OT-01-0002液晶屏基礎(chǔ)知識131018V10

1、保密等級機(jī)密20年Q/DX青島鼎信通訊股份有限公司技術(shù)文檔液晶屏基礎(chǔ)知識V1.0青島鼎信通訊股份有限公司發(fā)布 目次1 液晶顯示器基本常識22 液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)22.1 液晶顯示原理22.2 TN、HTN、STN的結(jié)構(gòu)：32.3 FSTN、ECB-Multi-color STN的結(jié)構(gòu)：42.4 Color STN的結(jié)構(gòu)：43 液晶顯示器件的基本性能43.1 電光性能：43.2 響應(yīng)速度43.3 對比度53.4 視角圖53.5 溫度性能53.6 頻率響應(yīng)53.7 LCD功耗53.8 壽命：63.9 其他性能64 液晶顯示器件的基本參數(shù)64.1 LCD顯示類型64.1.1 TN型64.1.2 ST

2、N型64.1.3 FSTN型64.2 照明方式64.3 顯示極性74.4 溫度特性75 LCD的采光技術(shù)75.1 背光源采光技術(shù)的兩大任務(wù)85.2 背光源分類86 LCD的視角97 LCD驅(qū)動技術(shù)108 LCD模塊129 LCD專業(yè)術(shù)語解釋1314 1 液晶顯示器基本常識液晶顯示是一種被動的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周圍環(huán)境的光。它顯示圖案或字符只需很小能量。正因?yàn)榈凸暮托⌒突?LCD成為較佳的顯示方式。 液晶顯示所用的液晶材料是一種兼有液態(tài)和固體雙重性質(zhì)的有機(jī)物，它的棒狀結(jié)構(gòu)在液晶盒內(nèi)一般平行排列，但在電場作用下能改變其排列方向。 對于正性TN-LCD，當(dāng)未加電壓到電極時(shí)，LCD處于&q

3、uot;OFF"態(tài)，光能透過LCD呈白態(tài)；當(dāng)在電極上加上電壓LCD處于"ON"態(tài)，液晶分子長軸方向沿電場方向排列，光不能透過LCD，呈黑態(tài)。有選擇地在電極上施加電壓，就可以顯示出不同的圖案。 對于STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以對比度更好，視角更寬。STN-LCD是基于雙折射原理進(jìn)行顯示，它的基色一般為黃綠色，字體藍(lán)色，成為黃綠模。當(dāng)使用紫色偏光片時(shí)，基色會變成灰色成為灰模。當(dāng)使用帶補(bǔ)償膜的偏光片，基色會變成接近白色，此時(shí)STN成為黑白模即為FSTN,以上三種模式的偏光片轉(zhuǎn)90°，即變成了藍(lán)模，效果會更佳。2 液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)2.1 液晶顯示原理

4、下圖是一個反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖. 圖 2.1 反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖  從圖2.1中可以看出,液晶顯示器是一個由上下兩片導(dǎo)電玻璃制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料-膠框（一般為環(huán)氧樹脂）密封，盒的兩個外側(cè)貼有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之間的間隔，即通常所說的盒厚，一般為幾個微米（人的準(zhǔn)確性直徑為幾十微米）。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，對應(yīng)顯示圖形部分，鍍有透明的氧化甸-氧化錫（簡稱ITO）導(dǎo)電薄膜，即顯示電極。電極的作用主要是使外部電信號通過其加到液晶上去。 液晶盒中玻璃片內(nèi)側(cè)的整個顯示區(qū)覆蓋著一層定向?qū)?。定向?qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿影刺囟ǖ姆较蚺帕?，這個定向?qū)油ǔＪ且槐?/p>

