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第11章 液晶屏组件维修
液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分子排列的有机化合物。如果把它加热会呈现透明状的液体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态，具有液体与晶体的特性，故称之为液晶。液晶显示的原理简单地说，就是将置于两个电极之间的液晶通电，液晶分子的排列顺序在电极通电时会发生改变，从而改变透射光的光路，实现对影像的控制。
液晶屏的英文是Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，缩写为Thin FilmTransistor-LCD，简写为TFT-LCD或LCD，译为超薄膜晶体管液晶显示屏，是在画面中的每个像素内建晶体管，属于主动矩阵式液晶显示屏。
液晶屏组件按液晶屏的背光源类型分为两种：CCFL冷阴极背光源液晶屏组件、LED背光源液晶屏组件。前者方法应用在目前的液晶电视机上，后者仅用在少数高端液晶电视机上。两者区别也只是背光原理不一样。
11.1液晶屏组件的结构和工作原理
图11-1是液晶屏组件的内部结构及示意图。上部的前框、水平偏光片、彩色滤波片、液晶、TFT玻璃、垂直偏光片组装在一起称为液晶面板俗称液晶屏；中部的驱动IC与印刷电路称为行列驱动电路；下部的扩散片、扩散板、胶框、背光源、背板合称为背光源。
图11-2是液晶屏组件的电路框图。包括背光源、液晶面板（液晶屏）及行／列驱动电路。其中的行、列驱动电路直接连接在液晶屏的水平和垂直边缘上。
11. 1. 1液晶面板
图11-3是液晶屏面板的结构及示意图。上下设置有两块偏光板，两块偏光板内置两块玻璃基板，两块玻璃基板设置彩色滤光片、液晶材料、配线、反射板、导光板等。
（1）偏光板
图11-3是光的传输特性。从图11-4中可以看出，光波的行进方向是与电场及磁场互相垂直的，同时光波本身的电场与磁场分量，彼此也是互相垂直的。也就是说行进方向与电场及磁场分量，彼此是两两互相平行的。
图11-5是偏光板透光原理。偏光板的作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的分量，只准许与栅栏平行的分量通过。如拿起一片偏光板对着光源看，会感觉像是戴了太阳眼镜一般，光线变得较暗。如把两片偏光板叠在一起，旋转两片偏光板的相对角度，光线的亮度会越来越暗，当放置至两片偏光板的栅栏角度互相垂直时，光线就完全无法通过了。
液晶显示屏就是利用这个特性来完成的，在上下两片栅栏互相垂直的偏光板之间充满液晶，再利用电场控制液晶转动，来改变光的行进方向，如此一来，不同的电场大小就会形成不同灰阶亮度了。
（2）彩色滤光片
图11-6是彩色滤光片的常见排列方式。平时我们讲液晶屏的分辨率是多少，那么这个屏显示一幅图像的构成像素就有多少。每个像素均是由红、绿、蓝三原色按比例合成的。每个像素的红、绿、蓝原色的量值，则由这个像素点前面的红、绿、蓝滤光片各自的透过量决定。彩色滤光层的形状、尺寸、色泽配滤光层的形状、尺寸、色泽配列依不同用途的液晶显示屏而异。
资料
红、绿、蓝混色原理：如红色＋绿色＝黄色，红色＋蓝色＝紫色，绿色＋蓝色＝青色，适量的红绿蓝混合＝白色，红、绿、蓝均为零则为黑色。
图11-7是液晶电视机彩色滤光片的结构。在玻璃基板（Glass substrate）上制作防反射的黑色遮光层（又称BM层），再依序制作上具有透光性红、绿、蓝三原色的彩色滤光膜层，最后镀上透明导电膜（ITO Indium Tin Oxide）。
从图11-7中可以看出，每一组RGB滤光片并不是矩形，在其左下角有一块被黑色遮光层遮挡的部分，这一块黑色缺角的部分就是TFT（薄膜晶体管）的所在位置，主要是用来遮住不打算透光的部分，比如像是一些ITO的走线，或是Cr/A1的走线，或者是TFT的部分。
（3）液晶
图11-8是液晶的工作原理。液晶可以被光穿透，并影响光的偏振性。在液晶分子两端所加的电压不同，液晶分子的翻转程度不同，透过光的偏振性也不同。
液晶极性要求反转驱动，液晶必须以交流信号驱动。驱动方式有正极性驱动、负极性驱动两种。
正极性驱动要求：Vpixel＞ Vcom，即V像素电压＞V公共极电压。
负极性驱动要求：Vpixel < Vcom，即V像素电压<V公共极电压。
图11-9是液晶的亮度控制原理。从图11-9中可以看出，当TFT薄膜晶体管的G, D极输入的信号不同，该管的导通量不同，对电容充电电压不同，使两块玻璃电极之间的电压不同，液晶的转向角度不同，通过透光率不同，液晶屏的亮度不同。
（4） TFT管在液晶面板上的排列
图11-10是液晶面板上的TFT晶体管的排列图。行、列线有序连接有若干个TFT薄膜晶体管。
