“奇美”32寸液晶屏逻辑板(TCON)电路分析及故障检修(一、电路原理部分)

“奇美”32寸液晶屏逻辑板（TCON）电路分析及故障检修（一、电路原理部分）2012年2月3日郝铭发表评论阅读评论本文是对常见的“奇美”32寸液晶屏逻辑板（V315B3-LN1REV.C1），俗称TCON板的组成、结构、电路进行了详细的介绍，并对关键的单元电路进行了分析，弄懂电路的组成结构、分析透彻工作原理对其它任何液晶屏的逻辑驱动电路可以起到举一反三的效果。一、什么是时序控制电路，时序控制电路在液晶屏中的作用CRT伴随着电视的发明已经近一个世纪，在上个世纪的七十年中，活动视频图像信号的传输技术在不断的进步，但是终端图像的显示器件一直是采用的是CRT。这样几乎所有的视频图像信号的结构、标准均以CRT的显示特点而设计、制定的，这个专门为CRT显示制定的视频图像信号一直沿用至今。CRT的显示特点是利用荧光粉的余晖，把顺序着屏的像素信号采用行、场扫描的方式组合成图像，图1.1所示。为了适应CRT的这个显示特点，在发送端也利用扫描的方式在行、场同步信号控制下把图像分解成一个个像素，并按照时间的先后顺序的传送；并且以一行像素和一场像素的间隔插入行同步和场同步信号等，这是一个模拟信号，是一个随时间变化的单值函数，是一个像素随时间串行排列的图像信号。图1.1图1.2目前的液晶电视机均采用TFT液晶屏作为图像显示器件；这是一种从结构上，原理上完全不同于CRT的显示器件，它是一种需要行、列驱动的矩阵显示方式，图1.2所示。其图像显示驱动方式也完全不同于CRT图像显示驱动方式，但是液晶屏所显示的视频图像信号确仍然是原来专门为CRT设计、制定的视频图像信号，因为目前所有的视频图像信号源标准还是上个世纪；视频图像信号源的标准。现在的问题是；液晶屏能直接显示原来CRT显示的信号标准吗？回答是否定的；不能。但是只要在液晶屏的前端设置一个特殊的转换电路，图1.2中所示的“时序控制器”，就可以实现采用液晶屏就能显示只有CRT能显示的图像信号。这个“时序控制器”就是我们常说的：“时序控制电路”、“逻辑板电路”、“T-CON电路”，是液晶屏显示目前视频图像信号的关键部件，是一个能把供CRT显示的视频图像信号转换为供液晶屏显示的视频图像信号的部件。这个“时序控制电路”的位置就在；液晶屏和前端信号处理电路之间；前端信号处理电路处理的视频图像信号，经过这个电路转换后；再加到液晶屏上才能正确重现图像。早期的液晶屏上，这是一块独立的电路板（目前部分液晶电视为了降低成本，把这个“时序控制电路”和前端信号处理电路做到一块主板上）。这个电路如果出现故障；在液晶的屏幕上会出现一些在显像管屏幕上见不到的极为特殊的故障画面；例如花屏、图像缺损、图像灰度失真、图像灰暗、一根亮线、一根亮带、倒像等等，并且是常见故障，对于这些特殊故障的维修，就必须对这块逻辑电路板的原理有所了解，对这块电路板上关键点应有的电压值、波形能进行正确的测量，才能把故障排除。CRT是扫描组合图像，TFT液晶屏是矩阵显示组合图像。CRT显示的是按时间顺序排列的串行像素信号，像素是按照时间先后一个一个着屏，图1.3所示。液晶屏显示的是一行一行并行排列的像素信号，像素是（一行一行并行信号）一排一排的着屏，图1.4所示。这块时序控制电路的主要作用就是要把图1.3所示像素逐个“着屏”的视频图像信号，转换为图1.4所示像素以行为单位的一行一行的并行信号；并且按一定的时间顺序逐行“着屏”。图像信号的转换，这是一个极其复杂、精确的过程；先对信号进行存储，然后根据信号的标准及液晶屏的各项参数进行分析计算，根据计算的结果在按规定从存储器中读取预存的像素信号，并按照计算的要求重新组合排列读取的像素信号，成为液晶屏显示适应的信号。这个过程把信号的时间过程、排列顺序都进行了重新的编排，并且要产生控制各个电路工作的辅助信号。重新编排的像素信号在辅助信号的协调下，施加于液晶屏正确的重现图像。由于把像素信号原来排列的时间顺序打乱；重新进行排列，完全改变了像素信号的时间顺序关系。