光电显示技术-液晶显示技术演示教学.ppt

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1、光电显示技术光电显示技术-液晶显示液晶显示技术技术2.液晶的晶相液晶的晶相 常常见液晶的晶相有向列相（液晶的晶相有向列相（nematic）、胆甾相）、胆甾相（cholesteric）和近晶相（）和近晶相（smectic）等。）等。图图3.3 3种常见液晶相种常见液晶相第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术（1）向列相）向列相 向列相亦称丝状相。它由长、径比很大的棒状分子组成。向列相亦称丝状相。它由长、径比很大的棒状分子组成。分子大致平行排列，质心位置杂乱无序，具有类似于普通分子大致平行排列，质心位置杂乱无序，具有类似于普通液体的流动性。液体的流动性。特点：特点：l向列液晶由于其液晶分子重心杂乱无

2、序，并可在三维范围向列液晶由于其液晶分子重心杂乱无序，并可在三维范围内移动，表现出液体的特征内移动，表现出液体的特征可流动性。可流动性。l所有分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴所有分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴晶体的光学特性（折射系数，沿着及垂直于这个有序排列晶体的光学特性（折射系数，沿着及垂直于这个有序排列的方向而不同），一般是单轴正性。的方向而不同），一般是单轴正性。l而在电学上又具有明显的介电各向异性，而在电学上又具有明显的介电各向异性，l由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动且分由于向列相液晶各个分子容易顺着长轴方向自由移动且分子的排列和运动比较自由

3、，致使向列相液晶具有的黏度小、子的排列和运动比较自由，致使向列相液晶具有的黏度小、富于流动性、对外界作用相当敏感等特点。富于流动性、对外界作用相当敏感等特点。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术（2）胆甾相）胆甾相 胆甾相亦称螺旋相。它可看作是由向列相平面重叠而成胆甾相亦称螺旋相。它可看作是由向列相平面重叠而成的，一个平面内的分子互相平行，逐次平面的分子方向成的，一个平面内的分子互相平行，逐次平面的分子方向成螺旋式（螺距螺旋式（螺距约3000），与可），与可见光波光波长同数量同数量级。特点：特点：光学上一般是光学上一般是单轴负性。性。向列相液晶与胆甾相液晶可以互相向列相液晶与胆甾相液晶可以互相

4、转换，在向列相液晶中，在向列相液晶中加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能将胆甾相光向列相材料，能将胆甾相转变成向列相。成向列相。胆甾相液晶在胆甾相液晶在显示技示技术中很有用，扭曲向列（中很有用，扭曲向列（twisted nematic，TN）、超扭曲向列（）、超扭曲向列（Super Twisted Nematic，STN）、相）、相变（phase change，PC）显示都是在向列相液晶示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的得的。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术（3）近

5、晶相：近晶相亦称）近晶相：近晶相亦称层状相或脂状相。它的分子分状相或脂状相。它的分子分层排列，排列，层内内分子互相平行，其方向可以是垂直于分子互相平行，其方向可以是垂直于层面，或与面，或与层面面倾斜，斜，层内分内分子子质心可以无序、能自由平移、似液体；或有序呈二心可以无序、能自由平移、似液体；或有序呈二维点点阵。分子。分子层与与层之之间的相关程度在不同的相中有的相关程度在不同的相中有强有弱。手征性分子化合物有弱。手征性分子化合物则可以以扭曲的螺旋片可以以扭曲的螺旋片层状出状出现，非扭曲型近晶相依其，非扭曲型近晶相依其发现先后，先后，以以A、B、C等命名等命名，如，如图3.4所示。近晶相因所示。

6、近晶相因为它的高度有序性，它的高度有序性，经常出常出现在在较低温的范例内。近晶液晶黏度大，分子不易低温的范例内。近晶液晶黏度大，分子不易转动，即响，即响应速度慢，一般不宜作速度慢，一般不宜作显示器件。示器件。图图3.4 近晶相示意图近晶相示意图A相的分子与层面垂直，层内分子质心相的分子与层面垂直，层内分子质心无序，像二维流体。层厚约等于或略无序，像二维流体。层厚约等于或略小于分子长度。含氰基（小于分子长度。含氰基（CN）化合）化合物的物的A相可能出现双分子层结构，为相可能出现双分子层结构，为1.22m。B相，片层内的分子质心排列成面心六角形，相，片层内的分子质心排列成面心六角形，分子垂直于层面

7、，片层之间的关联随材料不分子垂直于层面，片层之间的关联随材料不同各有强弱，同各有强弱，B相在光学上是单轴正性相在光学上是单轴正性 C相与相与A相在结构上唯一不同之处是分子相在结构上唯一不同之处是分子与层面倾斜，倾角各层相同并互相平行，与层面倾斜，倾角各层相同并互相平行，因此因此C相在光学上是双轴的。相在光学上是双轴的。C相由手性相由手性分子组成，与分子组成，与A相类似，不同的是分子在相类似，不同的是分子在层面上的投影像胆甾相那样呈螺旋状变层面上的投影像胆甾相那样呈螺旋状变化，光学上是单轴正性。对称性允许化，光学上是单轴正性。对称性允许C相相出现与分子垂直而与层面平行的自发极出现与分子垂直而与层

