电视图像显示器件的结构和显像原理讲解.ppt

2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2 电视图像的结构和显像原理 2.1 显像管式电视机的结构和显像原理 2.1.1 显像管式电视机的结构 2.1.2 显像管的结构特点 2.2 液晶电视机的显像原理 2.2.1 液晶显示屏的结构特点 2.2.2 液晶材料和显示屏 2.2.3 液晶体的性能和特点,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.4 彩色液晶显示板、单色液晶显示板的结构和原理 2.2.5 液晶显示板的控制方法和等效电路 2.2.6 液晶电视机的相关电路 2.2.7 数字高清晰液晶显示器的典型结构 2.2.8 LED液晶电视 2.3 等离子电视机的显像原理 2.3.1 等离子体显示板的结构和工作原理 2.3.2 等离子体显示板的驱动电路,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.1 显像管式电视机的结构和显像原理2.1.1 显像管式电视机的结构 1电视机外壳：起保护支撑作用 2显像管：显示彩色图像 高压嘴：输送25kV的高压进显像管 偏转线圈：包括水平（行H）偏转线圈和竖直（场V）偏转线圈，提供电子束在水平和竖直方向偏转的磁场 色纯磁环（一对二极磁环组成）：调节色纯度 汇聚磁环（由一对四极磁环和一对六极磁环组成）：调节显像管屏幕边缘的三束电子束打中同一组荧光粉点 显像管管脚：接显像管驱动电路,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,3显像管驱动电路板：驱动显像管显示图像 4电子线路板：把接收到的电视射频信号进行处理，驱动显像管显示图像，驱动喇叭发出声音 5消磁线圈：每次开机瞬间给显像管消磁 6显像管工作条件：灯丝电压6.3V 阳极高压25kV左右 加速极电压400V左右 聚焦极电压5000V左右 阴极电压（R、G、B）130V左右 行场偏转磁场（H、V）,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.1.2 显像管的结构特点 1显像管屏幕的结构 荫罩板：荫罩板放在屏幕后面1cm处，上面有约50万小孔（一个像素对应一个小孔），作用是使R、G、B三束电子束在通过荫罩板小孔时只能轰击与之对应的荧光粉。荧光屏：由许多像素组成，每一像素由R、G、B三个像素点构成，R、G、B三个像素点按“品”字形排列。2电子枪的结构特点：发出R、G、B三束电子束，R、G、B三束电子束按“品”字形排列（与R、G、B荧光粉的排列方式相同）,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,3电子束的聚焦与偏转控制 电子束的聚焦：用电子透镜对电子束进行聚焦，通过调节聚焦电压使电子束聚焦成一个很小的点。电子束的偏转控制：用磁场偏转 4电子束与偏转线圈的关系：行场偏转电路行场偏转电流行场偏转磁场电子束在水平方向和竖直方向扫描电视图像,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2 液晶电视机的显像原理2.2.1 液晶显示屏的结构特点 液晶电视机的显示屏为薄板型，整机结构轻，所占空间小，摆放位置灵活。其结构示意图如图21、22、23所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,显示器外壳,液晶显示屏,电源开关及功能按键,显示器支架,图21 液晶显示器的前面板结构,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,电源插口,VGA接口,DIV接口,图22 液晶显示器的后面板结构,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,电源板与高压板,解码板,液晶驱动板,图23 液晶显示器的内部结构,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.2 液晶材料和显示屏 1液晶显示器部分的结构液晶电视的显示器件主要由彩色液晶显示屏构成，用于显示图像的液晶显示屏板是由很多整齐排列的像素单元构成的。每一个像素单元是由R、G、B三个小的三基色单元组成的。其结构示意图如图24所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图24 液晶显示器部分的结构,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2液晶电视机显示屏的结构（1）背部光源：背景照明灯、反射板、导光板、散光板（光扩散层）。（2）偏光板：把背景光变成偏振光。（3）玻璃基板：起支撑作用（4）像素电极：上面有很多驱动晶体管（薄膜晶体管TFT），内表面有配向膜，两电极内表面的配向膜方向相互垂直。配向膜的作用是：在无电场的情况下，规范液晶分子排列，使一个像素区域一层分子；逐步扭曲90度；并带动通过的偏振光也扭曲90度。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（5）对向电极：与像素电极间形成电场，内表面有配向膜，两电极内表面的配向膜方向相互垂直。