所以此电路称为：“时序控制电路”。时序控制的英语为；Timer-Control缩语为T-CON所以一般简称“替康”电路。图1.3图1.4二、时序控制电路的组成液晶屏的一个整体驱动电路包括；液晶屏源极驱动电路（列驱动电路）、液晶屏栅极驱动电路（行驱动电路）、时序控制电路、灰阶电压发生电路（伽马校正电压）、DC\DC变换电路组成，图1.5所示。由于液晶屏的电极引线达到数千条，所以直接向液晶屏施加信号的驱动集成电路（源极驱动和栅极驱动）直接连接在液晶屏的垂直（列）和水平（行）侧边上，，图1.6所示；图1.5连接于液晶屏周边的源极和栅极驱动电路，是由多块集成电路组合完成其驱动功能，电极引线多达数千条，这是在制造液晶屏的同时一并整体产生成型的；所以这部分出现故障（除非是供电故障）我们一般条件的维修人员是无法进行维修的（只能进行故障的判断）。图1.5虚线框内所示的部分，主要有“时序控制电路”、“灰阶电压发生电路”、“DC\DC变换电路”一般是做在一块独立的电路板上，我们平时所称的：“T-CON电路”就是指这一块电路。这块电路的用是把前端视频信号处理电路送来的数字视频图像信号（LVDS），转换为液晶屏周边源极驱动和栅极驱动集成电路所需的图像数据信号（RSDS）和源极驱动、栅极驱动电路工作必须的控制信号（STV、CKV、STH、CKH、POL），经过接口电路直接施加于液晶屏周边的驱动集成电路上。此T-CON电路出现故障极为特殊（其出现故障现象及故障画面是CRT电视机不会出现的）所以由CRT电视维修过度到液晶电视维修的难点也在于此。本文也主要是对此部分的原理、电路分析、故障维修作重点介绍。图1.6以一般的1280×768分辨率的液晶屏（宽屏）为例；其列电极线（屏源极驱动引线）就有3840（1280×3）根，行电极线（屏栅极驱动引线）有768根，这么巨大数量的信号线经过驱动电路和液晶屏连接是非常困难的，所以目前的液晶屏都把列驱动集成电路和行驱动集成电路直接镶嵌在液晶屏的周边上，如图1.6所示，图1.6中液晶屏左边是3块排列的行驱动集成电路，每块256只引脚，3块正好为768只引脚，液晶屏的上部有10块排列的列驱动集成电路，每块384只引脚，10块正好3840只引脚，完成了液晶屏图像矩阵显示的驱动。图1.7所示，就是为液晶屏行、列驱动电路提供驱动信号的独立电路板的实物图，我们平时把这块电路板称为；“T-CON板”、“时序控制电路板”或“液晶屏逻辑电路板”。图1.7图1.7所示的T-CON电路板，这是一块常见的“奇美”32寸液晶屏（奇美V315B3-LN1REV.C1屏T-CON板的实物）配套的“时序控制电路板，图中下部的接口是连接液晶电视机主板的LVDS信号输入接口，上部的两个接口是连接液晶屏周边源极、栅极驱动集成电路的接口（上部两个接口，分别控制液晶屏左半部和液晶屏右半部图像的显示）。这块TCON（时序控制）板和液晶屏周边的栅极驱动（行驱动）电路及源极驱动（列驱动）电路共同组成了；液晶屏逻辑驱动系统。这个逻辑驱动系统包括；源极驱动电路、栅极驱动电路、时序控制电路（TCON）、灰阶电压（伽马校正）产生电路及供电电路（DC~DC开关电源）组成。三、电路的功能1、源极驱动电路（列驱动电路）：产生源极驱动的像素信号；这个信号是由串行排列的图像数据信号（RSDS）经转换获得；信号必须具有驱动液晶屏成像的特点：（1）信号必须是以“行”为单位并行信号。（2）信号极性必须是逐行翻转的模拟信号（同一像素点相邻场信号是反相的）。（3）信号的幅度变化必须是经过伽马校正（Gamma）的符合液晶分子透光特性的像素信号。源极驱动电路在把串行的图像信号（RSDS）进行转换的过程非常复杂；源极驱动电路内部由“移位寄存器电路”、“锁存器电路”、“D/A变换电路”及“伽马校正电路”等组成，这些电路的工作，需要由时序控制电路产生的辅助控制信号（STH、CKH、POL等）进行配合完成的。