8、面平行的自发极化矢量，这就是铁电性液晶（化矢量，这就是铁电性液晶（1975年年R.B.迈耶等首次合成）迈耶等首次合成）第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术长形分子除上述形分子除上述3大大类结构外，构外，还有光学上各向异性的有光学上各向异性的D相，由若干相，由若干分子分子为一一组的的单元所构成的体心立方元所构成的体心立方结构。构。1977年，印度年，印度S.Chandrasekhar等合成了等合成了盘形分子液晶。形分子液晶。这些分子均具有一个扁平些分子均具有一个扁平的的圆形或形或椭圆形形刚性中心部分，周性中心部分，周围有有长而柔而柔软的脂肪族的脂肪族链。盘形形分子液晶具有向列相、胆甾相和柱状相分

9、子液晶具有向列相、胆甾相和柱状相3类结构。构。盘形分子的向列形分子的向列相和胆甾相与上述相和胆甾相与上述长形分子相似，只需把形分子相似，只需把长形分子的形分子的长棒棒轴用用盘形形分子的法向分子的法向轴代替即可。柱状相是代替即可。柱状相是盘形分子所特有的形分子所特有的结构，构，盘形分形分子在柱状相中堆子在柱状相中堆积成柱，在同一柱中分子成柱，在同一柱中分子间隔可以是隔可以是规则有序的，有序的，当然，柱状相也可以是不当然，柱状相也可以是不规则无序的，不同柱内的分子无序的，不同柱内的分子质心位置无心位置无相关性。各分子柱可以排列成六角形或相关性。各分子柱可以排列成六角形或长方形，如方形，如图3.5所

10、示。所示。图图3.5 柱状相液晶柱状相液晶第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术长形和形和盘形分子构成的液晶的各向异性与分子本身的不形分子构成的液晶的各向异性与分子本身的不对称形状有关。称形状有关。这些液晶的基本性些液晶的基本性质，绝大部分可以通大部分可以通过无无体体积的一的一维或二或二维分子模型来描述。分子模型来描述。相相变序列改序列改变温度温度时，长形分子各液晶相之形分子各液晶相之间的的转变序列序列可以有两种（冷却可以有两种（冷却时由右至左）：由右至左）：1）X-H（H）-G-F（F）-I-B-C（C）-A-N（N-B-B）-I。2）X-E-B-A-N-I。H（H）等表示）等表示H或或H，X

11、和和I分分别代表晶体和各向同性液体。代表晶体和各向同性液体。当然，特殊的液晶化合物并不一定具有上述所有的相。上当然，特殊的液晶化合物并不一定具有上述所有的相。上面的序列只是表明面的序列只是表明这些相如有出些相如有出现则以以这种种顺序。如表序。如表3.1所示的所示的长形分子的液晶相形分子的液晶相结构及相构及相变序列。序列。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术表表3.1 长形分子的液晶相形分子的液晶相结构及其相构及其相变序列序列第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术3.1.2 液晶的物理性液晶的物理性质液晶受液晶受扰动时，分子取向有恢复平行排列的能力，称，分子取向有恢复平行排列的能力，称为曲率曲率弹

12、性，性，弹性常数一般很小。向列相和胆甾相的分子性常数一般很小。向列相和胆甾相的分子取向改取向改变有有3种形式：展曲、扭曲、弯曲。近晶相种形式：展曲、扭曲、弯曲。近晶相发生形生形变时，层厚保持不厚保持不变，只有展曲和，只有展曲和层面位移引起的混合面位移引起的混合弹性。性。液晶既是抗磁体，又是介液晶既是抗磁体，又是介电材料，介材料，介电各向异性依材料各向异性依材料而定，并与而定，并与频率有关。液晶分子受外率有关。液晶分子受外电场或磁或磁场影响容影响容易改易改变取向。取向。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术譬如，把胆甾相放在与螺距相垂直的外磁场中，磁譬如，把胆甾相放在与螺距相垂直的外磁场中，磁场达

13、到数千高斯即可使螺距成为无穷大，胆甾相变场达到数千高斯即可使螺距成为无穷大，胆甾相变为向列相。液晶发生展曲或弯曲时，会产生极化甚为向列相。液晶发生展曲或弯曲时，会产生极化甚至产生空间电荷，这是由于形变使分子的电偶极矩至产生空间电荷，这是由于形变使分子的电偶极矩不再相互抵消，这种现象称为挠曲电效应。不再相互抵消，这种现象称为挠曲电效应。v 液晶是非线性光学材料，具有双折射性质。液晶是非线性光学材料，具有双折射性质。v液晶的缺陷有位错和向（斜）错两种，后者是由于分子取液晶的缺陷有位错和向（斜）错两种，后者是由于分子取向发生不连续变化引起的，向列相只有点向错和线向错；向发生不连续变化引起的，向列相只

