词：薄膜晶体管，液晶屏，液晶，平板显示显示技术，显示性能

In recent years the development of display technology is very fast, flat panel display having a completely flat, thin, light, energy saving features, in line with the future development trend of image display. Currently the mainstream flat- panel display comprises a liquid crystal and plasma. With the development of display technology, more and more new products, new technology appear, so that the flat paneldisplay performance optimization.
As TFT_LCD technology is developing rapidly, and it has excellent performance characteristics of large-scale production, high degree of automation, low-cost raw materials as well as many other advantages,which are widely used in many fields.In this context,the driving circuit is also put forward higher requirements.

KEY WORDS: thin-flim transistor, , liqulid crystalflat，display technology，display performance

目录

摘　要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
第二章 液晶平板电视的概述 2
2.1 液晶的知识 2
2.2 液晶显示器的基础知识及发展现状 2
2.2.1 LCD的主要技术参数 2
2.2.2 LCD的分类 4
2.2.3 LCD发展历程 4
2.3 液晶平板电视的基础知识 5
2.3.1 平板电视的定义 5
2.3.2 电视机的发展历程—显示器件的发展 5
2.3.3 电视清晰度的概念 6
2.3.4 液晶平板彩电的主要参数 6
2.4 液晶电视的优缺点 7
第三章 液晶平板电视的工作原理 8
3.1 液晶平板彩电的基本组成及结构 8
3.1.1 液晶平板彩电的简单结构 8
3.1.2 LCD面板主要部件 8
3.1.3 液晶彩电电路的基本组成 9
3.2 液晶平板电视的工作原理 12
3.3 TFT液晶彩电工作原理 14
3.3.1 TFT液晶彩电显示原理 14
3.3.2 TFT元件的结构 15
3.3.3 TFT工作原理 16
3.3.4 液晶驱动方法 16
第四章 液晶平板彩电背光板的工作原理 20
4.1 液晶平板彩电背光板的工作原理简介 20
4.2 目前主要采用的背照光源 20
4.2.1 冷阴极荧光灯（CCFL） 20
4.2.2 发光二极管（LED)背光照明系统 23
第五章 液晶平板彩电的接口类型及用途 25
5.1 各档次的电视机的信号接口端子 25
5.2 各接口类型类型及用途简介 26
5.2.1 有线电视接口 26
5.2.2 AV复合视频接口 26
5.2.3 HDMI接口 27
5.2.4 VGA电脑接口 28
5.2.5 DVI接口 28
5.2.6 USB简介 29
5.2.7 S端子接口 30
52.8 色差分量接口 31
5.2.9 D端子接口 32
5.2.10 RS-232C接口 32
5.2.11 SCART接口 32
5.2.12光纤音频接口 33
5.2.13 同轴音频接口 33
第六章 液晶平板电视与其他电视区别 34
6.1 CRT和液晶平板彩电区别简单概述 34
6.2 液晶平板彩电与其他电视的具体参数对比 34
6.2.1 显像管电视 34
6.2.2 液晶平板电视 35
6.2.3 等离子电视 38
第七章 液晶电视新技术 41
7.1 夏普液晶电视新技术 41
7.1.1 煌彩技术 41
7.1.2 UV2A技术 42
7.2 3D液晶电视 42
7.2.1 3D液晶电视概述 42
7.3.1 OLED液晶电视的简介 44
7.3.2 OLED液晶电视与LED液晶电视区别 44
7.3.3 OLED电视的优缺点对比 44
结 论 46
参 考 文 献 47
致 谢 48
英文原文 49
中文翻译 56
附图 62

