LCD Monitor 教育訓練教材

 

1.          基本概念

 

照度(Lumiance or Brightness) ：單位是cd/m²⁽或NITS)，以彩色分析儀量取，照度越大越亮。(普通為200~~250 cd/m²/ TV為500cd/m² )

 

對比(Contrast)：照度最大的值(全白的時候)除以照度最小的值(全黑的時候) ，Luminance (Maximum) / Luminance (Minimum) ，對比越高畫面月清晰。

 

均勻度(Uniformity)：

量取圖示九點，取最小值除以最大值

 

反映時間(Response Time)：等於上升時間(Tr+Tf)落下時間(晶體偏轉使光線透過/截斷之10%~90%這段時間,目前較普遍為16ms)

 

2.          簡介液晶

 

液晶的發現可回溯到1888年，當時奧地利植物學者Reinitzer在加熱安息香酸膽石醇時，意外發現異常的融解現象。因為此物質雖在145℃ 融解，卻呈現混濁的糊狀，達179℃ 時突然成為透明的潺潺液體;若從高溫往下降溫的過程觀察，在179℃ 突然成為糊狀液體，超過145℃ 時成為固體的結晶。其後由德國物理學者Lehmann^[1]利用偏光顯微鏡觀察此安息香酸膽石醇的混濁狀態 ，證實是一種「具有組織方位性的液體」(crystalline liquid)，至此才正式確認液晶的存在， 並開始了液晶的研究。

 

液晶特有的光電特性，可用來做為顯示用途，而目前市面上量產的平面液晶顯示器主要可分成三種，即ＴＮ型、ＳＴＮ型及ＴＦＴ型三種，以下分別加以說明：

 

ＴＮ型(Twisted Nematic)：

TN型液晶顯示器的基本構造為上下兩片導電玻璃基板，其間注入向列型(Nematic)的液晶，上下基板外側各加上一片偏光板，另外並在導電膜上塗佈一層摩擦過形成極細溝紋的配向膜，由於液晶分子擁有液體的流動特性，很容易順著溝紋方向排列，當液晶填入上下基板溝紋方向，以90度垂直配置的內部，接近基板溝紋的束縛力較大，液晶分子會沿著上下基板溝紋方向排列，中間部份的液晶分子束縛力較小，會形成扭轉排列，因為使用的液晶是向列型的液晶，且液晶分子扭轉90度，故稱為TN型。

　　若不施加電壓，則進入液晶元件的光會隨著液晶分子扭轉方向前進，因上下兩片偏光板和配向膜同向，故光可通過形成亮的狀態；相反地，若施加電壓時，液晶分子朝施加電場方式排列，垂直於配向膜配列(homogeneous)，則光無法通過第第二片偏光板，形成暗的狀態(如圖)，以此種亮暗交替的方式可做為顯示用途。

 

ＳＴＮ型(Super Twisted Nematic)：

ＴＮ型液晶顯示器在早期電子錶上使用甚多，但其最大缺點為光應答速度較慢，容易形成殘影，因此後期發展出新一代的液晶顯示器--ＳＴＮ型。

所謂ＳＴＮ顯示元件，其基本工作原理和ＴＮ型的工作原理大致相同，不同的是在液晶分子的配向處理和扭曲角度。ＳＴＮ顯示元件必須預做配向處理，使液晶分子與基板表面的初期傾斜角(Pre tilt angle)增加，此外，ＳＴＮ顯示元件所使用的nematic液晶中加入微量膽石醇（cholesteric）液晶使向列型液晶可以旋轉角度為80~270度，約為TN 的2~3倍，故稱為super twisted nematic型。ＳＴＮ型液晶由於應答速度較快，且可加上濾光片等方式使顯示器除了明暗變化以外，亦有顏色變化，形成彩色顯示器，其應用如早期筆記形電腦或現在的ＰＤＡ及電子辭典等。

 

ＴＦＴ型(Thin Film Transistor)：

ＴＦＴ型液晶顯示器與前兩種顯示器在基本元件及原理上皆類似，最大的不同點為驅動方式的不同，ＴＮ型和ＳＴＮ型皆採用單純矩陣式電路驅動，而ＴＦＴ型則採用精密矩陣式電路驅動。

 

 

3.          AD Board介紹

 

