LCD原理.ppt

1、LCD顯示理論及原理,液晶及液晶顯示器的發(fā)展簡(jiǎn)史 液晶顯示器的優(yōu)點(diǎn) LCD類型及結(jié)構(gòu) 液晶顯示原理 驅(qū)動(dòng)原理,1888年奧地利植物學(xué)家Friedrich Reinitzer在加熱苯甲酸脂晶體時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度升到145.5C時(shí)晶體融化成爲(wèi)乳白色粘稠的液體。再繼續(xù)加熱到178.5C時(shí)乳白粘稠的液體變成完全透明的液體。後經(jīng)德國(guó)卡爾斯呂愛(ài)大學(xué)教授Otto Lehmann研究，這種乳白粘稠的液體具有光學(xué)各向異性，因而建議稱之爲(wèi)液體晶體（Liquid Crystal）。,.液晶分類 1.1按宏觀狀態(tài) a.溶致液晶 b.熱致液晶 1.2 按分子排列 a.近晶相 b.向列相 c.膽甾相,液晶及液晶顯示器的發(fā)展簡(jiǎn)

2、史,熱致液晶的發(fā)現(xiàn),液晶的分類及特性,近晶相液晶,向列相液晶,膽甾相液晶,近晶相液晶:分子重心呈層狀每層內(nèi)分子長(zhǎng)軸方向一致分子長(zhǎng)軸與層面一般都有角度。近晶相具有二維流動(dòng)性粘度比向列相大具有正性雙折射性。,向列相液晶:分子重心位置自由分子長(zhǎng)軸方向一致。粘度小流動(dòng)性強(qiáng)?，F(xiàn)行顯示器常用。,膽甾相液晶:層狀結(jié)構(gòu)層內(nèi)分子是按向列液晶結(jié)構(gòu)排列分子長(zhǎng)軸在層內(nèi)呈與層面平行排列層間分子之間分子軸稍有一個(gè)角度使液晶整體結(jié)構(gòu)開(kāi)形成螺旋結(jié)構(gòu)具有旋光性?？捎米骺刂埔壕Х肿优帕械奶砑觿┮部芍苯佑糜跍囟茸兩壕?。,2.液晶特性 2.1液晶與溫度變化關(guān)系 固態(tài) 近晶相 向列相 各相同性液體,2.2液晶的電光效應(yīng),Tc-清

3、亮點(diǎn)(cleaning point),液晶顯示器分類,LCD的優(yōu)點(diǎn),1.低壓微功耗一般工作電壓10V以下電流只有幾人個(gè)m/cm2 。可與大規(guī)模集成電路直接匹配使便攜式電子計(jì)算機(jī)及電子儀表成為可能。,2.平板型結(jié)構(gòu)使用方便可在有限面積上容納最大信息量工藝易于大批量生產(chǎn)。,3.被動(dòng)顯示型液晶顯示器本身不發(fā)光而是靠調(diào)制外界光進(jìn)行顯示。依靠對(duì)光的不同反射呈現(xiàn)的對(duì)比度達(dá)到顯示的目的。被動(dòng)顯示更適合人的視覺(jué)習(xí)慣不會(huì)引起視覺(jué)上的疲勞不怕光沖刷。,4.顯示信息量大可做成高清晰度電視。,5.易于彩色化可在色譜非常準(zhǔn)確的呈現(xiàn)不會(huì)產(chǎn)生失真。,6.液晶顯示器工作時(shí)沒(méi)有電磁發(fā)射利于人體安全和信息 保密。,7.長(zhǎng)壽命幾乎

4、沒(méi)有什么劣化的問(wèn)題。,LCD類型及結(jié)構(gòu),1.LCD類型,TN(Twisted Nematic)-扭曲角900,HTN(High Twisted Nematic)-扭曲角9001800,STN(Super Twisted Nematic)-扭曲角18002700,FSTN(Film Compensated Super Twisted Nematic),CSTN(Color Super Twisted Nematic),2.LCD結(jié)構(gòu),TN、HTN、STN的結(jié)構(gòu)：,FSTN的結(jié)構(gòu),Color STN的結(jié)構(gòu)：,液晶顯示原理,1.偏光片簡(jiǎn)介,對(duì)自然光來(lái)說(shuō)，在垂直光傳播方向的平面內(nèi)，光波的振動(dòng)方向是隨機(jī)

