液晶顯示技術(shù)02

1、第2章 液晶顯示器件n液晶顯示器件的分類n液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)n液晶顯示器件的主要性能參量n常見的液晶顯示器件2.1 液晶顯示器件的分類2.1.1根據(jù)根據(jù)電光效應(yīng)電光效應(yīng)分類分類 所謂電光效應(yīng)實(shí)際上是在電的作用下，使液晶分子的初始排列改變?yōu)槠渌呐帕行问健亩挂壕Ш械墓鈱W(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，也就是用“電”通過液晶對(duì)“光”進(jìn)行調(diào)制。 目前發(fā)現(xiàn)的電光效應(yīng)：電場效應(yīng)、電流效應(yīng)、熱電場效應(yīng)、電流效應(yīng)、熱光效應(yīng)和電熱寫入效應(yīng)光效應(yīng)和電熱寫入效應(yīng)。電光效應(yīng)電光效應(yīng)液晶顯示器件分類液晶顯示器件分類電場效應(yīng)扭曲向列型（TN）賓主效應(yīng)型（GH）相變型（PC）電控雙折射型（ECB）鐵電效應(yīng)型（FLC）超扭曲向列型（

2、STN）聚合物分散型（PDLC）電流效應(yīng)動(dòng)態(tài)散射型（DS）熱光效應(yīng)激光寫入型膽甾熱變色型2.1.2根據(jù)工作模式分類根據(jù)工作模式分類工作模式原理液晶類型分子排列變化偏光片顯示特性顯示狀態(tài)TN型電控旋光NP沿面扭曲垂直排列2片無存儲(chǔ)、可彩色化、可有源化透過率變化引起對(duì)比度變化DS型紊流散射Na離子沿面（垂直）紊流態(tài)疇無單色顯示透明白濁GH型電控二色性染料Np+DCh+D沿面垂面垂面沿面焦錐垂面垂面1片或無某些類型有存儲(chǔ)性、單色顯示顏色濃度的變化或散射ECB（HAN型）電控雙折射的光干涉Nn、Np沿面垂面垂面沿面混合排列垂面2片電控多色顯示電控多種干涉色顯示PC型光散身Np+ChNn+Ch沿面（垂面

3、）焦錐、焦錐垂面垂面無有存儲(chǔ)透明白濁白濁透明STN型（SBE型）SBE型）型）光干涉Np沿面扭曲180O270O垂面垂面2片黃藍(lán)模式及黑白模式路性好黃藍(lán)對(duì)比或黑白對(duì)比FLC型（SSFLC）SSFLC）光干涉N+SmCO沿面平行沿面平行2片高速響應(yīng)及存儲(chǔ)黑白對(duì)比PDLC型（NCAP）光散射Np+聚合物微囊中液晶各自異向垂面垂面無高速無閾值散射態(tài)透明熱光型光散射AmA,ChNn聚合物垂面（沿面）集錐（沿面）焦錐無有存儲(chǔ)性能激光寫入透明散射注：注：Np：正性向列液晶；Nn：負(fù)性向列液晶；Ch：膽甾型液晶；D：二色性染料；SMCo近晶型液晶；SmA：熱寫入近晶型液晶；PC：相變型；GH：賓主效應(yīng)型；E

4、CB：電控雙折射型；STN：超扭曲向列型；FLC：鐵電效應(yīng)型；PDLC：聚合物分散型；DAP：負(fù)介電各向拌性向列液晶垂直于液晶盒表面排列；HAN：正介電各向異性向列液晶一側(cè)垂直于液晶盒表面，另一側(cè)平行于液晶盤表面排列；SBE：超扭曲雙折射；SSFLC：表 面 穩(wěn) 定 鐵 電 效 應(yīng) 型 ； N C A P ： 弧 線 排 列 向 列 型 。2.1.3 液晶顯示器件的色彩化的實(shí)現(xiàn)方法和原理液晶顯示器件的色彩化的實(shí)現(xiàn)方法和原理色彩化方式實(shí)現(xiàn)方法原理液晶盒被動(dòng)部分分子排列液晶偏振片其他電控雙折射方式（ECB）電控液晶分子排列傾角電控雙折射引起的干涉色垂面、沿面混合Nn，NpNpNp+Nn2片無多向色