14、有点向错和线向错；胆甾相可以有位错和向错。液晶缺陷的研究导致了对有序胆甾相可以有位错和向错。液晶缺陷的研究导致了对有序结构奇异性的拓扑分类。结构奇异性的拓扑分类。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术3.1.3 液晶的液晶的电气光学效气光学效应 液晶的特性与液晶的特性与结构介于固构介于固态晶体与各向同性液晶体与各向同性液体之体之间，是有序性的流体。从宏，是有序性的流体。从宏观物理性物理性质看，它看，它既具有液体的流既具有液体的流动性、黏滞性，又具有晶体的各向性、黏滞性，又具有晶体的各向异性，能像晶体一异性，能像晶体一样发生双折射、布拉格反射、衍生双折射、布拉格反射、衍射及旋光效射及旋光效应，也能

15、在外，也能在外场作用（如作用（如电、磁、磁场作用）作用）下下产生生热光、光、电光或磁光效光或磁光效应。液晶分子在某种排。液晶分子在某种排列状列状态下，通下，通过施加施加电场，将向着其它排列状，将向着其它排列状态变化，液晶的光学性化，液晶的光学性质也随之也随之变化。化。这种通种通过电学方学方法，法，产生光生光变化的化的现象称象称为液晶的液晶的电气光学效气光学效应，简称称电光效光效应（Electro-Optic Effect）。）。液晶的液晶的电光效光效应主要包括以下几种主要包括以下几种:1）液晶的双折射）液晶的双折射现象：液晶会像晶体那象：液晶会像晶体那样，因折射率的各向异性而因折射率的各向异性

16、而发生双折射生双折射现象，从象，从而呈而呈现出出许多有用的光学性多有用的光学性质：能使入射光能使入射光的前的前进方向偏于分子方向偏于分子长轴方向；能方向；能够改改变入入射光的偏振状射光的偏振状态或方向；能使入射偏振光以或方向；能使入射偏振光以左旋光或右旋光左旋光或右旋光进行反射或透射。行反射或透射。这些光学些光学性性质，都是液晶能作，都是液晶能作为显示材料示材料应用的重要用的重要原因原因.第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 2）电控双折射效控双折射效应：对液晶施加液晶施加电场，使液晶的排列，使液晶的排列方向方向发生生变化，因化，因为排列方向的改排列方向的改变，按照一定的偏振方，按照一定的偏振

17、方向入射的光，将在液晶中向入射的光，将在液晶中发生双折射生双折射现象。象。这一效一效应说明，明，液晶的光液晶的光轴可以由外可以由外电场改改变，光，光轴的的倾斜随斜随电场的的变化化而而变化，因而两双折射光束化，因而两双折射光束间的相位差也随之的相位差也随之变化，当入化，当入射光射光为复色光复色光时，出射光的，出射光的颜色也随之色也随之变化。因此液晶具化。因此液晶具有比晶体灵活多有比晶体灵活多变的的电旋光性旋光性质。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 3）动态散射：当在液晶两极加电压驱动时，由于电光）动态散射：当在液晶两极加电压驱动时，由于电光效应，液晶将产生不稳定性，透明的液晶会出现一排排均匀

18、效应，液晶将产生不稳定性，透明的液晶会出现一排排均匀的黑条纹，这些平行条纹彼此间隔数的黑条纹，这些平行条纹彼此间隔数10 m，可以用作光栅。，可以用作光栅。进一步提高电压，液晶不稳定性加强，出现湍流，从而产生进一步提高电压，液晶不稳定性加强，出现湍流，从而产生强烈的光散射，透明的液晶变得混浊不透明。断电后液晶又强烈的光散射，透明的液晶变得混浊不透明。断电后液晶又恢复了透明状态，这就是液晶的动态散射（恢复了透明状态，这就是液晶的动态散射（dynamic scattering）。液晶材料的动态散射是制造显示器件的重要）。液晶材料的动态散射是制造显示器件的重要依据。依据。4）旋旋光光效效应：在在液液

19、晶晶盒盒中中充充入入向向列列型型液液晶晶，把把两两玻玻璃璃片片绕在在与与它它们互互相相垂垂直直的的轴相相扭扭转90，向向列列型型液液晶晶的的内内部部就就发生生了了扭扭曲曲，这样就就形形成成了了一一个个具具有有扭扭曲曲排排列列的的向向列列型型液液晶晶的的液液晶晶盒盒。在在这样的的液液晶晶盒盒前前、后后放放置置起起偏偏振振片片和和检偏偏器器，并并使使其其偏偏振振化化方方向向平平行行，在在不不施施加加电场时，让一一束束白白光光射射入入，液液晶晶盒盒会会使使入入射射光光的的偏偏振振光光轴顺从液晶分子的扭曲而旋从液晶分子的扭曲而旋转90。5）宾主主效效应：将将二二向向色色性性染染料料掺入入液液晶晶中中，

