液晶显示器件LCD.ppt

《液晶显示器件LCD.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《液晶显示器件LCD.ppt（165页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术Liquid Crystal Display第第第第33章章章章 液晶显示器件液晶显示器件液晶显示器件液晶显示器件(LCD)(LCD)LCD是是FPD中应用最广泛的；中应用最广泛的；具有低耗电、无幅射、无污染、省空间的优点；具有低耗电、无幅射、无污染、省空间的优点；没有画面闪烁问题，不会干扰其它电子装置；没有画面闪烁问题，不会干扰其它电子装置；可为用户显出清晰、犀利的画面，同时具有明亮、鲜艳的可为用户显出清晰、犀利的画面，同时具有明亮、鲜艳的色彩。色彩。日本、美国等因日本、美国等因LCD有与有与CRT相抗衡的优势提出相

2、抗衡的优势提出“90年年代将开始平板显示时代代将开始平板显示时代”。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术LCDMost mature flat panel technologyMajor share of FPD marketPoor intrinsic viewing angleRequires backlightInefficientSlowEffected by Temperature and sunlight 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术Advantages of LCDThe sharpness

3、of a LCD display is at maximum tweekness(干扰干扰).Zero geometric distortion at the native resolution of the panel.High peak intensity produces very bright images.Best for brightly lit environments.Screens are perfectly flat.Thin,with a small footprint.Consume little electricity and produce little heat

4、The LCD display unit is very light and can be put anywhere or moved anywhere in the house.Lack of flicker and low glare reduce eyestrain.西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术目前液晶显示器件的特点目前液晶显示器件的特点:1)低功耗低功耗(数十数十Wcm2)。用干电池长时间驱动、节能。用干电池长时间驱动、节能。2)工作电压低工作电压低(10V)。与大规模集成。与大规模集成LSI电路驱动电路相电路驱动电路相适应，能直接用适应

5、，能直接用IC驱动、驱动电路小型化、简单化、实用驱动、驱动电路小型化、简单化、实用性好。性好。3)平板器件薄型结构，无电磁辐射，寿命长。平板器件薄型结构，无电磁辐射，寿命长。4)显示面积可以从数显示面积可以从数mm2108吋。吋。5)图像无闪烁、无失真、可视界面大图像无闪烁、无失真、可视界面大 6)是受光型显示器件，即使在明亮的场所也能显示清晰。是受光型显示器件，即使在明亮的场所也能显示清晰。7)便于彩色化，可扩大显示功能和实现多样化显示。便于彩色化，可扩大显示功能和实现多样化显示。8)能投影放大显示，容易实现大画面显示能投影放大显示，容易实现大画面显示(数数m2)。西北大学信息科学与技术学院

6、西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术具有具有CRT无法比拟的优点无法比拟的优点：图像清晰度高图像清晰度高，一般来说都能达到，一般来说都能达到1024758像素，完像素，完全符合未来高清数字电视要求。全符合未来高清数字电视要求。机身轻薄，厚度在机身轻薄，厚度在4厘米以内厘米以内，仅有等离子电视的二分，仅有等离子电视的二分之一，是普通之一，是普通C R T电视厚度的十分之一左右。电视厚度的十分之一左右。使用寿命长使用寿命长，一般达到，一般达到50000小时以上，按一天使用小时以上，按一天使用8小时计算，可使用小时计算，可使用17年，比普通年，比普通CRT彩电使用寿命还长。彩电使用寿命

7、还长。环保节能环保节能，液晶电视采用逐行扫描与点阵成像，图像无，液晶电视采用逐行扫描与点阵成像，图像无闪烁，不会对人眼造成伤害。闪烁，不会对人眼造成伤害。21英寸液晶电视功率为英寸液晶电视功率为40瓦，瓦，30英寸为英寸为120瓦，比普通瓦，比普通CRT彩电省电。彩电省电。具有防爆性能。具有防爆性能。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术3.1 液晶的基本知识液晶的基本知识3.2 液晶的各种物理性质液晶的各种物理性质3.3 液晶的显示方式液晶的显示方式3.4 各种液晶材料各种液晶材料3.5 液晶显示器件的结构和制作液晶显示器件的结构和制作3.6 LCD的显