配向膜的作用是：在无电场的情况下，规范液晶分子排列，使一个像素区域一层分子；逐步扭曲90度；并带动通过的偏振光也扭曲90度。（6）彩色网格滤光器：由R、G、B三基色透明片组成。（7）玻璃基板：起支撑作用（8）偏光板：透光方向与背部光源前的透光方向垂直 其结构示意图如图25所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图25 液晶电视机显示屏的结构示意图,背部光源,偏光板,像素,TFT,玻璃基板,透明导电膜(像素电极、驱动晶体管),透明导电膜(对向电极),彩色网格滤光器,玻璃基板,偏光板,TFT侧基板,液晶层(液晶被封入其中),对向电极侧基板,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,3液晶显示板的剖面图液晶显示板的剖面图如图26所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,背部光源,偏光板,玻璃基板,透明导电膜（像素电极）,定向膜（配向膜）,液晶,透明导电膜（对向电极）,定向膜（配向膜）,彩色网格滤光器,玻璃基板,偏光板,后基板,液晶层,前基板,液晶快门,透过的光图像,图26 液晶显示板的剖面图,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.3 液晶的性能和特点 1液晶的特性（1）物质的三种状态：物质一般有三种状态：固态（结晶状态）、液态、气态，这三种状态随温度的变化而相互转化。如图27所示。（2）液晶体的四种状态：固态（结晶状态）、液晶、液态、气态，这四种状态随温度的变化而相互转化。如图28所示。（3）液晶既具有液体的流动性的特点，又具有固体结晶态（规则性）的特点，液晶介于固态和液态两者之间，所以叫液晶。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图27 一般物质具有三态并随温度变化,固态（结晶）,液态,气态,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图28 液晶的四种状态并随温度变化,固态（结晶）,液晶,液态,气态,液晶既具有液体流动性的一面，又具有结晶体规则性排列的一面,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（5）液晶用于制作显示器，最主要的特点是，其中的分子排列受电场的控制。而液晶的透光性与分子的排列有关。液晶在自然状态时，其分子的排列是无规律的，当受到外电场的作用时，其分子的排列也随之变化。如图29所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,信号源,外加电场时分子的排列会发生变化,图29 液晶分子的排列与电场的关系,液晶,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2液晶屏的透光性（1）偏光板的功能：把自然光变成偏振光。自然光的振动方向在垂直于光的传播方向向各个方向振动的强度相同，通过偏光板使只有和偏光板透振方向相同的光可以透过。如图210所示。偏振光的偏振方向与偏光板的透振方向平行时，偏振光能透过偏光板，偏振光的偏振方向与偏光板的透振方向垂直时，偏振光不能透过偏光板，如图211所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图210 偏光板把自然光变成偏振光,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图211 偏光板对偏振光的透光示意图,偏光板的透振方向与偏振光的偏振方向平行时,偏光板的透振方向与偏振光的偏振方向垂直时,偏振光能透过偏光板亮,偏振光不能透过偏光板黑,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（2）定向膜（配向膜）的功能：配向膜的作用是：在无电场的情况下，规范液晶分子排列，使一个像素区域一层分子；逐步扭曲90度；并带动通过的偏振光也扭曲90度。如图212所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图212 定向膜（配向膜）的作用,无电场时,有电场时,定向膜（配向膜）,定向膜（配向膜）,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（3）液晶板的工作原理：未加电场时：背光源发出的白色光后偏光板产生与偏光板透振方向一致的偏振光未加电场的液晶分子的旋光作用使该偏振光旋转90度与前偏光板的透振方向一致而透出屏幕显示亮色。加电场时：背光源发出的白色光后偏光板产生与偏光板透振方向一致的偏振光加电场的液晶分子沿光的传播方向成直线排列，没有旋光作用与前偏光板的透振方向垂直而不能透出屏幕显示暗色。所加电场的强弱可以使液晶分子对光的旋光的强弱，从而改变透射光的强弱。通过R、G、B三基色混合就得到彩色图像。