5、方式賓主效應(yīng)型GH）、二色性染料液晶染料二色性、二色性染料液晶垂面、沿面平面焦錐Np+D,Nn+DCh+D,Np無或1 1片片1片無扭曲向列方式+雙折射片+彩色偏振片+濾色片+膽甾膜干涉色二色性濾色選擇光散射沿面90O扭曲Np2片2片2片2片+雙折射片+彩色偏振片+濾色片+膽甾膜微彩色膜方式 +RGB微彩色膜方式RGB濾色混合TN或STNNp2片+RGB微彩色膜商品性分類商品性分類 實(shí)際應(yīng)用中有時(shí)并非需要從原理、結(jié)構(gòu)上去區(qū)分，而更多是要從商品角度、顯示方式或顯示性能上去區(qū)分，這樣對(duì)工程技術(shù)人員來說更實(shí)際，使用更方便些。n 從商品形式商品形式上可分為兩大類：液晶顯示器件( LCD)、液、液晶顯示

6、模塊。晶顯示模塊。n 從顯示方式顯示方式上可分為正性顯示、負(fù)性顯示、透過型顯示、反射型顯示、半透過型顯示、單色顯示和彩色顯示等。n 從顯示性能顯示性能上可分為常溫顯示、寬溫顯示、段形顯示、點(diǎn)陣顯示、字符顯示、圖形顯示、圖像顯示、非存儲(chǔ)型顯示、存儲(chǔ)型顯示等。2.2 液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)液晶顯示器件由于類型、用途不同，其結(jié)構(gòu)不可能完成相同。但是，它們的基本形態(tài)和結(jié)構(gòu)卻是大同小異的。2.2.1 TN 型LCD(Twisted Nematic)基本結(jié)構(gòu)典型的液晶顯示器件主要由偏光片偏光片、前玻璃前玻璃、封接邊封接邊、后玻璃后玻璃等大部件構(gòu)成。不同類型的液晶顯示器件的部分部件可能會(huì)有不同，如相變型、P

7、DLC、多穩(wěn)態(tài)型液晶顯示器件沒有偏光片，有源矩陣型液晶顯示器件在基板上制作有源矩陣電路等。但是所有液晶顯示器件都可以看作是由兩片刻有透明導(dǎo)電電極的基板，中間夾有一個(gè)液晶層，封裝成一個(gè)扁平盒構(gòu)成。如果需要偏光片，則將偏光片貼在導(dǎo)電玻璃的外表面上。典型TN型液晶顯示器件為例： 兩片光刻透明導(dǎo)電極圖形的平板玻璃相對(duì)放置在一起，使其間距67um，四周用環(huán)氧膠密封，但在一側(cè)封裝邊上留有一個(gè)開口，稱為液晶注入口。液晶材料即是通過該注入口在真空條件下注入的。注入后，用樹脂將開口密封，再在次液晶盒前后表面呈正交地貼上前后偏光片，即完成了一個(gè)液晶顯示器件。 作為扭曲向列型液晶顯示器件，在液晶盒內(nèi)表面還應(yīng)制作一層

8、定向?qū)?。該定向?qū)咏?jīng)定向處理后，可使液晶分子在液晶盒內(nèi)，在前后玻璃基板表面都呈沿面平行排列，而在前后玻璃基板之間液晶分子又呈90度扭曲排列。液晶顯示器件3大基本部件：（1）玻璃基板 玻璃基板是一種表面極其平整的浮法生產(chǎn)的薄玻璃片。在表面蒸鍍一層In2O3或者SnO2透明導(dǎo)電層，即ITO層。經(jīng)光刻加工制成透明導(dǎo)電圖形。這些圖形由像素圖形和外引線圖形組成。因此，外引線不能進(jìn)行傳統(tǒng)的錫焊，只能通過導(dǎo)電橡膠條或?qū)щ娔z帶等進(jìn)行連接。如果劃傷、割斷或腐蝕，就會(huì)制成器件報(bào)廢。（2）液晶材料 液晶材料是液晶顯示器件的主體。不同器件使用的液晶材料不同。液晶材料大都是由幾種乃至幾十種單體液晶材料混合而成，每種材料都