8、示形式和驱动方法的显示形式和驱动方法3.7 LCD应用应用 新型新型LCD西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术一、定义：一、定义：液晶液晶是一种介于液体和晶体是一种介于液体和晶体(固态固态)之间的中间态物质。之间的中间态物质。-是具有规则性分子排列的是具有规则性分子排列的有机化合物有机化合物，是液态晶体的，是液态晶体的总称。总称。-把把既有液体的流动性特性，又有类似晶体结构的有序既有液体的流动性特性，又有类似晶体结构的有序性即晶体光学各项异性性即晶体光学各项异性的晶体命名为流体晶体的晶体命名为流体晶体“液晶液晶”。物理性质：物理性质：在一定温度范围内有液

9、体的流动性、粘度、形在一定温度范围内有液体的流动性、粘度、形变等力学性质，又有晶体的热、光、电、磁等。变等力学性质，又有晶体的热、光、电、磁等。几乎都是有机物，分子结构呈棒状或近似棒状的细长形状。几乎都是有机物，分子结构呈棒状或近似棒状的细长形状。如如20-47室温下，液晶室温下，液晶MBBA(甲氧基亚苄基甲氧基亚苄基4-n丁丁基苯胺基苯胺)分子长度约为数分子长度约为数nm，宽仅有左右。，宽仅有左右。3.1 液晶的基本知识液晶的基本知识西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术二、发展二、发展早期：早期：1888年奥地利的植物学家莱尼茨尔（年奥地利的植物学家莱

10、尼茨尔（FReinitzer）)发现了发现了胆甾醇的苯甲酸酯和醋酸酯的胆甾醇的苯甲酸酯和醋酸酯的液晶性液晶性。在。在160土土15下呈乳白粘稠状下呈乳白粘稠状液体，并有美丽的珍珠光泽。液体，并有美丽的珍珠光泽。1889年德国物理学家莱曼年德国物理学家莱曼(OLehmann)在偏光显微镜下，观察到乳在偏光显微镜下，观察到乳白液体的白液体的双折射双折射现象，认为是一种具有流动性的晶体。现象，认为是一种具有流动性的晶体。定义为定义为“液晶液晶”。1963年美国无线电（年美国无线电（RCA)的威廉斯的威廉斯(Rwilliams)发现在向列型液晶发现在向列型液晶层上层上施加电压施加电压会使其变混浊。据先

11、驱者海麦尔会使其变混浊。据先驱者海麦尔(GHHeiImeier)发发现的液晶光学的特异性质现的液晶光学的特异性质制成了制成了液晶平板显示器件。液晶平板显示器件。1968年由年由Heilmeier等人发表的动态散射型等人发表的动态散射型(DS)和宾主型和宾主型(GH型型)LCD，我国我国1970年后年后，对液晶基础理论及相关连的真空技术、玻璃材料、电，对液晶基础理论及相关连的真空技术、玻璃材料、电子学等的发展均打下了基础。液晶器件应用产品有：全电子手表、微子学等的发展均打下了基础。液晶器件应用产品有：全电子手表、微型计算机、数字屏幕游戏机等型计算机、数字屏幕游戏机等1984年年：深圳中航天马公司

12、建成第一条：深圳中航天马公司建成第一条4in规格的规格的TNLCD生产线生产线.西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术近年来近年来，有超扭曲向列型，有超扭曲向列型(sTN-LCD，扭曲角，扭曲角180-240)单色，单色，蓝、黄模式，黑、白模式。有源矩阵蓝、黄模式，黑、白模式。有源矩阵(AM-LCD)，TFT-LCD型。型。1990年年6月月日本日本NEC出售出售PC计算机彩色计算机彩色TFTLCD（像素（像素640400个、个、20MHz的的CPU、40M字节的硬磁盘、外形尺寸仅字节的硬磁盘、外形尺寸仅1236.446cm3、重）、重）1999年年4代线