液晶板的工作原理如图213所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,未加电场状态,起偏板,背光源,亮态,暗态,液晶分子,那电场是如何产生的呢.,后配向膜的方向,透振方向,前配向膜的方向,检偏板,透振方向,加电场状态,图213 液晶板的工作原理,液晶是受电场影响而扮演光闸的角色,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.4 彩色液晶显示板、单色液晶显示板的 结构和原理 1彩色液晶显示板的结构和原理：在液晶层（液晶快门）的前面，设置由R、G、B栅条组成的滤光器，背光源发出的白光，通过液晶快门控制透光强弱，再穿过R、G、B三基色滤光片栅条，就可以看到彩色图像。其结构示意图如图214所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图214 彩色液晶显示板的显示原理,R,G,B,彩色光,白色光,彩色栅条滤光器,液晶快门,背部光源,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2单色液晶显示板的结构和原理：背光源发出的单色光，通过液晶快门控制透光强弱，就可以看到明暗不同的单色图像。其结构示意图如图215所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图215 单色液晶显示板的显示原理,单色光,单色光,液晶快门,背部光源,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2彩色液晶显示板显示彩色图像的原理：其结构示意图如图216所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,反射板,冷阴极灯管,导光板,冷阴极灯管,选通点（子像素）,TFT,液晶,彩色滤光片,玻璃基板,偏光片,散射图案,漫射板,偏光片,玻璃基板,图216 彩色液晶板的显示彩色图像的原理,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.5 液晶显示板的控制方法和等效电路 液晶显示板的控制方法：同步信号分离电路X轴的扫描信号薄膜晶体管TFT的栅极控制TFT的导通与截止导通时，数据信号电压（Y轴方向）能加到TFT的漏极（像素电极），在像素电极与与对向电极（公共端）间产生电场使液晶分子无旋光作用背景光不能透过，屏幕显示黑；截止时，数据信号电压（Y轴方向）不能加到TFT的漏极（像素电极），在像素电极与与对向电极（公共端）间没有电场使液晶分子有旋光作用背景光能透过，屏幕显示亮；透光时，由数据信号电压的大小控制透光强弱（反向控制，电压大透光弱，电压小透光强）。其结构示意图如图217所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,X0,X1,X2,Xm-1,Y0,Y1,Y2,Yn-1,Y3,X3,栅极驱动回路（方向）,数据线驱动回路（Y方向）,TFT,像素电极,液晶,对向电极侧玻璃基板,TFT侧玻璃基板,图像数据电压,图217 液晶显示板的驱动原理,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.6 液晶电视机的相关电路 1电视信号接收电路 2同步分离电路 3时序控制（高清晰度格式）电路 4矩阵电路 5轮廓校正电路 6图像调整电路 7色调校正电路 8时间轴扩展、水平分割、移相处理电路 9极性反转、放大、电平移位电路 其构成如图218所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,电视信号接收电路,矩阵,轮廓校正,图像调整,色调校正,时间轴扩展水平分割移相处理,极性反转放大电平移位,数据驱动,扫描驱动,时序控制（高清晰度格式）,同步分离,图218 高清晰液晶电视显示系统的构成,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.7 数字高清晰液晶显示器的典型结构 1主电路板：把输入接口的各种输入信号经过一系列的处理，变成驱动液晶板的控制信号（X轴、Y轴驱动）。2逆变器电路板：把电源电路的低压转换成驱动背景灯管的点亮电压（1800V左右）。3电源供电电路板：把220V（100V280V）变成电路中所需要的稳定直流低压为整机电路供电。4液晶显示板组件（LCD显示板组件）：把驱动液晶板的控制信号（X轴、Y轴驱动）通过液晶显示器显示出彩色图像。其构成如图219、220、221、222所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图219 数字高清晰液晶显示器的典型结构主板电路,EEPROM,波形整形回路,同步信号分离回路,EEPROM,TMDS接收电路,校正,驱动,LVDS,OSD,色变换,缩放处理,模拟信号处理,EEPROM,CPU,帧存储器,主电路板,DDC/CI,控制信号/时钟,数据控制信号,逆变器启动信号,3.3V,1.8V,3.3V,2.5V,1.8V,数字信号处理电路,直流直流变换器,电源部分稳压电路,AD变换器,波形整形回路,数字输入接口TMDS信号,串行时钟串行数据,模拟输入接口RGB信号,水平/垂直同步信号,DDC串行时钟串行数据,操作显示电路,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图220 