图1.8所示是T-CON板信号流程图，图中可以看到由时序控制电路送往源极驱动电路的RSDS、STH、CKH、POL信号。图1.82、栅极驱动电路（行驱动电路）：逐行的由上向下的触发液晶屏的行电极线，使液晶屏源极驱动电路送来的一排一排像素信号逐行向下的“着屏”，排列组合成图像。产生一个逐行向下位移的触发正脉冲；以便触发液晶屏该行电极线连接的所有TFT开关管使其导通。这个正脉冲控制TFT开关导通的条件是；必须是脉冲到来时；开关能充分导通把源极信号顺利加到控制液晶分子扭曲的电极板上，为此；正脉冲电压有较高的电压幅度约+25V～+35V（VGH），在脉冲离开电极线时；又要保证这一行电极线上的开关必须是充分的关断、截止那么在触发脉冲离开行电极线后，为了保证开关的彻底关闭，行电极线上的电压为负电压；一般选取-5V（VGL）左右，这个控制TFT开关导通的正脉冲电压就是以后要介绍的叫VGH；控制TFT开关截止的负电压就是以后要介绍的叫VGL。栅极驱动电路在产生这样一个逐行移位的信号，主要由移位寄存器电路在辅助信号（STV、CKV）的配合下完成的。3、时序控制电路（T-CON）：就是把前端信号处理电路送来的LVDS信号经过逻辑转换；产生向“栅极驱动电路”及“源极驱动电路”提供为进一步转换需要的各种控制信号（STV、CKV、STH、CKH、POL）及图像数据信号（RSDS）。LVDS信号包括图像的RGB基色信号及行同步、场同步信号及时钟信号；这些信号进入时序控制电路后，RGB基色信号经过转换成为；RSDS图像数据信号。行、场同步信号经过转换转变成为栅极驱动电路和源极驱动电路工作所需的辅助控制信号STV、CKV、STH、CKH、POL。在转换的过程中根据不同的屏分辨率、屏尺寸、屏特性；由软件控制转换的过程。4、灰阶电压产生（伽马校正电压）：在液晶显示屏上；在源极驱动电路向液晶屏列电极施加一个幅度逐步变化的电压（像素信号电压）和液晶屏上产生光点的亮度的大小是一个严重畸变的非线性变化关系，是一个类似S形的曲线，图1.10所示（当电压等分变化，液晶屏透光率变化中间拉长，两边压缩）。图1.9图1.10对比图1.9显像管的电压/亮度曲线和图1.10的液晶屏的电压/亮度曲线；可以看出图1.9所示的显像管电压/亮度变化曲线只是在显像管低亮度区域，电压变化时亮度变化迟钝一些，中、高亮度变化时；和所加的控制电压变化已经非常接近了，并且在电视信号的发送端对信号的幅度变化已经根据显像管的这种特性进行了预矫正，所以显像管电视成像是就无需再增加针对显像管电压/亮度变化非线性特性的矫正电路。图1.11而图1.10所示的液晶屏亮度变化和所加的控制电压变化的关系，在低亮度和高亮度都严重的出现了电压正常变化亮度变化迅速，而在中等亮度时；电压变化正常而亮度甚至没有变化，这样重现的图像会出现非常难看的灰度（层次）失真，这是必须要予以解决的。这就是液晶屏的逻辑驱动电路里面有一个专门针对这种失真的电压校正电路，采用一序列幅度变化不成比例的预失真电压，这一系列的电压我们称为灰阶电压，电压组成的曲线,图1.11所示（透光率等分变化，电压变化中间拉长，两边压缩）。用这一系列变化的灰阶电压对；像素信号所携带的不同的亮度信息进行赋值；以纠正液晶屏的图像灰度失真。这个矫正就叫伽马校正。灰阶电压产生电路就是产生这一序列幅度变化不成比例的预失真电压的电路。至于伽马校正的过程；是这个一序列的幅度变化不成比例的预失真电压，进入液晶屏源极驱动集成电路以后每一个变化级差再经过16等分，总级数达到256级（8位），在源极驱动集成电路内部，根据像素信号携带的亮度分量（信息）对加到液晶屏源极的像素信号进行赋值，使之变成为幅度相应变化的源极模拟驱动信号。5、DC/DC变换电路：液晶屏逻辑驱动电路是一个独立系统。为了保证这个独立的系统各个部分的正常、稳定工作，这个部分工作的各种电源供电、VDD供电、栅极驱动供电（VGH、VGL）、源极驱动的伽马电压产生（VDA）专门设置了一个独立的开关电源供电；把液晶电视机主板开关电源的5V或者