5、層高分子有機(jī)物，并經(jīng)摩擦處理；也可以通過在玻璃表面以一定角度用真空蒸鍍氧化硅薄膜來制備。 在TN型液晶顯示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使長棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一個固定方向排列，分子長軸的方向沿著定向處理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，這樣，在垂直于玻璃片表面的方向，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了90°（參見下圖），這就是扭曲向列型液晶顯示器名稱的由來。    圖 2.2 液晶顯示原理示意圖實(shí)際上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是與其成一定的角度，這個角度稱為預(yù)傾角，一般為1&#

6、176;2°。 液晶盒中玻璃片的兩個外側(cè)分別貼有偏光片，這兩片偏光片的偏光軸相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且與液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是將高分子塑料薄膜在一定的工藝條件下進(jìn)行加工而成的。我們通常所見的多是反向型的液晶顯示器，這種顯示器在下邊的偏振片后還貼有一片反光片。這樣，光的入射和觀察都是在液晶盒的同一側(cè)。 2.2 TN、HTN、STN的結(jié)構(gòu)： 圖 2.3 TN型液晶顯示器結(jié)構(gòu)2.3 FSTN、ECB-Multi-color STN的結(jié)構(gòu)： 圖 2.4 FSTN型液晶顯示器結(jié)構(gòu)帶補(bǔ)償膜，補(bǔ)償STN的干涉顏色，實(shí)現(xiàn)真正的黑白顯示。&#

7、160; 2.4 Color STN的結(jié)構(gòu)： 圖 2.5 CSTN型液晶顯示器結(jié)構(gòu)帶RGB三色綠光膜。實(shí)現(xiàn)彩色顯示。3 液晶顯示器件的基本性能3.1 電光性能：LCD光學(xué)透過率隨電壓變化的曲線，如圖3.1。3.2 響應(yīng)速度LCD加電壓后，透過率變化的快慢程度，如圖3.2。 圖 3.1 LCD光學(xué)透過率隨電壓變化的曲線圖 3.2LCD 加電壓后，透過率隨時(shí)間的變化3.3 對比度LCD在選態(tài)透過率與非選態(tài)透過率的比值。如圖3.3。3.4 視角圖LCD在不同視角下觀察所獲得的等對比度曲線圖。如圖3.4。 圖 3.3透過率曲線圖 3.4等對比度圖3.5 溫度性能由于液晶材料本身的物理性質(zhì)隨溫度變化而變

8、化，因而引起LCD的閾值、透過光譜等會隨溫度漂移。 3.6 頻率響應(yīng)LCD只能工作在一個適當(dāng)?shù)念l率范圍，太低會引起顯示閃動太高則液晶分子跟不上電場變化。 3.7 LCD功耗指單位顯示面積的電流密度。 3.8 壽命： 工業(yè)品保證100000小時(shí)。民用品保證50000小時(shí)。 3.9 其他性能防紫外、防眩目、防劃傷等。4 液晶顯示器件的基本參數(shù)4.1 LCD顯示類型4.1.1 TN型TN的扭曲角為90° 圖 4.1 TN型正性(亮底暗字)顯示示意圖 圖 4.2 TN型負(fù)性(亮底暗字)顯示示意圖4.1.2 STN型STN的扭曲角為90°270°。隨著扭曲角及偏光片角度的不

9、同STN可以有黃綠模式、藍(lán)模式、灰模式等。顯示模式 背景 前景 黃綠模 黃綠色 藍(lán)黑色 藍(lán)  模 藍(lán)色 白色 灰  模 灰白色 深藍(lán)色 黑白模 白色 黑色 4.1.3 FSTN型FSTN在STN的基礎(chǔ)上加上補(bǔ)償膜，可以補(bǔ)償?shù)鬝TN的干涉顏色，實(shí)現(xiàn)真正的黑白顯示。補(bǔ)償膜角度不同可以有正性（白底黑字）和負(fù)性（黑底白字）的顯示,全息FSTN在FSTN基礎(chǔ)上加上一層全息膜使顯示效果更加悅目漂亮，并且具有更高的電光參數(shù)。4.2 照明方式 LCD有三種顯示方式：反射型，全透型和半透型。反射型LCD的底偏光片后面加了一塊反射板，它一般在戶外和光線良好的辦公室使用。全透型LCD的底偏光片是