数字高清晰液晶显示器的典型结构电源板,熔断器,AC整流回路,开关电路,过压过流保护电路,平滑整流电路,开关电源变压器,主电源开关,初级电路,次级电路,到主板,到逆变器电路板,电源电路板,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图221 数字高清晰液晶显示器的典型结构逆变器板,控制电路,振荡电路,高压变压器,PWM调光电路,灯管电流检测与保护电路,到LCD显示板组件背光灯管,逆变器电路板,背光灯驱动电路（多组）,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图222 数字高清晰液晶显示器的典型结构LCD显示板组件,控制电路,驱动电路,背光灯,背光灯,背光灯,背光灯,LCD显示板组件,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.2.8 LED液晶电视 LED背光源液晶电视机采用了LED发光二极管作为背光源，它与冷阴极荧光管背光源相比有5大优点：（1）超广色域，色彩更鲜艳（2）超薄外观（3）节能环保，能耗比冷阴极荧光管光源低52%（4）寿命更长，达10万小时（5）清晰度更高，对比度可达100000:1,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.3 等离子电视机的显像原理 等离子体显示板（PDP）是一种新型显示器件，其主要特点是：（1）整体呈扁平状，厚度可以在10cm以内，轻而薄，重量只有普通显像管的1/2。（2）由于它是自发光器件，亮度高、视角宽（达160），因此可以制成平板显示器，无几何失真，不受电磁干扰，图像稳定，寿命长。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.3 等离子电视机的显像原理2.3.1 等离子体显示板的结构和工作原理 1荧光灯、显像管、等离子体发光的比较（1）荧光灯的发光原理：荧光灯内充有微量的氩和水银蒸气。在交流电场的作用下，发生水银放电并放射出紫外线，从而激发灯管上的荧光粉，使之发出白色或乳色的荧光。荧光灯的发光原理如图223所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图223 荧光灯的发光原理,可见光,紫外线放射,水银放电,荧光粉,荧光灯发光原理,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（2）显像管（CRT）的发光原理：显像管的电子枪发射出高速的电子，射击到屏幕的荧光粉上，使荧光粉发光。显像管（CRT）的发光原理如图224所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图224 显像管（CRT）的发光原理,电子枪,电子束,荧光粉（RGB）,可见光,显像管（CRT）的发光原理,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（3）等离子体（PDP）的发光原理：等离子体的每个像素单元内的气体在电场的作用下发生电离（成为阴离子和阳离子，阴阳离子带的电荷数相等，电性相反叫等离子体）放电，产生紫外线，激发每个单元像素内的荧光粉发光。等离子体（PDP）的发光原理如图225所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图225 等离子体（PDP）的发光原理,背面玻璃基板,电极,等离子放电,电极,前面玻璃基板,紫外线放射,可见光,可见光,可见光,等离子体显示单元的发光原理,荧光粉,隔离体,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2等离子体显示单元的内部结构（1）等离子体显示单元的内部结构 如图226、227所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,G,B,R,地址电极（扫描电极）,前基板玻璃,介质层,保护膜(MgO),荧光粉,障壁,介质层,后基板玻璃,维持电极,数据电极,图226 PDP显示屏单元结构,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,数据电极,维持电极,地址电极（扫描电极）,可见光,荧光粉（G）,紫外线,隔离体,荧光粉（R）,荧光粉（B）,气体电离,气体放电,紫外线产生,荧光粉发光,显示,图227 PDP显示屏单元（像素）结构,背面玻璃,前面玻璃,保护膜氧化镁层（MgO）,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,3等离子体显示单元的发光过程（1）预备放电阶段：给地址电极和维持电极间加上电压，使单元内的气体开始电离，形成放电的条件。如图228所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图228 预备放电阶段,数据电极,地址电极,维持电极,荧光粉,预备放电,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（2）开始放电阶段：接着给数据电极和地址电极间加上电压，通常为65V75V，单元内的离子开始放电。