5、分步的。如果光波振動(dòng)方向是沿一個(gè)方向，這樣的光線稱為線偏振光，這振動(dòng)方向稱為偏振方向。而偏光片的目的就是產(chǎn)生偏振光。偏光片有一個(gè)固定偏光軸，偏光片的作用是隻允許振動(dòng)方向與其偏光軸方向相同的光通過(guò)，而振動(dòng)方向與偏光軸垂直的光將被吸收。,自然光,在兩塊具有氧化銦錫透明電極的玻璃基板上，塗布取向?qū)印Ｈ会嵊媒q布沿一定方向摩擦，使在取向?qū)颖砻嫘纬煞较蛞恢碌奈⒓?xì)溝槽。保証兩塊玻璃基板上取向?qū)訙喜鄯较蛘粭l件下（成900），密封成一個(gè)盒，盒留有一個(gè)小口注液晶，再用封口膠封住口。在上下玻璃基板表面貼附偏光片。（上下偏光片透光軸平行時(shí)正態(tài)顯示，垂直時(shí)為負(fù)態(tài)顯示。） a.無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，由於上下取向?qū)訙喜鄯较蛘唬?/p>

6、扭曲效應(yīng)使液晶分子排列從上到下扭曲900.。當(dāng)上下偏光片正交時(shí)，由上偏光片入射的線偏振光經(jīng)液晶盒後就會(huì)由下偏光片射出。這時(shí)觀察到液晶盒呈現(xiàn)亮態(tài)。,2.TN顯示原理：,b.當(dāng)外加電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，電場(chǎng)力使液晶分子沿電場(chǎng)方向排列。同時(shí)電場(chǎng)力克服液晶分子間的作用力首先是中心層面的分子沿電場(chǎng)取向(垂直上下基板排列)隨著電場(chǎng)的增強(qiáng)從中心層步擴(kuò)展到上下基板。使得液晶全部垂直于上下基板排列。這時(shí)上下偏光軸垂直分步由上偏光片入射的線偏振光將無(wú)法通過(guò)下偏光片呈現(xiàn)暗態(tài)。,c.TN液晶顯示器是通過(guò)不加電場(chǎng)時(shí)由于液晶分子的扭曲效應(yīng)光可通過(guò)。施加電場(chǎng)后由于電場(chǎng)的作用使液晶沿電場(chǎng)方向排列光法通過(guò)。這樣形成黑白對(duì)比度不同達(dá)到顯

7、示的效果。,3.STN顯示原理,與顯示不同STN液晶盒內(nèi)液晶扭曲角為180270其顯示主要利用液晶的超扭曲效應(yīng)和雙折射效應(yīng)線偏振光片經(jīng)過(guò)液晶盒后得到的是橢偏振光因此STN是有顏色。,凌達(dá)光電,GiantPlus,光源,光源,a無(wú)電壓(V=0),b有電壓(VVth),STN顯示原理,對(duì)於TN及STN-LCD一般採(cǎi)用靜態(tài)驅(qū)動(dòng)或多路驅(qū)動(dòng)方式。這兩種方式相比較各有優(yōu)缺點(diǎn)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)回應(yīng)速度快、耗電少、驅(qū)動(dòng)電壓低，但驅(qū)動(dòng)電極度數(shù)必須與顯示筆段數(shù)相同，因而用途不如多路驅(qū)動(dòng)廣。 1. 靜態(tài)驅(qū)動(dòng) 1.基本思想 在相對(duì)應(yīng)的一對(duì)電極間連續(xù)外加電場(chǎng)或不外加電場(chǎng)。如圖1所示：,驅(qū)動(dòng)原理,圖 1.LCD靜態(tài)驅(qū)動(dòng)示意圖,其

8、驅(qū)動(dòng)電路原理如圖2：,2.驅(qū)動(dòng)波形,根據(jù)此電信號(hào)，筆段波形不是與公用波形同相就是反相。同相時(shí)液晶上無(wú)電場(chǎng)，LCD處?kù)斗沁x通狀態(tài)。反相時(shí)，液晶上施加了一矩形波。當(dāng)矩形波的電壓比液晶閾值高很多時(shí)，LCD處?kù)哆x通狀態(tài)。,圖 3.靜態(tài)波形,2. 多路驅(qū)動(dòng),圖 4.電極陣列,從多路驅(qū)動(dòng)的基本思想可以看出，不僅選通相素上施加有電壓，非選通相素上也施加了電壓。非選通時(shí)波形電壓與選通時(shí)波形電壓之比爲(wèi)偏壓比Bias=1/a。爲(wèi)了使選通相素之間及非選通相素之間顯示狀態(tài)一致，必須要求選點(diǎn)電壓Von一致，非選點(diǎn)電壓Voff一致。爲(wèi)了使相素在選通電壓作用下被選通；而在非選通電壓作用下不選通，必須要求LCD的光電性能有閾值特性，且越陡越好。但由於材料和模式的限制，LC