第一章 绪论
20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。
作为近几年才突然新兴起的新产品，液晶显示器已经基本取代笨重的CRT显示器成为现在主流的显示设备，在家庭、办公、商场、医院、政府机关单位应用领域的霸主地位，成为各大企业首选的标配产品。
液晶的分子有两项重要的特性；一是对光有很好的透过性；二是对电场非常敏感。利用了这两项特性，研制出了液晶显示屏。当一个长棒型的液晶分子由一端射入光线时，由于液晶分子有良好的透光性能，光线可以顺利的由另一端射出，当液晶分子在电场的作用下发生扭曲，则阻碍光线的通过。此时，可以通过改变电场的强度达到控制液晶分子扭曲的角度，从而达到控制通过光线的强度的目的，也就是达到了在荧光屏上控制像素点亮度的目的。
液晶电视的显示屏是在两片具有导电特性的玻璃板之间充入一层液晶材料，即液晶分子，液晶分子具有加热时为液态，冷却时就结晶为固态的特性，当外界环境变化时，它的分子结构也会发生变化，从而就能实现通过或阻挡光线的目的。
由于被充入的液晶物体内含有超过200万个红、绿、蓝三色液晶光阀，当液晶光阀在低电驱动下激活后，位于液晶屏后的背光灯发出的光束从液晶屏通过，产生1024 X 768点阵(点距为0．297mm)和分辨率极高的图像。同时，先进的电子控制技术使液晶光阀产生1677万(256×256×256)种R、G、B颜色变化，还原真实的亮度、色彩度，并再现纯真的图像。

这次设计主要介绍了液晶平板彩电的基本知识，主要研究有关液晶电视的工作原理与接口的用途及应用，并结合老式的CRT彩电的优缺点来引入到液晶电视中来。并且通过对其原理、结构、组成的了解进一步加深对液晶电视认识，从而达到设计的目的。
由于液晶技术的不断成熟，在许多的方面又有新的技术不断涌现只有通过对现有电视的研究才能更好地理解和应用新的技术。

第二章 液晶平板电视的概述
2.1 液晶的知识
液晶由于其体积小、耗电省、无辐射、寿命长、防暴等其他类型显示设备无法比拟的特点。因而是工控仪表、电设备等行业更新换代的理想显示器件。
液晶的物理特性：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。
2.2 液晶显示器的基础知识及发展现状
LCD为英文Liquid Crystal Display的缩写，即液晶显示器，是一种显示技术。早在1888年，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体。这种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化（称光电效应）。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。
利用液晶的电光效应（是指它的干涉、散射、衍射、旋光、吸收等受电场调制的光学现象），英国科学家在20世纪末制造了第一块液晶显示器即LCD。在液晶板背后添加背光灯，背光在液晶后面发光，然后我们通过电路对液晶施加电场，液晶的分子排列发生相应改变，从液晶投射出的光线的亮度和色彩就会改变，这样就可以得到我们想要见到的图像。
液晶显示的三个特点：
1液晶在直流电压作用下会发生电解作用，所以必须用交流驱动，并且限定交流成分中直流分量不大于几十毫伏。
2.液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。
3.液晶单元是容性负载，正电压和负电压作用效果是一样的。
2.2.1 LCD的主要技术参数
1 对比度
LCD制造时选用的控制IC、滤光片和定向膜等配件，与面板的对比度有关，对一般用户而言，对比度能够达到350:1就足够了，但在专业领域这样的对比度平还不能满足用户的需求。相对CRT显示器轻易达到500：1甚至更高的对比度而言，只有高档液晶显示器才能达到这样如此程度。市场上三星、华硕、LG等一线品牌如今的LCD显示器均可以达到1000：1对比度这一级别，但是对比度很难通过仪器准确测量。
2 亮度
LCD是一种介于固态与液态之间的物质，本身是不能发光的，需借助要额外的光源才行。因此，灯管数目关系着液晶显示器亮度。最早的液晶显示器只有上下两个灯管，发展到现在，普及型的最低也是四灯，高端的是六灯。四灯管设计分为三种摆放形式：一种是四个边各有一个灯管，但缺点是中间会出现黑影，解决的方法就是由上到下四个灯管平排列的方式，最后一种是“U”型的摆放形式，其实是两灯变相产生的两根灯管。六灯管设计实际使用的是三根灯管，厂商将三根灯管都弯成“U”型，然后平行放置，以达到六根灯管的效果。
3 信号响应时间
响应时间指的是液晶显示器对于输入信号的反应速度，也就是液晶由暗转亮或由亮转暗的反应时间,通常是以毫秒（ms）为单位。要说清这一点我们还要从人眼对动态图像的感知谈起。人眼存在“视觉残留”的现象，高速运动的画面在人脑中会形成短暂的印象。动画片、电影等一直到现在最新的游戏正是应用了视觉残留的原理，让一系列渐变的图像在人眼前快速连续显示，便形成动态的影像。人能够接受的画面显示速度一般为每秒24张，这也是电影每秒24帧播放速度的由来，如果显示速度低于这一标准，人就会明显感到画面的停顿和不适。按照这一指标计算，每张画面显示的时间需要小于40ms。这样，对于液晶显示器来说，响应时间40ms就成了一道坎，低于40ms的显示器便会出现明显的画面闪烁现象，让人感觉眼花。要是想让图像画面达到不闪的程度，则就最好要达到每秒60帧的速度。
4 可视角度
LCD的可视角度：当背光源通过偏振片、液晶和取向层之后，输出的光线便具有了方向性。也就是说大多数光都是从屏幕中垂直射出来的，所以从某一个较大的角度观看液晶显示器时，便不能看到原本的颜色，甚至只能看到全白或全黑。为了解决这个问题，制造厂商们也着手开发广角技术，到目前为止有三种比较流行的技术，分别是：TN+FILM、IPS(IN-PLANE -SWITCHING)和MVA(MULTI-DOMAIN VERTICAL alignMENT)。