13、代线LCD用玻璃基板的尺寸用玻璃基板的尺寸680 mm880mm发展到发展到2006年年8代线代线的的2 200 mm2 400 mm。厚度为的。厚度为的12英寸英寸TFT液液晶面板晶面板,对比度为对比度为2 000 1,响应时间为响应时间为8 ms,像素为像素为1 280800,背光采用背光采用LED,向向OLED挑战挑战;并准备建并准备建10代生产线代生产线,目标是目标是40英英寸。寸。日本夏普公司日本夏普公司LCD技术处于领先，开发的技术处于领先，开发的4 0962 160像素的像素的64英寸英寸LCD对比度为对比度为2 000 1，确立了，确立了LCD超高分辨率的制高超高分辨率的制高点

14、点;采用改进采用改进MVA技术，已经技术，已经实现视角改善实现视角改善，光利用率大幅提高。，光利用率大幅提高。为改善运动图像边缘模糊问题，为改善运动图像边缘模糊问题，提高液晶响应速度提高液晶响应速度和扫描频率，和扫描频率，引入了背光扫描等措施，并据显示图像控制引入了背光扫描等措施，并据显示图像控制CCFL、LED背光背光源和源和曲线曲线实现了显示屏的高对比度实现了显示屏的高对比度。108英寸英寸LCDTV向向PDP挑战挑战;西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术三、液晶种类：三、液晶种类：1、据据液晶的形成方式液晶的形成方式分为：分为：热致液晶热致液晶(T

15、hermotropic Liquid Crystals)和和溶致液晶溶致液晶(Lyotropic Liquid Crystals)两大类。两大类。热致液晶热致液晶-当当液晶物质加热液晶物质加热时，在某温度范围内呈现出时，在某温度范围内呈现出各向异性的熔体；各向异性的熔体；此类液晶与显示器件关系密切，所用的大多是热致液此类液晶与显示器件关系密切，所用的大多是热致液晶物质晶物质溶致液晶溶致液晶-是是溶解于水或有机溶剂溶解于水或有机溶剂，具有和液体一样可，具有和液体一样可以流动，又类似于晶体各向异性性质的有机物质。以流动，又类似于晶体各向异性性质的有机物质。此类液晶在生物体中具有特殊意义，其组成和性

16、质正此类液晶在生物体中具有特殊意义，其组成和性质正受到重视。受到重视。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术热致液晶的形成：热致液晶的形成：既能从既能从固相加热固相加热，也能从，也能从液相冷却液相冷却而得到，而得到，称之为称之为相变相变。相变有两种情况相变有两种情况：一种称为：一种称为互变相变型互变相变型。当相变温度为。当相变温度为T1和和T2时，会产生有可逆相变。即时，会产生有可逆相变。即另一种称为另一种称为单变相变型单变相变型。在相变中。在相变中只有液体冷却时才能只有液体冷却时才能形成形成液晶相液晶相。另外，有一种液晶物质能够呈现出两种以上不同类。另外

17、，有一种液晶物质能够呈现出两种以上不同类型的液晶相，或若干近晶相。即型的液晶相，或若干近晶相。即 目前己发现的液晶有近万种。目前己发现的液晶有近万种。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术各向同性的各向同性的西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2、热致液晶、热致液晶thermotropic liquid crystals据分子排列据分子排列方式方式分为（在偏光镜下观察到的光学图案）：分为（在偏光镜下观察到的光学图案）：近近晶型、向列型、胆甾型三类晶型、向列型、胆甾型三类的分子排列。的分子排列。共同点共同点：具有细长棒