如图229所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图229 开始放电阶段,壁电荷,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（3）放电发光与维持发光阶段：去掉数据电极上的电压，给地址电极和维持电极间加上交流电压，使单元内形成连续放电，从而可以维持发光。如图230所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图230 放电发光与维持发光阶段,紫外线,可见光,连续放电发光,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（4）消去放电阶段：去掉地址电极和维持电极间之间的交流电压，在单元内变成弱的放电状态，等待下一个帧周期放电发光的激励信号。如图231所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图231 消去放电阶段,弱放电,实际上显示电极（维持电极）与数据电极的位置是相互垂直的,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2.3.2 等离子体显示板的驱动电路 1等离子体显示板的驱动方式（1）点顺序驱动方式：即水平驱动信号和垂直驱动信号经开关顺次接通各电极的引线，水平电极和垂直电极的交叉点就形成对等离子体显示单元的控制电压，使水平驱动开关和垂直驱动开关顺次变化，就可以形成对整个画面的扫描。逐点显示、逐点消失：每个点在一场周期中的显示时间为一个像素点的显示时间。如图232所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图232 点顺序1 逐点显示、逐点消失,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,逐点显示、前点不消失：第一个像素点的显示时间为mT；第二个像素点的显示时间为（m1）T；第三个像素点的显示时间为（m2）T；最后一个像素点的显示时间为T（m：一个画面的像素点数；T：一个像素点的显示时间）。如图233所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图233 点顺序2逐点显示、前点不消失,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（2）线扫描驱动方式：垂直扫描方式与点顺序驱动方式的扫描方式相同，水平扫描是由排列在水平方向的一排驱动电路通过信号线同时驱动的，一次将驱动信号送到水平方向的一排像素点上。视频信号经处理后送到1H存储器上存储一个电视行的信号，这样配合垂直方向的驱动扫描一次就可以显示一行图像信号。逐行显示、逐行消失：每一行显示的时间为电视信号的行扫描周期。如图234所示 逐行显示、前行不消失。如图235所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图234 线扫描1逐行显示、逐行消失,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,逐行显示、前行不消失：第一行的显示时间为nTH；第二行的显示时间为（n1）TH；行的显示时间为（m2）TH；最后一行的显示时间为TH（n：一个画面的扫描行数；TH：电视信号的行扫描周期）。如图235所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图235 线扫描2逐行显示、前行不消失,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,（3）面扫描驱动方式：视频信号经处理后形成整个画面的驱动信号，一次将驱动信号送到显示板上所有的像素单元上，它所需要的电路比较复杂。但由于每个像素单元的发光时间长，一场中的显示时间等于一个场周期（25ms），因而亮度也非常高，特别适合室外的大型显示屏。如图236所示,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图236 面扫描,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,2高清晰度等离子大屏幕彩色电视机的方框图 显示屏的扫描行数为1035，每行的像素达1920，可实现高清晰的图像显示。视频信号经解码处理后将亮度信号Y和色差信号Pb、Pr或是用R、G、B信号送到等离子体显示器的信号处理电路中，首先进行AD变换和串并变换（SP），然后进行扫描方式的变换，将隔行扫描的信号变成逐行扫描的信号，再进行校正。校正后的信号存入帧存储器中，然后一帧一帧地输出，送到显示驱动电路中。来自视频信号处理电路的同步信号，送到信号处理电路的时序发生器，以此作为同步基准信号，为信号处理电路和扫描信号产生电路提供同步信号。如图237所示。,2 电视图像显示器件的结构和显像原理,图237 高清晰度等离子体大屏幕彩色电视机显示系统的电路方框图,A/D、S/P变换,逐行扫描变换电路,校正,帧存储器,输出处理,控制信号产生电路,时序信号产生器,阳极驱动电路（上）,阴极驱动电路,阳极驱动电路（下）,视频信号,Y、Pb、Pr或R、G、B,