10、全透偏光片，它需要連續(xù)使用背光源，一般在光線差的環(huán)境使用。半透型LCD是處于以上兩者之間，底偏光片能部分反光，一般也帶背光源，光線好的時(shí)候，可關(guān)掉背光源；光線差時(shí)，可點(diǎn)亮背光源使用LCD。圖 4.3 反射型顯示 圖 4.4透射型顯示圖 4.5半透射型4.3 顯示極性LCD顯示方式還分正性和負(fù)性。正性LCD呈現(xiàn)白底黑字，在反射和半透型LCD中顯示最佳；負(fù)性LCD呈現(xiàn)黑底白字，一般用于全透型LCD，加上背光源，字體清晰，易于閱讀。 圖 4.6正顯模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 圖 4.7 負(fù)顯模式（黑底白字）NEGATIVE TYPE4.4 溫度特性兩種類型的液晶顯示的溫度范圍如下：表

11、格 1 液晶顯示的溫度范圍類型TNSTN工作溫度（）050-1060-2070-3080050-2070儲存溫度（）-2060-2070-3080-4090-2060-30805 LCD的采光技術(shù)顯示器件是被動型顯示器件，它本身不會發(fā)光，是靠調(diào)制外界光實(shí)現(xiàn)顯示的。外界光是液晶顯示器件進(jìn)行顯示的前提條件。因此，在液晶顯示裝配、使用中，巧妙地解決采光，不僅可以保證和提高液晶顯示的質(zhì)量，而且 一般液晶顯示的采光技術(shù)分為自然光采光技術(shù)和外光源設(shè)置技術(shù)。而外光源設(shè)置上，又有背光源、前光源和投影光源三類技術(shù)。這里，我們就較為常見的背光源作簡單介紹5.1 背光源采光技術(shù)的兩大任務(wù)1.使液晶顯示器件在有無外界

12、光的環(huán)境下都能使用；2.提高背景光亮度，改善顯示效果。5.2 背光源分類現(xiàn)對常用的背照明光源，按如下分類說明光源種類 LED EL（電致發(fā)光） CCFL壽命(小時(shí)) 100,000 (半衰期)20005000 (半衰期）50008000 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 壽命長 分光特性好,無亮斑,薄而輕,耐振抗沖擊 在可見光范圍光譜峰值可任選,亮度高,壽命長，適于彩色化 缺點(diǎn) 單色光，調(diào)光難 壽命短，電壓高 不能調(diào)光，驅(qū)動電壓高，有一定厚度 發(fā)光方式 邊光 背光 一般為邊光 工作電壓 3.84.5V 60200V 5001000V 推薦工作電壓 70110V 工作頻率 - 501000Hz 20KHz 推薦工作頻

13、率 - 400700Hz 工作電流 不定(由LED的數(shù)量決定） 0.10.25mA/cm2 46mA 電容值 - 1001000pF/cm2   工作溫度   -30+50 +1050 存儲溫度   -40+60 -2060 存儲濕度   <70%RH   亮度     300035000cd/m2 功耗 不定(由LED的數(shù)量決定)   14W 顏色種類 黃、紅、綠、橙、白 EL是低亮度照明光源，發(fā)光顏色僅綠色、藍(lán)綠色、橙色。 白色 外接元器件 外接5V電源時(shí)須限流 需DC-AC逆變器 需DC-AC逆變器,串