20、并并均均匀匀混混合合起起来来，处在在液液晶晶分分子子中中的的染染料料分分子子将将顺着着液液晶晶指指向向矢矢量量方方向向排排列列。在在电压为零零时，染染料料分分子子与与液液晶晶分分子子都都平平行行于于基基片片排排列列，对可可见光光有有一一个个吸吸收收峰峰，当当电压达达到到某某一一值时，吸吸收收峰峰值大大为降降低低，使使透透射射光光的的光光谱发生生变化化。可可见，加加外外电场就就能能改改变液液晶晶盒盒的的颜色色，从从而而实现彩彩色色显示示。由由于于染染料料少少，且且以以液液晶晶方方向向为准准，所所以以染染料料为“宾”，液液晶晶则为“主主”，因因此此得得名名“宾主主（guest-host，G-H）”

21、效效应。电控控双双折折射射、旋旋光光效效应都都可可以以应用用于于彩彩色色显示示的的实现。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术3.2 液晶液晶显示器件示器件3.2.1 液晶液晶显示器件的构造示器件的构造图图3.6 典型典型LCD结构截面结构截面将设有透明电极的两块玻璃基板用环氧类黏合剂以46 m间隙进行封合，并把液晶封入其中而成，与液晶相接的玻璃基板表面有使液晶分子取向的膜。如果是彩色显示，在一侧的玻璃基板内面与像素相对应，设有由三基色形成的微彩色滤光片。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 LCD是非是非发光型的。其特点是光型的。其特点是视感舒适，而且是很感舒适，而且是很紧凑的平板型。凑的平板

22、型。LCD的的驱动由于模式的不同而多少由于模式的不同而多少有点区有点区别，但都有以下特点：，但都有以下特点：（1）是具有）是具有电学双向性的高学双向性的高电阻、阻、电容性器件，其容性器件，其驱动电压是交流的。是交流的。（2）在没有）在没有频率相依性的区域，率相依性的区域，对于施加于施加电压的有的有效效值响响应（铁电液晶除外）。液晶除外）。（3）是低）是低电压、低功耗工作型，、低功耗工作型，CMOS驱动也是可也是可以的。以的。（4）器件特性以及液晶物理性）器件特性以及液晶物理性质常数的温度系数比常数的温度系数比较大，响大，响应速度在低温下速度在低温下较慢。慢。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术

23、3.2.2 液晶液晶显示器件的示器件的显像原理像原理1.液晶的基本液晶的基本显示原理示原理 液晶的物理特性是：当通液晶的物理特性是：当通电时导通，排列通，排列变得有序，使光得有序，使光线容易通容易通过；不通；不通电时排列混排列混乱，阻止光乱，阻止光线通通过。让液晶如液晶如闸门般地阻隔或般地阻隔或让光光线穿透，从技穿透，从技术上上说，液晶面板包含了两，液晶面板包含了两片相当精致的无片相当精致的无钠玻璃素材，中玻璃素材，中间夹着一着一层液液晶。当光束通晶。当光束通过这层液晶液晶时，液晶本身会排排，液晶本身会排排站立或扭站立或扭转呈不呈不规则状，因而阻隔或使光束状，因而阻隔或使光束顺利通利通过。第第

24、3章章 液晶显示技术液晶显示技术（1）单色液晶色液晶显示器的原理示器的原理 LCD技技术是把液晶灌入两个列有是把液晶灌入两个列有细槽的平面之槽的平面之间。这两个平面上的两个平面上的槽互相垂直（相交成槽互相垂直（相交成90）。也就是）。也就是说，若一个平面上的分子南北向，若一个平面上的分子南北向排列，排列，则另一平面上的分子另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之西向排列，而位于两个平面之间的分子的分子被被强迫迫进入一种入一种90扭扭转的状的状态。由于光。由于光线顺着分子的排列方向着分子的排列方向传播，播，所以光所以光线经过液晶液晶时也被扭也被扭转90。但当液晶上加一个。但当液晶上加一个电压

25、时，分子，分子便会重新垂直排列，使光便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不能直射出去，而不发生任何扭生任何扭转。图图3.7 光线穿透示意图光线穿透示意图第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 LCD正是由正是由这样两个相互垂直的极化两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在光器构成，所以在正常情况下正常情况下应该阻断所有阻断所有试图穿透的光穿透的光线。但是，由于两个。但是，由于两个滤光器之光器之间充充满了扭曲液晶，所以在光了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个穿出第一个滤光器光器后，会被液晶分子扭后，会被液晶分子扭转90，最后从第二个，最后从第二个滤光器中穿出。光器中穿出。另一方面，若另一方面，若为液晶加