2.2.2 LCD的分类

22.3 LCD发展历程
近几年，由于液晶屏的关键技术不断取得突破和价格的不断下滑，液晶电视目前已经完全取代了CRT 电视在家庭、办公、商场、医院、政府机关单位应用领域的霸主地位，成为各大企业首选的标配产品。作为近几年才突然新兴起的新产品，液晶显示器已经全面取代笨重的CRT显示器成为现在主流的显示设备。
2.3 液晶平板电视的基础知识
2.3.1平板电视的定义
液晶平板彩电专指外观为平板状可挂在墙上的电视，目前主要有液晶和等离子两种。2.3.2电视机的发展历程—显示器件的发展

2.3.3 电视清晰度的概念
从物理角度讲，清晰度是指图片、影像细节部位及其边界的清晰程度。电视清晰度，是指电视机重现图像的清晰程度，如果不考虑视频编码传输系统，电视画面清晰度取决于摄像机和电视机。摄像机一般使用分解力一词来衡量它 “分解被摄景物细节”的能力，单位是 “电视行（TVLine）”，也称线。它会随 CCD像素数的多少和视频带宽而变化，像素愈多、带宽愈宽，分解力就愈高。电视机一般使用清晰度一词来衡量它 “展现摄像机所记录景物细节”的能力，单位是 “电视行（TVLine）”，也称线。对于电视机来说，在显示屏同等面积情况下，线数越多，图像看起来就越清晰。电视清晰度取决于显示屏的分辨率和扫描格式，显示屏的分辨率取决于制造材料和技术，扫描格式取决于人眼分辨力和电视信号传输带宽。
2.3.4 液晶平板彩电的主要参数
1、液晶平板彩电的分辨率（resolution）：是关乎面板显示图像格式的的重要指标。通常我们所指的分辨率是指面板的物理分辨率，即画面显示的点数，是水平和垂直像素值，这个数值决定了液晶屏幕的清晰度。
2、像素：像素是图像的最基本单位。越高位的像素，所拥有的色板也就越丰富，越能表达颜色的真实感。
3、亮度：液晶电视的亮度（Brightness）指的是屏幕亮度，单位是cd/m2或称nits，是液晶电视在白色画面之下可达到的最大明亮程度。目前提高亮度的方法有两种：一是提高LCD面板的光通过率，另一种就是增加背灯源的亮度。
4、对比度：对比度则是屏幕上同一点最亮时（白色）与最暗时（黑色）的亮度比值，高的对比度意味着相对较高的亮度和呈现颜色的艳丽程度。
5、响应时间：液晶电视的响应时间（response time）是液晶电视的一个重要性能指标，也叫响应速度，单位通常为毫秒（ms），指的是液晶电视各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或由亮转暗所需要的时间。
6、图像拖尾：运动物体在静止背景下留下的残影，使物体的边界变得模糊，这种现象被称为运动图像的拖尾。
7、液晶电视的色彩数：液晶电视的色彩数就是液晶电视最多可以显示多少种颜色的总数。液晶电视的色彩数由两个方面因素决定：一个是液晶面板可表现的色彩数，这是由面板的先天物理特性决定的，一个则是内部电路可处理的色彩数 。
液晶电视的可视角度
8、液晶电视的可视角度（view angle）也叫作视角范围，包括水平可视角度和垂直可视角度两个指标。
9、液晶电视的动态对比度：所谓动态对比度，指的是液晶电视/显示器在某些特定情况下测得的对比度数值 。
10、 液晶电视的屏幕比例（Aspect Ratio），指的是液晶电视屏幕宽度和高度之比。
11、液晶电视的点距（pixel pitch）：是指像素间距，即显示屏相邻两个像素点之间的距离。我们看到的显示画面实际是由许多的点所形成的，而画质的细腻程度就是由点距来决定的，点距的计算方式是以面板尺寸除以像素值所得的数值。
12、液晶电视的屏幕尺寸是指液晶屏幕对角线的长度，单位为英寸。目前市面常见机型的屏幕尺寸有19英寸、23英寸、26英寸、27英寸、32英寸、37英寸、40英寸、42英寸、46英寸、47英寸、52英寸及65英寸等。
2.4 液晶电视的优缺点
5第三章 液晶平板电视的工作原理
3.1 液晶平板彩电的基本组成及结构3.1.1 液晶平板彩电的简单结构