14、聯(lián)限流電阻100K200K 全透型和半全透型LCD一般都需要加背光源，其放置位置根據(jù)實(shí)際情況下面介紹幾種常見的背光源：   EL背光 LED背光 CCFL背光 電致發(fā)光(EL)：EL背光源厚度薄，重量輕、發(fā)光均勻。它可用于不同顏色，但最常用于LCD白光背光。EL背光源功耗低，只需電壓80-110VAC，通過變壓器將5V,12V或24VDC轉(zhuǎn)變得到。EL背光源的半衰期約為2000-5000小時(shí)。 發(fā)光二極管(LED):LED背光源主要用于字符型模塊。比EL壽命更長（最少5000小時(shí)），光更強(qiáng)，但能耗更大。作為固態(tài)裝置，它直接使用5VDC。LED一般直接排列在LCD的后面，厚度要增加5m

15、m，LED可以發(fā)不同顏色的光，最常見的是黃綠光。 冷陰極熒光燈(CCFL):CCFL能夠提供能耗低，光亮強(qiáng)的白光。它由冷陰極熒光管發(fā)光，通過散射器將光均勻分散在視窗區(qū)。側(cè)背光源體積小，能耗低，但CCFL需要一個變壓器來供應(yīng)270-300VAC的電源。它主要用于圖形LCD，壽命達(dá)10000-15000小時(shí)。6 LCD的視角 視角簡單地說就是顯示圖案能看得清楚的角度。它是由定向?qū)拥哪Σ练较驔Q定，不能通過旋轉(zhuǎn)偏光片改變。視角以時(shí)針的鐘點(diǎn)來命名，如6:00視角，12:00視角等等。6:00視角就是指在6點(diǎn)時(shí)針的平面方向到法線方向這個區(qū)域LCD顯示效果理想；12:00視角是指12點(diǎn)時(shí)針的平面到法線方向區(qū)

16、域顯示理想。 LCD的視角是由LCD顯示屏在儀器上的位置來確定。例如計(jì)算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD做成6:00視角最好。有些儀器上的LCD屏裝在低于人眼視線以下，一般做成12:00視角。汽車上的時(shí)鐘一般裝在駕駛員的右邊，做成9:00的視角最佳。圖 6.1 LCD可視角度示意圖7 LCD驅(qū)動技術(shù)LCD的驅(qū)動不像LED那樣，加上電壓（LED實(shí)際上是電流驅(qū)動）就可以長期顯示的。LCD驅(qū)動必須使用交流電壓驅(qū)動才能保持穩(wěn)定的顯示，如果在LCD上加上穩(wěn)定的直流電壓，不但不能正常顯示，時(shí)間久了還會損壞LCD。一段LCD由背電極和段電極組成，需要顯示時(shí)，在背電極和段電極之間加上合適的交流電壓（通常使

17、用方波）。為了調(diào)節(jié)對比度，可以調(diào)節(jié)方波中每半個周期中顯示的時(shí)間（即占空比）來實(shí)現(xiàn)。圖 7.1 液晶屏驅(qū)動時(shí)序圖 占空比(Duty)該項(xiàng)參數(shù)一般也稱為Duty數(shù)或COM數(shù)。由于STN/TN的LCD一般是采用時(shí)分動態(tài)掃描的驅(qū)動模式，在此模式下，每個COM的有效選通時(shí)間與整個掃描周期的比值即占空比(Duty)是固定的，等于1/COM數(shù)。偏置(Bias) LCD的SEG/COM的驅(qū)動波形為模擬信號，而各檔模擬電壓相對于LCD輸出的最高電壓的比例稱為偏置，而一般來講，Bias是以最低一檔與輸出最高電壓的比值來表示。一般而言，Bias和Duty之間是有一定關(guān)系的，duty數(shù)越多，每根COM對應(yīng)的

18、掃描時(shí)間變短，而要達(dá)到同樣的顯示亮度和顯示對比度，VON 的電壓就要提高，選電平和非選電平的差異需要加大，即Bias需要加大，Duty和Bias間有一經(jīng)驗(yàn)公式，即:圖 7.2 偏置電壓和刷新周期的關(guān)系通常，為了節(jié)約驅(qū)動口，將多個背電極連在一起，形成公共背電極端：COM。  另外，再將屬于不同COM的段電極連接在一起，形成公共段電極端：SEG。當(dāng)在某個COM和  某個SEG之間加了足夠的交流電壓之后，就會將對應(yīng)的段點(diǎn)亮（實(shí)際上是變黑）。點(diǎn)陣液晶屏5×8dots，8characters ×2line(1/5bias,1/16du

