第29講液晶顯示基礎(chǔ)

1、第第29講液晶顯示基礎(chǔ)講液晶顯示基礎(chǔ)2一、液晶及其分子結(jié)構(gòu)一、液晶及其分子結(jié)構(gòu) 物質(zhì)三態(tài)物質(zhì)三態(tài): : 固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài) 液晶液晶(Liquid Crystal)(Liquid Crystal)：是能在某個溫度范圍內(nèi)兼：是能在某個溫度范圍內(nèi)兼有液體和晶體兩者特性的物質(zhì)，也叫液晶相和中介相，有液體和晶體兩者特性的物質(zhì)，也叫液晶相和中介相，又稱為物質(zhì)的第四態(tài)。又稱為物質(zhì)的第四態(tài)。 液晶電視機是以液晶顯示器（液晶電視機是以液晶顯示器（LCDLCD）作為屏幕的一）作為屏幕的一種平板電視機，它是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實種平板電視機，它是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實現(xiàn)色彩的顯示器?，F(xiàn)色

2、彩的顯示器。3液晶的歷史液晶的歷史 18881888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾發(fā)現(xiàn)膽年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾發(fā)現(xiàn)膽甾醇苯甲酸酯在甾醇苯甲酸酯在145.5145.5熔化時，形成了霧濁熔化時，形成了霧濁的液體，并出現(xiàn)藍紫色的雙折射現(xiàn)象，直至的液體，并出現(xiàn)藍紫色的雙折射現(xiàn)象，直至178.5178.5時才形成各向同性的液體。時才形成各向同性的液體。 其后在萊尼茨爾和德國物理學(xué)家萊曼的共其后在萊尼茨爾和德國物理學(xué)家萊曼的共同努力下，認(rèn)為膽甾醇苯甲酸酯在固態(tài)和液態(tài)同努力下，認(rèn)為膽甾醇苯甲酸酯在固態(tài)和液態(tài)之間呈現(xiàn)出的是一種新的物質(zhì)相態(tài)，將其命名之間呈現(xiàn)出的是一種新的物質(zhì)相態(tài)，將其命名為液晶。為液晶。4液晶

3、分子結(jié)構(gòu)液晶分子結(jié)構(gòu) 液晶分子形狀：細長棒形，寬約液晶分子形狀：細長棒形，寬約1nm1nm，長約，長約10nm10nm。 (a) (a)晶體晶體 （b b）液晶）液晶 （c c）液體）液體5液晶的種類液晶的種類 液晶種類達數(shù)千種，主要類型有：液晶種類達數(shù)千種，主要類型有： 熱致液晶：通過加熱而形成的液晶（分為：熱致液晶：通過加熱而形成的液晶（分為： 近晶相液晶、向列相液晶、膽甾相液晶）。近晶相液晶、向列相液晶、膽甾相液晶）。 溶致液晶：有機物在溶劑作用下形成的液晶。溶致液晶：有機物在溶劑作用下形成的液晶。如肥皂水氣泡。如肥皂水氣泡。 感應(yīng)液晶：外場（力、電、磁、光等）感應(yīng)作感應(yīng)液晶：外場（力、

4、電、磁、光等）感應(yīng)作用下形成的液晶。用下形成的液晶。 流致液晶：在流動場作用下而形成液晶。流致液晶：在流動場作用下而形成液晶。6 熱致液晶分為向列相（絲狀液晶）、膽甾相（螺熱致液晶分為向列相（絲狀液晶）、膽甾相（螺旋狀液晶）和近晶相液晶（層狀液晶）。旋狀液晶）和近晶相液晶（層狀液晶）。 分子結(jié)構(gòu)差異如圖示。分子結(jié)構(gòu)差異如圖示。71 1近晶相液晶近晶相液晶近晶相液晶分子排列近晶相液晶分子排列 分子分層排列，有同一的方向，比較接近晶體，故分子分層排列，有同一的方向，比較接近晶體，故稱為近晶相。稱為近晶相。 分子粘度大分子粘度大, ,分子可以左右、前后滑動，但不能在分子可以左右、前后滑動，但不能在上

5、下層間移動，響應(yīng)速度慢，多用于光記憶材料的發(fā)展上下層間移動，響應(yīng)速度慢，多用于光記憶材料的發(fā)展上。上。8向列相液晶分子排列向列相液晶分子排列2 2向列相液晶向列相液晶 分子位置雜亂，沒有分子位置雜亂，沒有層狀結(jié)構(gòu)，但方向大致一層狀結(jié)構(gòu)，但方向大致一致，故稱為向列相。致，故稱為向列相。 液晶粘度小，分子容液晶粘度小，分子容易順著長軸方向自由移動。易順著長軸方向自由移動。是光電子技術(shù)和顯示上最是光電子技術(shù)和顯示上最為廣泛應(yīng)用的液晶。為廣泛應(yīng)用的液晶。9 分子排列特點：在某一平面內(nèi)分子長軸的指向一致，分子排列特點：在某一平面內(nèi)分子長軸的指向一致，與這一平面平行的另一平面內(nèi)分子長軸的指向卻一致與這一平