LCD屏是液晶电视的核心，主板（包括模拟信号和数字信号处理）是液晶电视电路的核心。
3.1.2 LCD面板主要部件
配向膜：将光线分配到对应的像素点上。
滤色玻璃将白光滤出对应的色彩。
偏光板：改变光线方向。
导光板：分散光线，使光线变得均匀。
电晶体：产生电场。
背光灯：产生白光。
3.1.3液晶彩电电路的基本组成
液晶彩电基本组成框图。从可以看出，液晶彩电主要由高、中频处理电路(高频头、中频信号处理电路)、伴音电路(音频处理电路、音频功放电路)、视频处理电路、输入接口电路(AV／S接口、VGA／YPbPr／DVI／HMI接口)、视频解码电路、去隔行处理电路(De Interlacer)、图像缩放电路 (Scaler)、帧存储器、液晶面板接口电路、微控制器电路 (MCU、EEPROM数据存储器、Flash ROM程序存储器、按
键电路遥控接收电路等)、电源电路(开关电源和 DC-DC变换器)、高压板(逆变电路)以及液晶面板等组成。
1、高、中频处理电路
液晶彩电中，高频头的作用是：将接收的 RF信号转换成中频信号，送到中频信号处理电路，经解调后，输出视频全电视信号（CVBS）和第二伴音中频信号SIF，或直接输出视频全电视信号 CVBS和音频信号 AUDI O。
2、伴音电路
伴音电路主要由音频处理电路和音频功放电路组成。其作用是：将接收到的第二伴音中频信号进行解调、音效处理、功率放大，驱动扬声器发出声音。
3、输入接口电路
液晶彩电一般设有多个接口电路，如：有线电视接口、AV端子--普通音视频接口、HDMI数字电视直通车、电脑接口，包括VGA---XGA、DVI接口，早期数字电视接口、USB多媒体视频接口、S端子--Y/C分离接口、色差分量接口等。输入接口是外部设备与液晶彩电信号传输的桥梁。