18、状分子结构，沿着分子轴方向具有细长棒状分子结构，沿着分子轴方向相互平行排列相互平行排列(取向有序取向有序)。向列相向列相 近晶相近晶相 胆甾相胆甾相西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术（1）近晶型液晶近晶型液晶(smectic)又称又称层状液晶层状液晶-分子呈棒状，分子呈棒状，长轴方向基本一致，分层排列。长轴方向基本一致，分层排列。每个分子都每个分子都垂直于层面或与层面成一定角度排列，其垂直于层面或与层面成一定角度排列，其分子分子层内层内结合力强、结合力强、层间层间结合比较弱，容易相互滑动，具有二结合比较弱，容易相互滑动，具有二维流体性质。维流体性质。粘

19、度与表面张力粘度与表面张力都较大，都较大，用手摸有似肥皂的滑涩感用手摸有似肥皂的滑涩感，对外，对外界的电、磁、温度变化都不敏感界的电、磁、温度变化都不敏感与普通液晶相比，具有高粘度的特性，在光学上显示正的与普通液晶相比，具有高粘度的特性，在光学上显示正的双折射性。双折射性。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术近晶型近晶型A层内分子的位置没有规则，层内分子的位置没有规则，指向矢垂直于层面，指向矢垂直于层面，近晶型近晶型C的指向矢稍有倾斜。的指向矢稍有倾斜。近晶型近晶型B层内分子的位置也是有序层内分子的位置也是有序的。的。随着温度的升高，随着温度的升高，近晶

20、型呈现这些近晶型呈现这些相按相按BCA的顺序相继出现。的顺序相继出现。大量分子宏观性排列方向的单位矢大量分子宏观性排列方向的单位矢称称指向矢指向矢-液晶分子的长轴方向液晶分子的长轴方向。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术近晶相液晶（近晶相液晶（Smectic）隧道显微镜下的近晶相层状液晶隧道显微镜下的近晶相层状液晶西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术在偏光显微镜下的图象在偏光显微镜下的图象西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术（2）向列型液晶）向列型液晶(Nematic)又称

21、又称丝状液晶丝状液晶 棒状分子相互平行棒状分子相互平行向一个方向排列向一个方向排列，但不分层，但不分层，重心自由重心自由在空间随机分布，在空间随机分布，分子轴向着同一方向分子轴向着同一方向(取向有序取向有序)，且各，且各个分子沿着分子轴的方向能够自由地移动。个分子沿着分子轴的方向能够自由地移动。富于流动性强、粘度小。富于流动性强、粘度小。显示正的双折射性。显示正的双折射性。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术向列相液晶（向列相液晶（Nematic）向列液晶在偏光显微镜下的图向列液晶在偏光显微镜下的图西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代

22、显示技术现代显示技术（3）胆甾型液晶）胆甾型液晶(cholesteric)又称又称螺旋状螺旋状 分子不一定是棒状的分子不一定是棒状的，排列具有近晶型液晶的，排列具有近晶型液晶的层状结构层状结构。同一薄层内，同一薄层内，所有分子相互平行排列，有一个固定的取向。所有分子相互平行排列，有一个固定的取向。不同薄层中不同薄层中分子的取向不相同，相邻两层的分子取向相差分子的取向不相同，相邻两层的分子取向相差15，各层之间的取向渐变可以连成一条空间扭转的各层之间的取向渐变可以连成一条空间扭转的螺旋线螺旋线。这种特殊的螺旋结构使液晶这种特殊的螺旋结构使液晶具有了旋光性具有了旋光性、选择性光散射选择性光散射和偏

23、振光二色性等和偏振光二色性等光学性质。光学性质。与近晶型和向列型液晶不同，具有负的双折射性质。与近晶型和向列型液晶不同，具有负的双折射性质。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术胆甾型液晶胆甾型液晶西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术液晶整体呈螺旋结构。螺距的长度是可见光波长的数液晶整体呈螺旋结构。螺距的长度是可见光波长的数量级。量级。由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，也由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，也可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起这个可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起这个