9、有自己固定的清亮點(diǎn)TL和結(jié)晶點(diǎn)TS。因此要求液晶顯示器件必須使用或保存在清亮點(diǎn)和結(jié)晶點(diǎn)之間的一定的溫度范圍內(nèi)。n 如果溫度過低，結(jié)晶會(huì)破壞液晶顯示器件的定向?qū)觧 如果溫度過高，液晶會(huì)失去液晶態(tài)。（3）偏光片 偏光片是用塑料薄膜材料制成。上面涂有一層光學(xué)壓敏膠，可以貼在液晶盒的表面，前偏光片表面還有一層保護(hù)膜，使用時(shí)應(yīng)該揭去。 偏光片怕高溫、高濕，會(huì)發(fā)生退偏振或起泡。2.2.2 液晶分子的沿面排列1.分子排列的種類2.液晶分子排列的方法 液晶分子的沿面排列取決于液晶與基片所構(gòu)成的界面狀態(tài)的取向效果?；砻娴木唧w處理方法：直接處理法直接處理法、間間接處理法接處理法和基片表面變形取向處理法基片表面

10、變形取向處理法3種。（1）直接處理法特點(diǎn)：特點(diǎn)：用具有垂直取向能力或平行取向能力的取向劑對(duì)基片表面進(jìn)行直接處理。在取向劑與液晶分子間產(chǎn)生的范德華力、偶極子之間的引力和氫鍵等物理化學(xué)的相互作用力是液晶分子的主要作用力。（2）間接處理法特點(diǎn)：特點(diǎn)：將取向劑（如卵磷脂、二元脂肪酸等）溶解在液晶中，注入到液晶盒中后，取向劑從液晶中析出而吸附在基片表面。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：取向工藝簡化。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：液晶中加入相當(dāng)量的取向劑，會(huì)是液晶性能劣化，其取向效果和可靠性和持久性比直接取向處理法差。（3）基片表面變形取向處理法將原來光滑的基片表面變成不光滑表面，通過不光滑表面與液晶的彈性相互作用，使液晶分子成一定的排列方向

11、而固定下來。主要作用：主要作用：可以使液晶分子的平行排列和傾斜排列方向固定下來，這是前兩種方法所不能實(shí)現(xiàn)的。常用方法：常用方法：n摩擦法：摩擦法：用棉花、人造棉、尼龍等順著一定方向輕輕摩擦基片表面或經(jīng)過平行取向劑處理過的基片表面。A.傾斜蒸鍍法傾斜蒸鍍法：把取向劑（如氧化硅）蒸鍍到基片上，鍍層厚度為10-100nm。經(jīng)過蒸鍍后，基片表面上形成的波紋表面與液晶分子相互作用，能實(shí)現(xiàn)特定的分子排列。2.2.3 液晶顯示器件的電極連接 液晶顯示器件的電極圖形雖然是看不見的透明導(dǎo)電圖形，但它決定了今后使用時(shí)所采用的控制和驅(qū)動(dòng)方式。 根據(jù)顯示像素，顯示像素，液晶顯示器件可分為兩大類：n 段型（段型（seg

12、mant）n 點(diǎn)矩陣（點(diǎn)矩陣（matrix）：普通矩陣、有源矩陣。1. 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)段型電極排布靜態(tài)驅(qū)動(dòng)段型電極排布電極分布與普通七段段式數(shù)碼管基本一致。段電極每個(gè)筆端有一個(gè)引出線，對(duì)應(yīng)的背電極則只有一個(gè)引線。2. 動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)段型電極排布動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)段型電極排布電極分布規(guī)則是前后對(duì)應(yīng)電極必須按不同組合連接，以使在任意前后一對(duì)對(duì)應(yīng)電極通電時(shí)，只有一個(gè)像素電極被選通。3. 普通點(diǎn)矩陣電極排布普通點(diǎn)矩陣電極排布實(shí)際上就是X方向和Y方向的兩組平行直線電極分布于前后玻璃基板上。只顯示字符只顯示字符：每隔若干條電極有一個(gè)間隔。圖形式點(diǎn)矩陣圖形式點(diǎn)矩陣：無間隔。為了不同需要，點(diǎn)矩陣的外引線可以是單側(cè)引出，也可以是雙側(cè)