4、视频解码电路
视频解码电路的作用是：将接收到的视频全电视信号进行解码，解调出亮度 /色度（Y／C信号、亮度／色差分量信号 YUV或 RGB）信号。视频解码可分为模拟解码和数字解码两种类型。少数液晶彩电采用模拟解码芯片(如 OM8838、TBl261、 TBl274AF、LA76930、TDAl50XX系列等)进行解码，大多数液晶彩电采用数字解码芯片 (如 SAA711X系列、VCT49XY系列、VPC3230等)进行解码。
5、去隔行处理
去隔行处理(De Intercaler)电路也称隔行 —逐行变换电路。其作用是：将隔行扫描的图像信号，变换为逐行扫描的图像信号，送到“Scaler”（图像缩放）电路。
6、图像缩放 ( Scal er )电路
图像缩放电路也称 “Scaler”电路，一般由一块大规模集成电路组成。用以对去隔行处理电路输出的数字图像信号进行缩放处理、画质增强处理等，再经输出接口电路送至液晶面板。
7、液晶板接口电路
液晶面板与主板接口有：TTL、LVDS、RSDS、TMDS和 TCON五种接口，其中，TTL和 LVDS接口比较常用。TTL接口是一种并行总线接口，用来驱动 TTL液晶面板。LVDS（低压差信号）是一种串行总线接口，用来驱动 LVDS液晶面板。与 TTL接口相比，串行接口有更高的传输率，更低的电磁辐射和电磁干扰，并且需要的数据传输线也比并行接口少很多，所以 LVDS接口在液晶彩电中应用十分广泛。
8、微控制器电路
微控制器电路主要包括：MCU(微控制器)、数据存储器(EEPROM)、程序存储器(Flash ROM)、按键电路以及遥控接收电路等。其中，MCU是液晶彩电的控制中心，用来对接收按键信号、遥控信号进行译码，然后再对相关电路进行控制，以完成指定的功能操作。数据存储器用于存储彩电的设备数据和运行中所需的数据，程序存储器则用来存储整机运行所需的程序。
目前，很多液晶彩电将 MCU集成在 Scaler芯片中，因此，在这些液晶彩电的主板上，是看不到 MCU的。
9、电源电路
液晶彩电的电源电路分为开关电源和 DC-DC变换器两部分。其中，开关电源用于将市电(交流 220V)转换成12 V、24 V、5 V等直流电源；DC-DC直流变换器用以将开关电源产生的直流电压(如 12 V)转换成 5 V、 3.3 V、2.5 V、1.8 V等电压，供给整机小信号处理电路使用。
目前，液晶彩电的开关电源主要有两种安装形式：一种是采用外部电源适配器(Adapter)。这样，输入到液晶彩电的电压就是电源适配器输出的直流电压，小屏幕液晶彩电的开关电源常采用电源适配器；另一种是在液晶彩电内部专设一块开关电源板，即所谓的内接方式。在这种方式下，液晶彩电输入的是交流220 V电压，大屏幕液晶彩电一般都采用这种安装方式。
DC-DC变换器也有多种安装方式：
①安装在主板中，这种安装方式比较常见；
②和开关电源部分安装在一起(开关电源采用机内型)；
③分散安装方式，即开关电源板安装一部分 DC-DC变换器，主板上安装另一部分 DC-DC变换器。
10、高压板电路
高压板电路也称逆变电路或逆变器。其作用是：将开关电源输出的低压直流电压(一般为 24 V或 12 V)转变为液晶面板(Panel)所需的高频、高压交流电，点亮面板背光灯。
11.液晶面板( Panel )部分
①液晶面板是液晶彩电的核心部件。
②最后需要强调的是：液晶彩电的电路结构和 CRT彩电一样，也经历了多片集成电路→单片集成电路→超级芯片的发展过程。例如，早期的液晶彩电，视频解码、去隔行处理、Scaler和 MCU电路均采用独立的集成电路；现在生产的液晶彩电，则大多将去隔行电路、Scaler电路集成在一起，有的甚至将 MCU电路、视频解码等电路也集成进来，成为一片真正的“全功能超级芯片”。
3.2液晶平板电视的工作原理
3.2.1液晶工作原理
LCD电视的原理框图如下图3-2-1所示，主要由以下几个部分组成：
1.普通模拟电视信号处理模块。该模块与普通电视机中的电视信号处理部分功能相同，其可接受多种输入信号格式，如RF电视射频信号、CVBS复合电视信号、S-Video信号、色差分量信号等。 RF电视射频信号的接收一般使用一体化二合一高频头进行处理，处理后可直接输出复合电视信号和解调的伴音信号。同时，高频头也可输出第二伴音中频信号SIF提供给带丽音解码的机型使用。高频头输出的复合电视信号经视频解码IC处理后，输出模拟YUV（或RGB）信号及行场同步信号供数字板进行处理使用。
2.模拟信号/数字信号转换模块。该模块把三通道模拟YUV（或RGB）信号，通过AD转换器处理后，转变为24路数字YUV（或RGB）信号提供给逐行处理板使用。
3.隔行/逐行转换模块。该模块把隔行格式的数字YUV（或RGB）信号进行逐行处理后输出一标准逐行格式的数字YUV（或RGB）信号。
4.模拟VGA/ 数字VGA信号转换模块。该模块主要用把PC输出的标准模拟VGA视频信号转变成24位的并行数字VGA视频信号。
5.DVI串行/并行转换模块。这部分的功能主要由DVI接收器来实现。其接收PC输出的标准串行数字视频DVI信号，然后将其转变为24位（或48位）并行数字视频信号。
6.LCD图像处理模块 (SCALER)。该模块的核心是一个高性能的平板图像处理器，可对前端进来的多种格式数字视频信号进行处理输出平板显示模块可接受的平板图像显示数据格式。其主要功能有：数字色度亮度处理、彩色γ校正、图像大小缩放、画质改善、运动补偿、边缘平滑等。
7.DVI并行/串行转换模块。这部分的功能主要由DVI发送器来实现。其接收平板图像处理器输出的24位（或48位）平板图像显示数据，然后将其转变为DVI标准的串行输出数据格式，直接连接带DVI输入接口的LCD显示模块。