24、波长光的布拉格散射，呈某一种色彩。波长光的布拉格散射，呈某一种色彩。胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电场、胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改变颜色。变颜色。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术另外：（另外：（4）特异型：）特异型：a、盘型盘型：以苯环为核心的盘型酯类分子，有负的光

25、轴性：以苯环为核心的盘型酯类分子，有负的光轴性质，无旋光性，状如硬币，可形成柱状堆积，密堆一层层质，无旋光性，状如硬币，可形成柱状堆积，密堆一层层相同的排列堆叠。相同的排列堆叠。B、重入型重入型：降温过程中，在近晶相两端都出现的向列相，：降温过程中，在近晶相两端都出现的向列相，即一种奇妙的相变过程中，再次出现相同液晶的现象称即一种奇妙的相变过程中，再次出现相同液晶的现象称-。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术3.2 液晶的各种物理性质液晶的各种物理性质3.2.1 物理性质的各向异性物理性质的各向异性分子的轴向分子的轴向和垂直于分子长轴的方向和垂直于分子

26、长轴的方向有不同的物理性质：即折射率有不同的物理性质：即折射率n：nn，介电常数介电常数：、磁化率磁化率：电导率电导率：，粘度系数粘度系数：液晶长轴液晶长轴液晶短液晶短轴轴西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术1、介电常数各向异性：、介电常数各向异性：有两种情况：有两种情况：=-0或或0 当当o时（时（为为1020）为）为P型液晶型液晶-正介电各向异正介电各向异性液晶性液晶o时（时（为为-12）为）为N型液晶型液晶-负介电各向异性负介电各向异性液晶液晶另外，介电各向异性与液晶分子的极化度有关，在可见另外，介电各向异性与液晶分子的极化度有关，在可见光范围内液

27、晶常常是光范围内液晶常常是。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术有序参数有序参数S：液晶分子沿一定方向的平行排列虽有序，有序排列的程度的定量描述液晶分子沿一定方向的平行排列虽有序，有序排列的程度的定量描述即即S：图若一个液晶分子的长轴方向与分子群图若一个液晶分子的长轴方向与分子群长轴方向指向矢有一定夹角长轴方向指向矢有一定夹角时时取向有序参数用取向有序参数用角的平均值角的平均值(cos)表示，表示，故有序参数故有序参数S定义为：定义为：对各向同性液体，分子长轴的取向完全紊乱时，对各向同性液体，分子长轴的取向完全紊乱时，S0。当液晶分子群处于完全平行取向的

28、理想状态时，当液晶分子群处于完全平行取向的理想状态时，S1。Sl 的液晶分子排列时的液晶分子排列时温度条件必须是温度条件必须是0K。一般向列型液晶在一般向列型液晶在NI相变点附近的，在非常低的温度时相变点附近的，在非常低的温度时S。S值一值一般不受强电场或强磁场的影响。般不受强电场或强磁场的影响。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2、电导、电导各向异性各向异性：用表示：向列型的（离子沿分子轴相较容易）用表示：向列型的（离子沿分子轴相较容易）大于大于1，近晶型的（离子在层间隙易移动）小，近晶型的（离子在层间隙易移动）小于于1。温度增加，电导增加。温度增加

29、，电导增加。3、粘度、粘度：会影响器件的响应时间：会影响器件的响应时间r和下降时和下降时间间f，它越大两个时间延长，且温度增加，它越大两个时间延长，且温度增加,下降。分子链越长，下降。分子链越长，越大；极性越强越大；极性越强越大。越大。4、磁各向异性、磁各向异性：5、弹性常数各向异性、弹性常数各向异性：弯曲（：弯曲（bend）、扭曲）、扭曲twisted、展曲、展曲splay折射率的定义：光在其它介质中的传播速度与光在真空中的速度（折射率的定义：光在其它介质中的传播速度与光在真空中的速度（c）的比值。的比值。n=C/V得得V=C/n 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示