每一个TFT与并联的液晶电容CLc , CS存储电容表示一个显示的点，水平方向相邻的三个显示点组成一个像素。
换言之，水平方向每三个TFT管一组，分别控制一个像素点的红、绿、蓝滤光片的透光量，以控制该像素点的发光颜色。
① G栅极线G （Gate）栅极线，又称为行驱动线、扫描线（scan line）。对该行线的TFT管的栅极输入控制信号，用于控制像素在屏幕的逐行显示时间。
②S源极线S （source）源极线，又称列驱动线、数据线（DATA Line）。对该列线的TFT管源极输入数据式像素信号。
③液晶电容CLC CLC，全称Capacitor of Liquid Crystal，译为液晶电容，是液晶的上下两层玻璃之间形成的平行板电容器，其容量很少，约为0. 1pF，其上充得的电压无法保持到下一次再更新画面数据的时候。一般60Hz的画面更新频率，需要保持约16ms的时间。这样一来，电压有了变化，所显示的灰阶就会不正确。因此一般在面板的设计上，会再加一个电容，以便让充好电的电压能保持到下一次更新画面的时候。这个电容就是下面讲的储存电容。
④储存电容CS CS全称storage capacitor，译为储存电容，其容量约为0. 5pF。
⑤ TFT薄膜晶体管TFT全称Thin Film Transistor，译为薄膜晶体管，镶嵌在玻璃基板上，它相当于一个开关，主要的工作是决定液晶屏源极驱动（LCD source driver）上的电压是不是要充到这个显示点的液晶电容和储存电容来存。至于这个点的电容是否充电由外面输入的Gate电压高低决定，这个点要充到多高的电压，以便显示出怎样的灰阶，都是由外面的LCD source driver（电路图中多用source或S, DATA表示）信号决定。
图11-11是TFT管工作状态与G极电压的关系。当G极电压输入高电平High时导通，其源极Source与漏极Drain接通；当G电压输入为低电平Low时截止，其源极Source与漏极Drain断开。
（5） G极信号控制TFT逐行导通使像素逐行着屏
图11-12是一幅图像期间的TFT管栅．极输入波形
图，由上到下逐行顺序输出一个高电平，分别提供给G1-Gn行的TFT管的G极。每行为行扫描的一个周期。
T1时间，即第一行扫描期间，Gl输入高电平，开启第一行的TFT管，该行的所有TFT管导通，分别通过Sl, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8.....SM源极输入的像素信号，同时对A, B,C, D, E, F, G, H ...... m行的电容充电，此行的上述像素点同时着屏。在t1这个时间由于其他行TFT，管的G极输入低电平，TFT管截止，阻断像素信号。
t2时间，即第二行扫描期间，G2输入高电平，开启第二行的所有TFT管，该行的所有TFT管导通，分别通过S1, S2,S3, S4, S5, S6, S7, S8 ...... Sm源极输入的像素信号，同时着屏在Al, BI, C1DI, E1, F1, GI, H1 ...... m1像素点上。
其他时间依次类推。
图11-13是像素在液晶屏的着屏方式示意图。由上述的控制原理可知，像素一行一行着屏，先开启第一行，关闭其他行。接着关闭第一行（电极已经固定，所以显示颜色也已固定），开启第二行，其余仍保持关闭。依此类推，可完成整个图面的显示。
由上述分析可以看出，TFT薄膜晶体管作为一种电压控制开关，通过控制液晶屏上像素电压的写入与保持，以达到寻址的目的。
（6） TFT流入通过量与液晶电压
图11-14是TFT流入通过量提供给液晶的电压示意图。从图11-14中可以看出，液晶分子两极的输入电压，实则是Clc Cs的液晶电容和储存电容两端的电压，这个电压值的影响因素主要有三个：Vg栅极驱动电压变化，VS源极驱动电压变化，Vcom屏公共极电压变化，而这其中影响最大的就是Vg电压变化（经由Cg。或是CS）。
当Vg栅极驱动脉冲为高电平期间（Vgh）, TFT管G极电压高于D极，满足导通条件，TFT管导通，使S极输入的Vs源极驱动信号（像素信号）被通过并由D极输出Vd，对CLC 、 CS电容充电，在CLC , CS两端形成电压，提供给液晶分子两极，控制液晶扭转。
VS源极驱动输入的像素信号幅度越高，对CLC , CS充电量越大，CLC , Cs两端电压越高，液晶扭曲度越大，透射比越大，透过的光通量越大，显示点发光强，反之相反。
改变V Com公共极电压，可以改变所有CLC , Cs电容底部基准电压，以改变其两端电压差，改变整幅画面的亮度。
（7） Vcom屏公共极电压
图11-15是Veom屏公共极对液晶透光率的影响。液晶本身感受到的电压是VCom与Gamma（伽马校正）电压之间的压差。但实际上，每一灰阶是由Vcom与两正负周期的Gamma电压组成。所以当正负周期的压差不一样时，就会产生闪烁的现象。