RF
CVBS
YCbCr

DVI接
收器

LCD模块

隔行/逐行
转换模块
数字YUV信号
·

S-Video
·

·

普通模拟
电视信号
处理
YUV/Sync

模拟信号/
数字信号
转换ADC

LCD图像
信号处理
(SCALER)
模拟VGA/
数字VGA
信号转换ADC
DVI接收器
VGA接口

DVI接口
LCD显示数据
或
伴音信号
1
21
3
4
6
5
8
7
CPU模块
供电模块
9
10
8.LCD显示模块。该模块是LCD-TV的显示终端，其接收平板图像处理器输出的平板图像显示数据（或DVI格式的平板图像显示数据，与LCD显示模块的输入接口有关），经内部时序控制电路转换后驱动LCD屏显示出正确的视频图像。
9.CPU模块。提供人机接口及对电路的各个功能模块进行功能设置和控制。
10.供电模块。对电源接口输入的12V和24V直流电进行DC/DC转换后，提供系统需要的各种不同电压。
RF电视信号、CVBS复合电视信号、S-Video信号、色差分量信号等经模拟电视信号处理模块处理后，形成模拟Y、U、V(或R、G、B)信号及行场同步信号给模拟信号／数字信号转换模块进行A／D转换，成为24位数字Y、U、V(或R、G、B)信号。该信号再经隔行／逐行转换处理，形成标准逐行格式的数字Y、U、V(或R、G、B)信号，从VGA接口输入的AGA视频信号，经模拟VGA／数字VGA信号转换成24位VGA视频信号供LCD图像信号处理模块用。从DVI接口输入的VGA视频信号，经DVI串行／并行转换后，形成24位(或48位)并行数字视频信号，供LCD图像信号处理模块用。同时，经隔行／逐行转换后形成的逐行格式的数字Y、U、V(或R、G、B)信号也输入LED图像信号处理模块。这三种信号经LCD图像信号处理模块处理后，形成平板显示模块可接收的平板图像显示数据格式，经DVI接口送人LCD显示模块。LCD显示模块是LCD-TV的显示终端，将其接收到的平板显示数据，经内部时序控制电路转换后，驱动LED显示出正确的视频图像。
3.3 TFT液晶彩电工作原理
3.3.1 TFT液晶彩电显示原理
液晶是分子排布或指向具有某种规律、介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。它具有液体的流动性和晶体的双折射性，并且在电场的作用下会改变其分子排列。液晶的特点是构成液晶的分子指向有规律，而分子之间的相对位置无规律，前者使液晶具有晶体才具有的各向异性，后者使之具有液体才具有的流动性。