30、技术现代显示技术6、双折射：、双折射：光在液晶中传播时会发生双折射；光在液晶中传播时会发生双折射；折射率的各向异性折射率的各向异性，显示出双折射性。似单轴晶体有两个，显示出双折射性。似单轴晶体有两个不同的主折射率不同的主折射率n0和和ne。no-光电矢量振动方向与晶体光轴相垂直的光电矢量振动方向与晶体光轴相垂直的寻常光寻常光 ne-光电矢量振动方向与晶体光轴相平行的光电矢量振动方向与晶体光轴相平行的非寻常光非寻常光。extraordinary ray 通常通常非寻常光非寻常光的折射率的折射率ne大于大于寻常光的折射率寻常光的折射率n0，传播速度传播速度veUth时，由于胆甾型液晶相的螺旋结构松

31、弛，分子长轴时，由于胆甾型液晶相的螺旋结构松弛，分子长轴将将顺着电场方向顺着电场方向重新排列，重新排列，螺旋结构解体螺旋结构解体，向螺旋矩无限，向螺旋矩无限大的垂直排列的大的垂直排列的向列型液晶相转移向列型液晶相转移,液晶盒呈现液晶盒呈现透明状态。透明状态。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术 a.无外加电压无外加电压U=0 b.有外加电压有外加电压UUth PC型电光效应的原理图型电光效应的原理图西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术-是温度变化是温度变化使液晶的光学性质使液晶的光学性质发生变化的现象。发生变化的现

32、象。把经过垂面排列处理的把经过垂面排列处理的近晶型近晶型A(SA)液晶镶入透明电极液晶盒液晶镶入透明电极液晶盒中，加热中，加热液晶液晶成为各向同性成为各向同性液体液体。若急剧冷却若急剧冷却，分子混乱形成紊乱的焦锥排列，将变成，分子混乱形成紊乱的焦锥排列，将变成白色混浊白色混浊状态；状态；若缓慢冷却，若缓慢冷却，液晶排列成整齐垂面排列，将变成液晶排列成整齐垂面排列，将变成透明状态透明状态。加热或冷却使液晶温度变化，改变了液晶分子的排列状态。加热或冷却使液晶温度变化，改变了液晶分子的排列状态。显示状态变化。显示状态变化。已被广泛用于已被广泛用于激光束照射的热写式大容量显示激光束照射的热写式大容量显

33、示中。中。若在液晶盒一侧透明电极基板上装置一个加热电极，另一侧基若在液晶盒一侧透明电极基板上装置一个加热电极，另一侧基板上安装一个信号电极，加热的同时施加电场，则成为板上安装一个信号电极，加热的同时施加电场，则成为存储型存储型显示方式。显示方式。3.3.6 热光效应热光效应西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术3.3.7 How does it work&display1.Basic principle：LCDs work by the tiny pixels on the screen showing more than 20,000,000 colou

34、rs an LCD screen is a multilayered,sideways sandwich.A fluorescent light source,known as the backlight.This light passes through the first of two polarizing filters.The polarized light passes through a layer that contains thousands of liquid crystal pixels arrayed in tiny containers called cells.The

35、 cells are arrayed in rows across the screen;one or more cells make up one pixel.Electric leads around the edge of the LCD create an electric field that twists the crystal molecule,which lines the light up with the second polarizing filter and allows it to pass through it.西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现

36、代显示技术现代显示技术Transmissive&reflective LCDs:LCDs act as light valves,not light emitters,and thus rely on an external light source.Laptop screenbacklittransmissive displayPalm Pilot/Game Boyreflective display 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术2.TN技术：技术：TN结构结构中包括：垂直和水平方向的中包括：垂直和水平方向的偏光板偏光板、具有细纹沟槽的具有细纹