13、、三側(cè)、四側(cè)引出。為了擴(kuò)展普通點(diǎn)矩陣的驅(qū)動(dòng)能力，還有多重矩陣及雙屏矩陣等排布。行同步列分割電極排布。4. 有源矩陣電極排布有源矩陣電極排布有源矩陣電極與普通液晶顯示器件電極不同，以TFT-LCD為例，其矩陣電極和有源器件均在同一側(cè)玻璃基板是，另一片玻璃基板上只是一個(gè)公共電極。2.3 液晶顯示器件的主要性能參量2.3.1 基本測試系統(tǒng)液晶顯示器件的基本測試系統(tǒng)是一套專用的電光測試系統(tǒng)。分為透射式、反射式?；緶y試系統(tǒng)是在規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)、恒定照明條件和一個(gè)恒定溫度條件下進(jìn)行測定的。1996年，由GB4619-1996代替GB4619-84.2.3.2 基本特性1.電光特性（1）閾值電壓不明顯；電光響應(yīng)的

14、陡度不夠大，不適應(yīng)多路驅(qū)動(dòng)。目前最好8-16路。（2）電光響應(yīng)速度慢；以前TN型液晶顯示器的響應(yīng)速度只有50-100ms。目前液晶電視可達(dá)到4ms。（3）光透過和光關(guān)閉不徹底；由于液晶分子排列有序參數(shù)不可能達(dá)到1.（4）電光響應(yīng)與工作電壓有關(guān)。2.電氣特性TN型液晶顯示器件是一種電場效應(yīng)器件，內(nèi)阻很大，電阻率達(dá)1010/cm2以上，電容僅為幾pF/cm2，因此只要施加很小電壓即可在液晶層兩側(cè)之間建立一個(gè)電場。電流不到1.0uA/cm2。TN型液晶顯示器件可以認(rèn)為是容抗型器件。交流驅(qū)動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)電流影響較大。比如：頻率由32Hz提高到200Hz，驅(qū)動(dòng)電流會(huì)增加5-10倍。3.溫度特性液晶

15、顯示器件的使用溫度范圍比較窄，溫度效應(yīng)也比較嚴(yán)重-主要缺點(diǎn)。溫度過高：高于清亮點(diǎn)Tc時(shí)，液晶態(tài)會(huì)消失。溫度過低：響應(yīng)速度會(huì)明顯變慢，直至結(jié)晶使液晶顯示器件損壞。目前：普通型- 0-40度（靜態(tài)驅(qū)動(dòng)型）； 普通型- 5-40度（動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)型）； 寬溫型- -10-60度。2.4 常見的液晶顯示器件n液晶顯示的三種方式：反射式、透射式、投影式。n簡單介紹：扭曲向列液晶顯示器件（TN型）、 動(dòng)態(tài)散射液晶顯示器件（DS）、 電控雙折射液晶顯示器件、 賓主彩色液晶顯示器件（GH）。2.4.1 液晶顯示的3種方式1.反射式反射式可以利用外光，介紹功率，TN型液晶顯示器件一般工作在反射式。入射光先穿過液晶盒，

16、然后被反射器反射。反射器由一個(gè)漫反射器和一個(gè)鏡面組成，他們粘附在底玻璃外表面上。當(dāng)上下兩個(gè)偏振片正交且沒有加電時(shí)，光通過上偏光片，變成線偏振光，經(jīng)過液晶層時(shí)，偏振方向旋轉(zhuǎn)90，剛好可通過下偏光片到達(dá)反射器，反射回來的光的偏光性沒有改變，又再次穿過液晶盒和上偏光片到達(dá)人眼。當(dāng)加上足夠高的電壓后，液晶分子將于電場平行，光的偏振面不再發(fā)生旋轉(zhuǎn)，所以光不能穿過液晶盒到達(dá)發(fā)射面。2.透射式TN型液晶也可以工作于透射式。當(dāng)上下兩塊玻璃之間沒有施加電壓時(shí), 液晶的排列會(huì)依照上下兩塊玻璃的配向膜而定. 對(duì)于TN型的液晶來說, 上下的配向膜的角度差恰為90度，所以液晶分子的排列由上而下會(huì)自動(dòng)旋轉(zhuǎn)90度, 當(dāng)入射