26、一个液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全，分子又会重新排列并完全平行，使光平行，使光线不再扭不再扭转，所以正好被第二个，所以正好被第二个滤光器光器挡住，如住，如图3.8所示。所示。总之，加之，加电将光将光线阻断，不加阻断，不加电则使光使光线射出。射出。图图3.8 光线阻断示意图光线阻断示意图第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 LCD由两由两块玻璃板构成，厚玻璃板构成，厚约1mm，其，其间由由5m的液的液晶材料均匀隔开。因晶材料均匀隔开。因为液晶材料本身并不液晶材料本身并不发光，所以在光，所以在显示屏两示屏两边都都设有作有作为光源的灯管，而在液晶光源的灯管，而在液晶显示屏背面有示屏背面有一一

27、块背光板（或称匀光板）和反光膜。背光板是由背光板（或称匀光板）和反光膜。背光板是由荧光物光物质组成的可以成的可以发射光射光线，其作用主要是提供均匀的背景光，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板源。背光板发出的光出的光线在穿在穿过第一第一层偏振偏振过滤层之后之后进入入包含成千上万水晶液滴的液晶包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶。液晶层中的水晶液滴都中的水晶液滴都被包含在被包含在细小的小的单元格元格结构中，一个或多个构中，一个或多个单元格构成屏元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的是透明的电极，极，电极分极分为行和列，在行与列的交叉点上，通行

28、和列，在行与列的交叉点上，通过改改变电压而而改改变液晶的旋光状液晶的旋光状态，液晶材料的作用，液晶材料的作用类似于一个个小的似于一个个小的光光阀。在液晶材料周。在液晶材料周边是控制是控制电路部分和路部分和驱动电路部分。路部分。当当LCD中的中的电极极产生生电场时，液晶分子就会，液晶分子就会产生扭曲，从生扭曲，从而将穿越其中的光而将穿越其中的光线进行有行有规则的折射，然后的折射，然后经过第二第二层过滤层的的过滤在屏幕上在屏幕上显示出来。示出来。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术（2）彩色）彩色LCD显示器工作原理示器工作原理在彩色在彩色LCD面板中，每一个像素都是由面板中，每一个像素都是由3个

29、液晶个液晶单元格构成，其中每一个元格构成，其中每一个单元格前面都分元格前面都分别有有红色、色、绿色或色或蓝色的色的过滤器。器。这样，通，通过不同不同单元格的光元格的光线就可以在屏幕上就可以在屏幕上显示出不同的示出不同的颜色。色。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术LCD与与CRT的的优缺点比缺点比较:LCD克服了克服了CRT体体积庞大、耗大、耗电和和闪烁的缺点，但同的缺点，但同时也也带来了造价来了造价过高、高、视角不广以及彩色角不广以及彩色显示不理想等示不理想等问题。CRT显示可示可选择一系列分辨率，而且能按屏幕一系列分辨率，而且能按屏幕要求加以要求加以调整，但整，但LCD屏只含有固定数量的液

30、晶屏只含有固定数量的液晶单元，元，只能在全屏幕使用一种分辨率只能在全屏幕使用一种分辨率显示。示。LCD显示屏包含了在示屏包含了在CRT技技术中未曾用到的一些中未曾用到的一些东西。西。为屏幕提供光源的是屏幕提供光源的是盘绕在其背后的在其背后的荧光管。有光管。有时，会会发现屏幕的某一部分出屏幕的某一部分出现异常亮的异常亮的线条，也可能出条，也可能出现一些不雅的条一些不雅的条纹，一幅特殊的浅色或深色，一幅特殊的浅色或深色图像会像会对相相邻的的显示区域造成影响。此外，一些相当精密的示区域造成影响。此外，一些相当精密的图案（比如案（比如经抖抖动处理的理的图像）可能在液晶像）可能在液晶显示屏上出示屏上出现

31、难看的波看的波纹或者干或者干扰纹。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术现在，几乎所有的在，几乎所有的应用于笔用于笔记本或桌面本或桌面系系统的的LCD都使用薄膜晶体管（都使用薄膜晶体管（TFT）激）激活液晶活液晶层中的中的单元格，元格，TFT-LCD技技术能能够显示更加清晰、明亮的示更加清晰、明亮的图像。早期的像。早期的LCD由于是非主由于是非主动发光器件，速度低、效率光器件，速度低、效率差、差、对比度小，比度小，虽然能然能够显示清晰的文示清晰的文字，但是在快速字，但是在快速显示示图像像时往往会往往会产生生阴影，影响阴影，影响视频的的显示效果。因此，如示效果。因此，如今只被今只被应用于需要黑白用

32、于需要黑白显示的掌上示的掌上电脑、呼机或手机中。呼机或手机中。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术（3）液晶）液晶显示器件的示器件的显示方式示方式LCD的的显示方式可分示方式可分为两种：两种：LCD面板本身面板本身为显示面的直示面的直观式；式；将将LCD面板的面板的图像放大投影到投影屏，以供像放大投影到投影屏，以供观看的看的投影式投影式 1）直）直观式式显示方式：示方式：这是直接是直接观看看显示面的方式。示面的方式。直直观式中有透射型、反射型、透射反射兼用型。式中有透射型、反射型、透射反射兼用型。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 2）投影式投影式显示方式：投影式是将示方式：投影式是将LCD