37、沟槽的配向膜配向膜、液晶、液晶材料材料及导电玻及导电玻璃璃基板基板。液晶分子依液晶分子依配向膜细沟槽方向配向膜细沟槽方向依序旋转排列依序旋转排列TN/STN虽然在色彩表现、反应速度等性能虽然在色彩表现、反应速度等性能方面，有低耗电及售价低优势，能有效满足方面，有低耗电及售价低优势，能有效满足中小尺寸产品在动画显示方面的需求，如手中小尺寸产品在动画显示方面的需求，如手机、机、PDA、数码相机、电子表、计算器等。、数码相机、电子表、计算器等。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术图图 TN-LCD响应速度响应速度西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术

38、学院现代显示技术现代显示技术3、超扭曲向列型、超扭曲向列型(STN-Super TN)STN结构基本和结构基本和TN的结构是一样的，的结构是一样的，为克服为克服TN型型及其他电光响应曲线及其他电光响应曲线不够陡峭不够陡峭而设计的，而设计的，TN显示器有显示器有很多行和列的显示很多行和列的显示，其开、关状，其开、关状态时的态时的电压差别很小电压差别很小，不适合多路寻址大信息量，不适合多路寻址大信息量显示的要求。显示的要求。1980年中期，由于超扭曲向列型（年中期，由于超扭曲向列型（STN）显示）显示器的出现而得到解决。器的出现而得到解决。STN超扭转式超扭转式向列场效应扭曲排列的液晶分子向列场效

39、应扭曲排列的液晶分子排列不是沿着排列不是沿着90o，而是，而是180270度度,将入射光旋转将入射光旋转180270o。随着扭曲角的增大，分子倾角随外加电压的变化很陡峭。随着扭曲角的增大，分子倾角随外加电压的变化很陡峭。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术入射线偏振光与入射线偏振光与n有有30o夹角夹角，透过液晶盒的光偏振状态变，透过液晶盒的光偏振状态变为为椭圆光椭圆光，检偏器出来的光有颜色，检偏器出来的光有颜色通过电场通过电场改变液晶分子的排列，达到改变旋光状态的目的。改变液

40、晶分子的排列，达到改变旋光状态的目的。在在点亮状态点亮状态像素显示倾向于像素显示倾向于黄颜色黄颜色，而在，而在关闭关闭状态为状态为蓝紫蓝紫色色。如果在传统单色如果在传统单色STN-LCD加加上彩色滤光片上彩色滤光片(color filter)并将单色显示矩阵之任一像素（并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素）分成三个子像素（sub-pixel），分别），分别通过彩色滤光片显示通过彩色滤光片显示红、黄、蓝红、黄、蓝三三原色原色，再经由三原色比例之调和，可显示出全彩模式的色，再经由三原色比例之调和，可显示出全彩模式的色彩。彩。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代

41、显示技术现代显示技术 液晶分子液晶分子扭曲角度扭曲角度以及光電特性曲線以及光電特性曲線*TFTTFT顯示器的顯示器的角度角度9090度度 STNSTN顯示器的顯示器的角度可達角度可達270270度度西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术图图 STN-LCD中间层中间层分子的倾斜角与约化电分子的倾斜角与约化电压的关系压的关系右图：响应参数可看出右图：响应参数可看出其开态和关态的电压非其开态和关态的电压非常接近。常接近。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术*COGCOG製造工程流程分解圖STNSTN液晶平面顯示器的液晶平

42、面顯示器的模組模組製程製程及其及其技術技術*後來而有後來而有:帶狀自動接合方式帶狀自動接合方式(TAB)(TAB)晶片在玻璃機板方式晶片在玻璃機板方式(COG)(COG)單石積體電路化方式單石積體電路化方式(Monolithic)(Monolithic)*早期技術早期技術:晶片在電路板晶片在電路板(COB)(COB)西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术4.LCD modes operationB VA RTTN 90 deg twistSTN 270 deg twist IPS：in plane switchingMVA:multidomain vert