AD Board主要的功能是做scale，如前所述，LCD 只能接受固定的解析度，所以當輸入信號的解析度不等於LCD的解析度時，就無法正常顯示，這個時候就需要Scaler IC先把輸入信號的解析度放大(或縮小) ，才能讓LCD正常顯示。

上圖所示是一般Scaler IC的方塊圖，簡述如下：

       ADC：ADC的功用是把PC端送來的類比信號轉換成數位信號

       TMDS Decoder：將DVI的編碼信號解碼成數位信號

       Scaler：信號解析度的轉換，以符合LCD Panel的規格

以Novatek 68563為例，實際的應用如下圖所示，請參考：

 

4.          Inverter介紹

 

Inverter (逆變器)的功能很簡單，只是要點亮冷陰極管(CCFL)，下圖所示是一個逆變器的線路圖。

冷陰極管的工作原理與日光燈極為相似，主要的差異點是冷陰極管所需的電壓及頻率遠高於日光燈，大約在750Vac 40K—70K Hz之間。所以逆變器的功能就是把直流的12V電壓轉換成750Vac 40K—70K Hz的交流電。因為逆變器提供的是高壓高頻的電所以信賴性非常重要，如果選用品質差的元件會使效率降低，導致燒毀。

5.          LCD Panel不良現象解釋

壞點：可分為亮點或是暗點，亮點就是恆亮的點，暗點當然就是只恆暗的點，我們所謂 3 3 5的規格是指，亮點數不超過3點，暗點數不超過3 點，亮點加暗點不超過5 點。

二連點或三連點：兩個或三個壞點連在一起

暈點：畫面上出現如月暈般的點

異物：Panel裡面有灰塵或纖維

刮傷 (Scratch)：偏光片有刮痕

骯髒(Dust)：Panel內部有明顯大片的髒污

亮度不足或不均勻：冷陰極管不良造成

MURA：是指畫面上出現亮度不均勻的現象

Line Defect：無論在任何畫面下，都出現整條直線或橫線

Weak Line (弱線)：，有時會出現，有時又不見的橫線或直線

6﹐LCD框圖

 

7﹑A/D BOARD框圖

8﹑A/D BOARD框圖說明﹕

   1)﹐MCU: 主要控制LCD Monitor之各項參數指標及Scale輸出狀態﹐如﹕Brightness﹑Contrast﹑Color及Monitor ON/OFF等。

   2)﹐穩壓電路﹕主要提供MCU﹑Scale所需之+5V﹑3.3V﹑1.8V。

3)﹐Scale主要功能就是將輸入信號的格式轉換成LCD Panel所能接受的格式。一般的PC VGA Card輸出的信號是類比信號，高階的VGA Card則增加數位輸出信號，也就是DVI的輸出，因此現在的Scaler IC都可接受類比信號的輸入，有些Scaler IC則可接受數位信號(DVI)的輸入，價格會多US$0.5。現今市面上的LCD Monitor而言，19”大都有DVI的功能，17”則是部分機種有，15”都沒有DVI的功能。

9﹑LCD掃描方式﹕是以循序掃描(non-interlace)的方式顯示畫面。

10﹑解析度及其水平掃描頻率(Hsync)& 垂直掃描頻率(Vsync)

     所謂水平掃描頻率(Hsync)是指每秒掃描多少行，垂直掃描頻率(Vsync)是指每秒掃多少個畫面。

    例如：顯示模式1024X768 60Hz代表的意義是：

每一行有1024個點(Dot)

每一個畫面有 768行

每一秒顯示60個畫面

所以我們知道它的     Vsync = 60Hz

                                       Hsync = 60X768Hz = 46.08KHz

 

11﹑LCD Panel不良現象解釋

 

壞點：可分為亮點或是暗點，亮點就是恆亮的點，暗點當然就是只恆暗的點，我們所謂 3 3 5的規格是指，亮點數不超過3點，暗點數不超過3 點，亮點加暗點不超過5 點。

 

二連點或三連點：兩個或三個壞點連在一起

 

暈點：畫面上出現如月暈般的點

 

異物：Panel裡面有灰塵或纖維

 

刮傷 (Scratch)：偏光片有刮痕

 

骯髒(Dust)：Panel內部有明顯大片的髒污