17、的光線經(jīng)過上面的偏光板時(shí), 會(huì)只剩下單方向極化的光波. 通過液晶分子時(shí), 由于液晶分子總共旋轉(zhuǎn)了90度, 所以當(dāng)光波到達(dá)下層偏光板時(shí), 光波的極化方向恰好轉(zhuǎn)了90度. 而下層的偏光板與上層偏光板, 角度也是恰好差異90度。所以光線便可以順利的通過, 但是如果對(duì)上下兩塊玻璃之間施加電壓時(shí), 由于TN型液晶多為介電系數(shù)異方性為正型的液晶(/ ), 所以從圖中便可以看到, 液晶分子的排列都變成站立著的. 此時(shí)通過上層偏光板的單方向的極化光波, 經(jīng)過液晶分子時(shí)便不會(huì)改變極化方向, 因此就無法通過下層偏光板. NW(Normally white),是指當(dāng)對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí), 所看到的面板是透光的畫面

18、, 也就是亮的畫面, 所以才叫做normally white. 而反過來, 當(dāng)對(duì)液晶面板不施加電壓時(shí), 如果面板無法透光, 看起來是黑色的話, 就稱之為NB(Normally black). 為什么會(huì)有NW與NB這兩種不同的偏光板配置呢? 主要是為了不同的應(yīng)用環(huán)境. 一般應(yīng)用于桌上型計(jì)算機(jī)或是筆記型計(jì)算機(jī), 大多為NW的配置. 那是因?yàn)? 如果你注意到一般計(jì)算機(jī)軟件的使用環(huán)境, 你會(huì)發(fā)現(xiàn)整個(gè)屏幕大多是亮點(diǎn), 也就是說計(jì)算機(jī)軟件多為白底黑字的應(yīng)用. 既然亮著的點(diǎn)占大多數(shù), 使用NW當(dāng)然比較方便. 也因?yàn)镹W的亮點(diǎn)不需要加電壓, 平均起來也會(huì)比較省電. 反過來說 NB的應(yīng)用環(huán)境就大多是屬于顯示屏為

19、黑底的應(yīng)用了. 3.投影式液晶顯示器起投影儀中幻燈片的作用，對(duì)投射光源進(jìn)行調(diào)制，所以稱為液晶光閾。nLCD投影機(jī)原理：三片式液晶投影機(jī)的成像原理，以某液晶投影機(jī)的光路為例：首先光線通過濾光片，濾掉紅外線和紫外線這樣的不可見光，紅外線和紫外線對(duì)LCD片有一定的損害作用。透過兩片多鏡頭鏡片將光線均勻化，并將UHP燈產(chǎn)生的圓錐形光校正為和投影圖像近似的矩形光線。在兩片鏡子之間的棱鏡用來將光線預(yù)先極性化，較之沒有該棱鏡的不對(duì)稱光箱，它可以減少光線的損失。光線下一步被分光鏡分為紅、綠、藍(lán)三原色并被分別反射到相應(yīng)的液晶片上。在到達(dá)液晶片之前光線還需要透過一個(gè)凸透鏡和偏振片，凸透鏡的作用是將光線集中，偏振片