43、ival alignmentOCB:optically self compensated birefringenceB-blue,VA-vertical alignment mode,RT-real-timeThe inexpensive TN(twisted nematic)+film display is the most common consumer display type 西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术IPS（In-Plane Switching，平面转换）技术是日立公司于，平面转换）技术是日立公司于2001推出的推出的液晶面板技术液晶

44、面板技术，俗称，俗称“Super TFT”，E-IPS广广视角面板视角面板 In the off state,all the molecules are aligned.With an electric field applied(horizontally across two electrodes in the same plane),the molecules tend to align with the field.Those molecules affected least by the field,but strongly by the adjacent rubbing layer,

45、stay in their original orientation+-electrodesLCmoleculesa:Transmissive(off)stateb:Dark(on)state+-LC+-+-LC西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术 In the vertically-aligned LCD,the LC molecules are switched from a condition in which they are all nearly vertical to the substrate(in the off state,left)t

46、o being more horizontal(the on state,right),where they can again affect the polarization of light passing through the panel.In this mode,the off state is again normally dark while the on state is light-transmitting.a:Transmissive(off)stateb:Dark(on)state西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术In this

47、type,different“domains,”in which the LC molecules are controlled in similar manners but in opposite directions,are defined by pairs of electrodes.This provides a more uniform overall appearance.MVA:Multi-domain Vertical Alignment,是广视角液晶面是广视角液晶面板技术板技术西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术1、向列型液晶、向列型液

48、晶的的TN型、型、GH型、型、ECB型、型、DS型等显示方型等显示方式的式的LCD的上升响应速度的上升响应速度r和下降响应速度和下降响应速度f：式中，式中，i和和Eii分别是液晶分别是液晶粘度系数粘度系数和和弹性模数弹性模数；d液晶盒厚度；液晶盒厚度；U外加电压。外加电压。2、胆甾型液晶、胆甾型液晶的相变（的相变（PC)型显示方式型显示方式LCD的的r、f，当，当螺距螺距p0厚度厚度d时：时：与粘度系数和弹性系数有关。与粘度系数和弹性系数有关。3.3.8 液晶显示器件的时间响应液晶显示器件的时间响应西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术响应时间被不断缩短，

49、响应时间被不断缩短，从早期的从早期的25ms到到16ms，再到，再到最近的最近的12ms甚至甚至8ms，一个简单的换算：一个简单的换算：30毫秒毫秒：1/0.030=每秒钟显示每秒钟显示33帧画面；帧画面；25毫秒毫秒：1/0.025=每秒钟显示每秒钟显示40帧画面；帧画面；16毫秒毫秒：1/0.016=每秒钟显示每秒钟显示63帧画面；帧画面；12毫秒毫秒：1/0.012=每秒钟显示每秒钟显示83帧画面帧画面。可看出可看出12ms的的LCD意味着液晶意味着液晶制造的一个巨大进步。制造的一个巨大进步。西北大学信息科学与技术学院西北大学信息科学与技术学院现代显示技术现代显示技术3.4.1 实用的液

50、晶材料实用的液晶材料LCD对液晶材料的对液晶材料的基本要求基本要求：1)从低温高温呈现液晶相，可在较宽温度范围内使用。从低温高温呈现液晶相，可在较宽温度范围内使用。2)有良好的化学稳定性和光化学稳定性，寿命长。有良好的化学稳定性和光化学稳定性，寿命长。3)粘度低，响应速度高。粘度低，响应速度高。4)各向异性大，适宜低压驱动。各向异性大，适宜低压驱动。5)双折射率的大小适应于增大显示对比度。双折射率的大小适应于增大显示对比度。6)三种弹性模数均衡，便于多路驱动。三种弹性模数均衡，便于多路驱动。7)分子排列整齐度高，即排列有序，以增大显示对比度。分子排列整齐度高，即排列有序，以增大显示对比度。对液