33、上写上写入的光学入的光学图像放大，投影到投影屏上的像放大，投影到投影屏上的方式，也称方式，也称为液晶光液晶光阀（LV）。）。图像的像的放大率和亮度可以通放大率和亮度可以通过加大投影用光源加大投影用光源的光的光强来提高。来提高。将光信息写入将光信息写入LCD的激励方式中有光写入的激励方式中有光写入方式、方式、热（激光）写入方式和（激光）写入方式和电写入写入（矩（矩阵驱动）方式。其中，利用）方式。其中，利用热写入写入方式方式还要并用要并用电场效效应。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术a光写入方式：基本的工作部分截面如光写入方式：基本的工作部分截面如图3.9所示，形成液晶和光所示，形成液晶和光导电

34、体双体双层结构，构，电压通通过透明透明电极均匀施加。光照部分因光极均匀施加。光照部分因光导电层的的电阻下降而将阻下降而将电压施加到液晶施加到液晶层，产生生电光效光效应。图图3.9 光写入方式液晶光阀的结构光写入方式液晶光阀的结构在实用的布局中做到，将高分辨率在实用的布局中做到，将高分辨率的小型的小型CRT图像用透镜在光导电层图像用透镜在光导电层成像，利用电子束轰击荧光面所产成像，利用电子束轰击荧光面所产生的光点在光导电层做出潜像，对生的光点在光导电层做出潜像，对液晶施加的电压进行空间调制，在液晶施加的电压进行空间调制，在液晶层形成图像。对该液晶层照射液晶层形成图像。对该液晶层照射投影用的强光，

35、将图像放大投影到投影用的强光，将图像放大投影到投影屏上。可以放大投影到投影屏上。可以放大投影到200450英寸的投影屏上，一般是高光束英寸的投影屏上，一般是高光束的，而且光功率很大。的，而且光功率很大。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术b热（激光）写入方式（激光）写入方式:这种方式的种方式的显示工作是由相示工作是由相变而来的，所利用的就而来的，所利用的就是光学是光学变化。化。这种方式的例子有向列、胆甾混合液晶种方式的例子有向列、胆甾混合液晶和和层列液晶。若将列液晶。若将这些液晶加些液晶加热到相到相变温度以上，然温度以上，然后急后急剧冷却，那么冷却，那么该部分由透明部分由透明组织变成排列紊乱的

36、成排列紊乱的不透明不透明组织。因此，利用。因此，利用红外激光束的偏外激光束的偏转，在，在LCD面板上面板上进行行扫描，就可在描，就可在LCD上写入高分辨率的上写入高分辨率的图像。像。写入的写入的图像可用照射光源和光学系像可用照射光源和光学系统进行放大投影，行放大投影，这种方式一般都有存种方式一般都有存储功能。功能。在在层列液晶中有两种常温下的列液晶中有两种常温下的层列相用于列相用于显示，即示，即透明以及各向同性相紊乱排列的不透明透明以及各向同性相紊乱排列的不透明组织。写入所。写入所用的是数毫瓦到用的是数毫瓦到500 mW的半的半导体激光器，擦除是通体激光器，擦除是通过对液晶液晶层施加高施加高电

37、场（数十千伏（数十千伏/厘米）或在向列相温厘米）或在向列相温度以上的冷却中施加低度以上的冷却中施加低电场而而进行。行。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术c电写入（矩阵驱动）方式：电写入方式中有简电写入（矩阵驱动）方式：电写入方式中有简单矩阵型和有源矩阵型。前者有单矩阵型和有源矩阵型。前者有STN模式、胆甾模式、胆甾类液晶的相变模式等被开发。实际应用的是后者，类液晶的相变模式等被开发。实际应用的是后者，其中有非晶硅薄膜晶体管（其中有非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）驱动）驱动LCD、多晶硅薄膜晶体管（多晶硅薄膜晶体管（P-Si TFT）驱动）驱动LCD、单晶、单晶硅硅MOS晶体管（晶体管（L

38、COS）驱动）驱动LCD。液晶主要采。液晶主要采用用TN模式，也有试用高分子分散型液晶的实例。模式，也有试用高分子分散型液晶的实例。在有源矩阵型中最常用的是下述的在有源矩阵型中最常用的是下述的TFT-LCD型投型投影液晶面板。影液晶面板。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 dTFT-LCD型：在直型：在直观式式LCD中中实现大型化很困大型化很困难。实现40英寸以上的大型画面最适当的方式是在投影英寸以上的大型画面最适当的方式是在投影屏上投影的屏上投影的显示方式。示方式。娱乐方面的方面的电视显示、示、办公公自自动化（化（OA）或会）或会议室、会室、会场的的计算机算机图像像显示都示都使用使用显示性