19、ty)的驅(qū)動芯片與液晶點(diǎn)電路連接如下：圖 7.3液晶驅(qū)動電路示意圖8 LCD模塊 早期液晶顯示器只生產(chǎn)LCD屏，驅(qū)動部分由客戶自己設(shè)計(jì)制作。目前LCD生產(chǎn)廠家把LCD屏連接到COB板（帶IC的PCB板）上，就做成了LCD模塊。LCD模塊分字符型模塊和圖象型模塊。字符模塊有14行，劃分1640個字塊，每個字塊由5x7點(diǎn)陣組成。每個字塊單獨(dú)驅(qū)動。圖象型模塊由多行多列的點(diǎn)陣象素組成，每個象素單獨(dú)驅(qū)動，可顯示文本、圖象或同時(shí)顯示文本和圖象。圖象型模塊需要IC來控制，這種控制IC有些也裝在LCD模塊上。字符型模塊可使用TN-LCD或者STN-LCD，但圖象型模塊都是采用STN-LCD。大多數(shù)模塊的背光源

20、可用EL或者LED。IC與LCD的常見連接方式 如下：SMT是英文"Surface mount technology"的縮寫即表面安裝技術(shù)，這是一種較傳統(tǒng)的安裝方式。其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)是體積大，成本高，限制LCM的小型化。COB是英文"Chip On Board"的縮寫 即芯片被邦定（Bonding)在PCB上，這樣可省去PCB板等料件，可大大的模塊減少體積，同時(shí)在價(jià)格方面也可降低成本。由于IC制造商在LCD控制及相關(guān)芯片的生產(chǎn)上正 在減小QFP（SMT的一種）封裝的產(chǎn)量，因此，在今后的產(chǎn)品中傳統(tǒng)的SMT方式將被逐步取代。TAB是英文"Ta

21、pe Aotomated Bonding"的縮寫 即各向異性導(dǎo)電膠連接方式。將封裝形式為TCP（Tape Carrier Package帶載封裝)的IC用各向異性導(dǎo)電膠分別固定在LCD和PCB上。這種安裝方式可減小LCM的重量、 體積、安裝方便、可靠性較好！ COG 是英文"Chip On Glass"的縮寫 即芯片被直接邦定在玻璃上。這種安裝方式可大大減小整個LCD模塊的體積，且易于大批量生產(chǎn)，適用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品用的LCD，如：手機(jī)、PDA等便攜式電子產(chǎn)品。這種安裝方式在IC生產(chǎn)商的推動下，將會是今后IC與LCD的主要連接方式。COF 是英文"Chi

22、p On Film"的縮寫 即芯片被直接安裝在柔性PCB上。這種連接方式的集成度較高，外圍元件可以與IC一起安裝在柔性PCB上，這是一種新興技術(shù)，目前已進(jìn)入試生產(chǎn)階段。9 LCD專業(yè)術(shù)語解釋 LCD： Liquid Crystal Display 液晶顯示 LCM：Liquid Crystal Module 液晶模塊 TN ：Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏轉(zhuǎn)90° STN： Super Twisted Nematic 超級扭曲向列。約180270°扭曲向列 FSTN：Formulated Super Twisted Nematic 格式化超級扭曲向列。一層光程補(bǔ)償片加于 STN ，用于單色顯示 TFT：Thin Film Transistor 薄膜晶體管 COB： Chip On Board 通過邦定將IC裸片固定于印刷線路板上 COF：Chip On FPC 將IC固定于柔性線路板 上 COG ：Chip On Glass 將芯片固定于玻璃上 Backlight ： 背光 LED