TFT_LCD液晶显示器的显像原理是采用“背透式”照射方式。当光源照射时，先通过下偏光板向上透出，借助液晶分子来传导光线。由于上下火层的电极为TFT电极和公共电极，在TFT电极导通时，液晶分子的排列状态同样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。但不同的是，由于TFT晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到TFT电极下一次再加电改变其排列方式为止。
从电子学角度阐述液晶显示器件的显示原理为:在外加电场的作用下具有偶极矩的液晶棒状分子在排列状态上发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现或明或暗、透过与不透过的显示效果。液晶显示器件中的每个显示像素都可以单独被电场控制，不同的显示像素按照驱动信号的控制在显示屏上合成各种图像，液晶显示驱动的功能就是建立这种电场。
3.3.2 TFT元件的结构
在TFT-LCD中，TFT的功能就是电气开关。图3-3-2表示了TFT元件的平面图和截面图。它是三端器件，一般在玻璃基板上设有半导体层，在其两端有与之相连接的源极和漏极，并通过栅极绝缘膜与半导体层相对放置，设有栅极。利用施加于栅极的电压Vg来控制源、漏电极之间的电流。
TFT-LCD的象元由阵列基板侧面的液晶象元电极，公共电极以及封闭在两者之间的液晶构成，象元通过一个薄膜晶体管控制加到其上的电压，如图3-3-3-1所示：

显示数据

薄膜晶体管

液晶

公共电极

TFT_LCD的每个象素都是一个薄膜晶体管，其具有存储的特性，且其存储时间的长短取决于TFT关态电阻和液晶象素的电容，存贮电容的RC常数。因此，TFT_LCD的驱动方式不同于TN和STN。TFT_LCD的象素在显示系统中的结构如图3-3-3-2所示:当扫描驱动器施加给扫描电极一个选择电压时，TFT_LCD显示的灰度级由数据驱动器的电压和存储在象元上的电压决定。即当TFT的栅极G与源极S未选通时，TFT处于截止态，源极S与漏极D之间相当于开路，外电路电压不会施加到液晶像素上。当行扫描信号选通了某一行所有TFT的栅极G后，源扫描信号依次选通此行上TFT的源极S。行扫描信号和源扫描信号同时选通的TFT将被打开，源、漏极之间导通，源扫描信号即数据信号写入液晶像素和补偿电容Cs。因为液晶像素与补偿电容对电荷的存储特性，在TFT截止后，写入的数据信号会保存一段时间。可以设定这个保存时间为半帧周期，下半帧时，改变写入信号的极性，即可保证液晶像素处于交流驱动状态。
3.3.4 液晶驱动方法
液晶显示的驱动方式有许多种，根据常见的液晶显示器件种类，液晶显示器件的驱动方式主要可分为以下几大类。即直接驱动法，有源矩阵驱动法，射束寻址驱动法，铁电液晶驱动法，彩色液晶驱动等。TFT_LCD一般采用有源驱动法。
TFT_LCD的有源矩阵驱动也叫开关矩阵驱动，其主要特点是在显示面板的各像素点设置了开关元件(TFT)。TFT的作用是把液晶像素和信号电极很好的分隔开来，即有源开关的作用。这种行、列电极交叉构成的点阵显示方式，不仅提高了显示屏的响应时间，同时在灰度控制上也可以通过点脉冲直接控制，可以做到非常精确，因而每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，使TFT色彩更逼真，显示模式也更灵活。在显示过程中，由于在某一时刻只有一行单元被选中，其它行都处于未选中状态，从而彻底消除了交叉效应。同时，由于液晶显示像素的存储效应，只要TFT单元的漏电流足够小，写入的数据信号在一帧时间内可基本保持不变，就能实现占空比接近100%的静态显示效果。
3.3.5 TFT_LCD驱动原理
3.3.5.1 TFT_LCD系统结构