39、能示性能优异的异的TFT-LCD有源矩有源矩阵型。型。TFT-LCD的的尺寸尺寸为0.85英寸（画面英寸（画面对角角线长），其尺寸取决），其尺寸取决于光学系于光学系统、分辨率、分辨率、热设计、成本。投影、成本。投影显示装示装置与金属置与金属卤化物灯等的光源亮度也有关，但投影屏化物灯等的光源亮度也有关，但投影屏尺寸已达尺寸已达200英寸左右（英寸左右（对角角线长度），重要的是度），重要的是显示的高亮度和低功耗。示的高亮度和低功耗。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 利用利用TFT-LCD的彩色投影的彩色投影显示有以下几种方式：一是使用一个彩色示有以下几种方式：一是使用一个彩色LCD的的单板式；

40、二是将一个黑白型板式；二是将一个黑白型LCD和三原色双色和三原色双色镜组合起来的合起来的单板板式；三是将式；三是将3个黑白型个黑白型LCD和双色和双色滤光片或棱光片或棱镜式三基色分离光学系式三基色分离光学系统组合起来的三板式（参合起来的三板式（参见图3.10）等。）等。图图3.10 TFT-LCD投影装置的结构投影装置的结构投影方式中有从屏前投影方式中有从屏前面投影的前面投影方面投影的前面投影方式和从屏后面投影的式和从屏后面投影的背面投影方式。背面背面投影方式。背面投影方式在屏前的侧投影方式在屏前的侧表面上做了减轻外光表面上做了减轻外光反射的处理，因此即反射的处理，因此即使在比较亮的场所使使在

41、比较亮的场所使用也对对比度影响不用也对对比度影响不大，这是其优点。大，这是其优点。为了在某视角范围为了在某视角范围内提高显示图像的内提高显示图像的亮度，一般对投影亮度，一般对投影屏进行精加工，以屏进行精加工，以获得获得23倍的增益。倍的增益。视角虽变窄，但亮视角虽变窄，但亮度得到了提高，并度得到了提高，并从结构上加以改进，从结构上加以改进，以防止外光反射与以防止外光反射与对比度的下降对比度的下降。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术3.2.3液晶液晶显示器的分示器的分类 根根据据液液晶晶驱动方方式式分分类，可可将将目目前前LCD产品品分分为扭扭曲曲向向列列（TN）型型、超超扭扭曲曲向向列列（S

42、TN）型型及及薄薄膜膜晶晶体体管（管（TFT）型）型3大大类。1）扭曲向列型（）扭曲向列型（TN型）型）扭曲向列（扭曲向列（TN）型液晶）型液晶显示器的基本构造示器的基本构造为上下两上下两片片导电玻璃基板，其玻璃基板，其间注入向列型的液晶，上下基板注入向列型的液晶，上下基板外外侧各加上一片偏光板，另外在各加上一片偏光板，另外在导电膜上涂布一膜上涂布一层、摩擦后具有极摩擦后具有极细沟沟纹的配向膜。由于液晶分子的配向膜。由于液晶分子拥有液有液体的流体的流动特性，很容易特性，很容易顺着沟着沟纹方向排列，当液晶填方向排列，当液晶填入上下基板沟入上下基板沟纹方向，以方向，以90垂直配置的内部，接近垂直配

43、置的内部，接近基板沟基板沟纹的束的束缚力力较大，液晶分子会沿着上下基板沟大，液晶分子会沿着上下基板沟纹方向排列，中方向排列，中间部分的液晶分子束部分的液晶分子束缚力力较小，会形小，会形成扭成扭转排列，因排列，因为使用的液晶是向列型的液晶，且液使用的液晶是向列型的液晶，且液晶分子扭晶分子扭转90，故称，故称为TN型。型。以应用产品数量来看，近10亿台LCD应用产品中，TN型产品占7成左右，STN型占2.5成，TFT型仅占0.5成；若以产值来看，因TFT产品价格高，产值占LCD七成左右。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术 若不施加若不施加电压，则进入液晶入液晶组件的光会随件的光会随着液晶分子扭着

44、液晶分子扭转方向前方向前进，因上下两片偏光，因上下两片偏光板和配向膜同向，故光可通板和配向膜同向，故光可通过形成亮的状形成亮的状态；相反地，若施加相反地，若施加电压时，液晶分子朝施加，液晶分子朝施加电场方式排列，垂直于配向膜配列，方式排列，垂直于配向膜配列，则光无法光无法通通过第二片偏光板，形成暗的状第二片偏光板，形成暗的状态，以此种，以此种亮暗交替的方式可作亮暗交替的方式可作为显示用途。示用途。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术2）超扭曲向列型（超扭曲向列型（STN型）型）TN型液晶型液晶显示器在早期示器在早期电子表上使用子表上使用较多，但多，但其最大缺点其最大缺点为光光应答速度答速度较慢