20、則進(jìn)一步將光線極性化，使得光線振動(dòng)方向一致，可以被液晶片控制。最后光線經(jīng)過液晶片，通過電路板驅(qū)動(dòng)，液晶片上的各像素點(diǎn)有序開閉，產(chǎn)生了圖像，并通過每原色光的調(diào)校產(chǎn)生了豐富的色彩。最后三路光線最終匯聚在一起由鏡頭投射出去。2.4.2 扭曲向列液晶顯示器件（TN型）n前面已經(jīng)詳細(xì)講過，在此不贅述。2.4.3 動(dòng)態(tài)散射液晶顯示器件（DS）動(dòng)態(tài)散射型液晶顯示器件實(shí)際上是一種已經(jīng)過時(shí)、被淘汰的液晶顯示器件。它是唯一電流型器件，而且是第一個(gè)實(shí)用化的液晶顯示器件。DS型液晶顯示器件也是由兩片帶透明導(dǎo)電電極圖形的玻璃基板構(gòu)成一個(gè)液晶盒為主體結(jié)構(gòu)的，只不過液晶盒中的液晶材料中摻人了一定比例的離子型有機(jī)電解質(zhì)材料。

21、因此，在不通電的情況下，液晶盒呈透明狀，而通過一定頻率交流電時(shí)，會(huì)隨著電壓的升高.在液晶層內(nèi)形成一種因離子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的“威廉疇”。如果電版繼續(xù)提高，最終會(huì)使液晶層內(nèi)形成紊流和攪動(dòng)。這種紊流、攪動(dòng)使液晶層對(duì)光產(chǎn)生強(qiáng)烈的光散射作用，我們稱這種現(xiàn)象為動(dòng)態(tài)散射。DS型液晶顯示器件不用偏振片，但電流較大。使用時(shí)，一般在背面輔以黑色襯底，并制作一黑色反射遮光板。 2.4.4 電控雙折射液晶顯示器件（ECB）n電控雙折射型液晶顯示器件電控雙折射型液晶顯示器件是一種可以由電壓控制顯示多種顏色的彩色液晶顯示器件。n按內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理的不同，ECB-LCD又分為又分為DAP型、沿面排列和型、沿面排列和HAN型三種。型

22、三種。nDAP型型液晶顯示器是由具有負(fù)介電各向異性的向列液晶垂直于液晶盒表面排列構(gòu)成；nHAN型型液晶顯示器是由一側(cè)垂直于液晶盒表面排列，而另一側(cè)平行于液晶盒表面排列構(gòu)成。 n沿面排列型沿面排列型：液晶分子沿面排列，使用具有正介電各向異性的向列液晶。n特點(diǎn)：可利用外加電壓來控制出射光的顏色，由于光的顏色受溫度等影響大，重現(xiàn)的色域小，因此不適于實(shí)現(xiàn)彩色顯示，一般適于實(shí)現(xiàn)多色顯示。1.垂直排列相畸變（DAP）無外電場時(shí)，液晶不透明；有外電場，電壓高于閾值電壓時(shí)，由于是負(fù)性液晶材料，除基片附近的液晶分子外，其他分子長軸將力圖項(xiàng)垂直于電場方向傾斜，傾角隨電壓增加而變大。入射線偏振光變?yōu)闄E圓光，部分光線

23、透過偏振片2，屏幕著色。缺點(diǎn)：視角范圍窄。液晶類型：Nn2.沿面排列方式液晶材料類型：Np；原理：與DAP方式相同，只是性能上有些不同：（1）隨著外加電壓的增加，所產(chǎn)生的干涉色調(diào)變化順序與DAP方式相反；（2）與Nn型液晶相比，Np型液晶的介電常數(shù)各向異性較大（大約10倍），所以閾值電壓可低至1-2V；（3）水平排列的預(yù)傾角容易保持恒定，液晶盒的彩色均勻性會(huì)好一些。缺點(diǎn)：視角范圍窄。3.混合排列（HAN）方式液晶分子一側(cè)垂直于液晶盒表面排列，而另一側(cè)平行于液晶盒表面排列 。液晶盒內(nèi)指向矢在兩塊電極之間從垂直到平行聯(lián)系變化。加足夠的外電壓后，液晶指向矢傾向于垂直電極面，甚至于那些初始取向平行于電極的液晶分子也要順垂直方向排列。液晶類型液晶類型：Np優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）條件相同時(shí)，HAN的兩個(gè)偏振光的相位