视频信号变换
图3-3-5-1是TFT_LCD显示系统的电路框图，其按功能可以分成接口电路，视频信号变换电路，时序控制电路，电压变换电路，公共电极驱动电路和显示模块等6个部分。其中显示模块包括有效显示区、扫描驱动芯片以及列驱动芯片。输入接口部分负责将输入的数据信号、同步信号、控制信号和电源信号送入时序驱动电路板;视频信号变换电路则负责将输入的信号转换成适合TFT_LCD显示的数据信号，然后经过时序控制电路的同步和定位，连同栅、源驱动芯片的控制信号，时序信号和同步信号共同经过输出接口送入显示模块；电源变换电路将输入的直流电压转换成各个部分所需的直流工作电压以及直流驱动电压和背光源所需的交流电压。
从图3-3-5-1的TFT_LCD的显示系统结构中可以看到，驱动一块TFT_LCD显示屏，需要两组信号:源极数据信号和栅极行扫描信号。从驱动系统的角度来看，这两组信号分别由两种驱动芯片来实现:列驱动电路和行驱动电路。源驱动电路的作用就是对数据线施加目标电压，而栅驱动电路的作用是实施开关的导通和断开，工作时按照一次一行的方式依次扫描栅极。每扫描到一条栅极线，与其相连的TFT同时处于导通状态，通过漏极总线将数据线上的信息提供给各信号存储电容，各像素的液晶被存储的信号激励至下一个帧扫描时为止。这种方法循环地给每行栅电极施加选择脉冲，在一帧中每一行的选择时间是均等的。
3.3.5.2 TFT_LCD驱动电路的工作过程
图3-3-5-2-1为彩色TFT_LCD模块截面图:彩色TFT-LCD屏是由TFT阵列玻璃板和彩色滤光膜玻璃板之间加入液晶材料组成的。为了控制液晶层厚度，在液晶层内分散分布玻璃(或塑料)微球，两个玻璃板表面涂布取向层(即配向膜)，控制液晶分子定向排列。
由于液晶存在工作电压的阈值弛豫特性，在简单矩阵驱动中对比度很低，显示容量很难增大。随着TFT液晶显示器显示面积的增大，主流的高性能驱动方法均采用有源矩阵型。TFT_LCD的有源矩阵驱动也叫做开关矩阵驱动，其主要特点是在显示面板的各像素点设置开关元件(TFT)和信号存储电容。用M个行电极和和N个列电极交叉构成M×N点排列的显示矩阵，以M个行电极和N个列电极控制M×N个显示点就可以得到任意文字、图形和图像。由于点阵画面上的图像数据量庞大，在图像的发送端会把图像数据按时间坐标进行分解，并且转换成按时间顺序的串行信号，接受端显示器按时间顺序接受串行的信号，并把它处理成能显示的图像，这个过程称为“扫描”。

TFT-LCD的具体驱动过程一般采用“逐行扫描”的方式，即顺序选通某一个总线G上的显示点，例如选通栅线G1上的象素，则选通G1上所有的TFT，从G1起按顺序选到GM，称为一帧，将一帧的时间进行分割，则每个栅极分给一定的时间(称为选通时间)tl，t2，t3...tw，重复进行相同的动作，即完成一帧图像的驱动。数据线S1, S2, S3... Sn。的数据信号，由寻址信号通过控制开关的TFT，写入到象素电容Cc和存储电容Cs上成为象素电压。象素电压与公共电极上的电压之差驱动显示图像。然后，关断栅极总线G1上的所有TFT和由G1所选择的象素，保持到下一个寻址信号到来为止，直到再一次写入数据信号更新画面。所以，由于液晶上保持着数据信号施加的电压，实质上液晶在一帧时间内作静止动作。
每一帧周期内，除了正在被寻址的扫描行外，所有其他行的TFT栅极皆为地电位，TFT处于截止状态，存贮在这些象素电容上的电荷基板不变，灰度也不变，一直到下一帧到来为止。M行这样的信号依次传输到矩阵液晶显示屏上从而构成一帧图像。每帧重复一次上述过程，图像刷新一次。在行回扫的时间里，行存贮电容Cs上的电荷全部放电完毕，而后重新充电存入下一行图像信号。矩阵显示方式的大尺寸液晶显示屏幕，由于行列的数量均十分庞大，需要采用数片栅极驱动和源级驱动共同工作。第四章 液晶平板彩电背光板的工作原理
4.1液晶平板彩电背光板的工作原理简介
液晶的本身并不能发光，它只能对通过的光进行控制，为了产生逼真明亮的图像，所以液晶电视的显示屏都有一个高亮度，光谱范围宽类似太阳光的背光源。背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其主要作用是提供均匀的背景光源。背光板