45、，容易形成残影，因慢，容易形成残影，因此后期此后期发展出超扭曲向列（展出超扭曲向列（STN）型液晶）型液晶显示器。示器。STN显示示组件，其基本工作原理和件，其基本工作原理和TN型大致相型大致相同，不同的是液晶分子的配向同，不同的是液晶分子的配向处理和扭曲角度。理和扭曲角度。STN显示示组件必件必须预做配向做配向处理，使液晶分子与基理，使液晶分子与基板表面的初期板表面的初期倾斜角增加，此外，斜角增加，此外，STN显示示组件所件所使用的液晶中加入微量胆石醇液晶使向列型液晶可使用的液晶中加入微量胆石醇液晶使向列型液晶可以旋以旋转角度角度为80270，为TN的的23倍，故称倍，故称为STN型，型，T

46、N与与STN的比的比较见表表3.2及及图3.11。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术光 电 显 示 技 术 区区分分项目项目TNSTN扭曲角扭曲角90180270倾斜角倾斜角1247厚厚 度度510 m38 m间隙误差间隙误差0.5 m0.1 m表表3.2 N与与STN型组件的比较型组件的比较图图3.11 STN与与TN 型液晶分子的扭曲状态型液晶分子的扭曲状态 3）薄膜晶体管型薄膜晶体管型 薄膜晶体管（薄膜晶体管（TFT）型液晶）型液晶显示器采用了两示器采用了两夹层间填充液晶分子的填充液晶分子的设计。只不。只不过是把左是把左边夹层的的电极极改改为了了场效效应晶体管，而右晶体管，而右边夹层的

47、的电极改极改为了共通了共通电极。在光源极。在光源设计上，上，TFT的的显示采用示采用“背透式背透式”照射方照射方式。光源照射式。光源照射时先通先通过右偏振片向左透出，借助液晶右偏振片向左透出，借助液晶分子来分子来传导光光线。由于左右。由于左右夹层的的电极改成极改成FET电极和极和共通共通电极，在极，在FET电极极导通通时，液晶分子的表，液晶分子的表现如如TN液液晶的排列状晶的排列状态一一样会会发生改生改变，也通，也通过遮光和透光来遮光和透光来达到达到显示的目的。但不同的是，由于示的目的。但不同的是，由于FET晶体管具有晶体管具有电容效容效应，能，能够保持保持电位状位状态，先前透光的液晶分子会，

48、先前透光的液晶分子会一直保持一直保持这种状种状态，直到，直到FET电极下一次再加极下一次再加电改改变其其排列方式排列方式为止。相止。相对而言，而言，TN就没有就没有这个特性，液晶个特性，液晶分子一旦没有被施分子一旦没有被施压，立刻就返回原始状，立刻就返回原始状态，这是是TFT液晶和液晶和TN液晶液晶显示原理的最大不同。示原理的最大不同。第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术表表3.3 3种主要种主要类型型LCD产品的比品的比较项目项目TNSTNTFT驱动方式驱动方式单纯矩阵驱动的扭曲向列型单纯矩阵驱动的扭曲向列型单纯矩阵驱动的超扭曲向列型单纯矩阵驱动的超扭曲向列型主动矩阵驱动主动矩阵驱动视角大小

49、视角大小（可观赏（可观赏角度）角度）小小（视角（视角+30/观赏角度观赏角度60）中等中等（视角（视角+40）大大（视角（视角+70）画面对比画面对比最小最小（画面对比在（画面对比在20:1）中等中等最大最大（画面对比在（画面对比在1501）反应速度反应速度最慢最慢（无法显示动画）（无法显示动画）中等（中等（150 ms）最快（最快（40 ms）显示品质显示品质最差最差（无法显示较多像素，分辨（无法显示较多像素，分辨率较差）率较差）中等中等最佳最佳颜色颜色单色或黑色单色或黑色单色及彩色单色及彩色彩色彩色价格价格最便宜最便宜中等中等最贵（约最贵（约STN3倍）倍）适合产品适合产品电子表、电子计算

50、机、各种汽车、电子表、电子计算机、各种汽车、电器产品的数字显示器电器产品的数字显示器移动电话、移动电话、PDA、电子辞典、电子辞典、掌上型电脑、低档显示器掌上型电脑、低档显示器笔记本笔记本/掌上型电脑、掌上型电脑、PC显示器、显示器、背投电视、汽车导航系统背投电视、汽车导航系统第第3章章 液晶显示技术液晶显示技术3.2.4 液晶液晶显示器件的示器件的驱动 LCD驱动方式有静方式有静态、动态（多路或（多路或简单矩矩阵）、有源矩）、有源矩阵方式以及光束方式以及光束扫描描4种方式。其中，种方式。其中，驱动方式也可分方式也可分为刷新方式和存刷新方式和存储方式。前者是用小于人方式。前者是用小于人眼眼暂留