6、面平行的另一平面內(nèi)分子長軸的指向卻一致地朝著另一個方向，兩相鄰平面分子的指向稍有不同，地朝著另一個方向，兩相鄰平面分子的指向稍有不同，分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空間成一螺分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空間成一螺旋。旋。 膽甾相液晶分子排列膽甾相液晶分子排列3 3膽甾相液晶膽甾相液晶10 （1 1）邊界取向性質(zhì)）邊界取向性質(zhì) 在最簡單的自由邊界上，液在最簡單的自由邊界上，液晶分子的取向可以垂直、平行、晶分子的取向可以垂直、平行、傾斜于邊界。傾斜于邊界。 如果邊界是一層刻有凹凸溝如果邊界是一層刻有凹凸溝槽的取向膜，則凹凸溝槽對液晶槽的取向膜，則凹凸溝槽對液晶分子的取向起主導(dǎo)作用，通

7、過摩分子的取向起主導(dǎo)作用，通過摩擦，液晶分子就朝這個方向取向擦，液晶分子就朝這個方向取向。二、液晶基本性質(zhì)及顯示原理二、液晶基本性質(zhì)及顯示原理11 （2 2）液晶的電氣性質(zhì)）液晶的電氣性質(zhì) 在上下電極板之間加一電場時，電極板之間的液晶分子在上下電極板之間加一電場時，電極板之間的液晶分子長軸就會沿著電場方向排列。長軸就會沿著電場方向排列。 這一電氣性質(zhì)是實現(xiàn)液晶顯示的基礎(chǔ)。這一電氣性質(zhì)是實現(xiàn)液晶顯示的基礎(chǔ)。12 （3 3）液晶的旋光性質(zhì)）液晶的旋光性質(zhì) 若上、下玻璃基板取向膜溝槽相差某一角度，則在若上、下玻璃基板取向膜溝槽相差某一角度，則在玻璃基板中，同一平面液晶分子取向雖然一致，但相鄰玻璃基板

8、中，同一平面液晶分子取向雖然一致，但相鄰平面液晶分子的取向逐漸旋轉(zhuǎn)扭曲。平面液晶分子的取向逐漸旋轉(zhuǎn)扭曲。 當(dāng)可見光波長遠小于液晶分子在玻璃基板間的旋轉(zhuǎn)當(dāng)可見光波長遠小于液晶分子在玻璃基板間的旋轉(zhuǎn)螺距時，則光矢量會同樣隨著液晶分子的旋轉(zhuǎn)而跟著旋螺距時，則光矢量會同樣隨著液晶分子的旋轉(zhuǎn)而跟著旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。13液晶像素顯示原理液晶像素顯示原理結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：上下偏振板光軸方向垂直上下偏振板光軸方向垂直；上下玻璃基板取向膜取向垂上下玻璃基板取向膜取向垂直。直。顯示原理：顯示原理：當(dāng)玻璃基板沒有加電場時，當(dāng)玻璃基板沒有加電場時，光線跟著液晶作光線跟著液晶作9090o o扭轉(zhuǎn)，通過扭轉(zhuǎn)，通過下方偏光板，液

9、晶面板顯示白下方偏光板，液晶面板顯示白色。色。當(dāng)在基板上加電場時，液晶當(dāng)在基板上加電場時，液晶分子產(chǎn)生取向變化，光線通過分子產(chǎn)生取向變化，光線通過液晶分子空隙維持原方向，被液晶分子空隙維持原方向，被下方偏光板遮蔽，顯示黑色。下方偏光板遮蔽，顯示黑色。白白 黑黑14三、液晶顯示器結(jié)構(gòu)三、液晶顯示器結(jié)構(gòu)偏光片偏光片 偏光片偏光片 電極電極 液晶液晶 擴散板擴散板 導(dǎo)光板導(dǎo)光板 玻璃基板玻璃基板 彩色濾色膜彩色濾色膜 定向?qū)佣ㄏ驅(qū)?玻璃基板玻璃基板 棱鏡片棱鏡片 冷陰極熒光燈冷陰極熒光燈 15 液晶面板液晶面板 偏光片：分為上偏光片和下偏光片，上下兩偏光片相互偏光片：分為上偏光片和下偏光片，上下兩偏

10、光片相互垂直。其作用就像是柵欄一般，會阻隔掉與柵欄垂直的光波垂直。其作用就像是柵欄一般，會阻隔掉與柵欄垂直的光波分量，只準(zhǔn)許與柵欄平行的光波分量通過。分量，只準(zhǔn)許與柵欄平行的光波分量通過。 玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夾住玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夾住液晶。對于液晶。對于TFT-LCDTFT-LCD，下層玻璃長有薄膜晶體管，下層玻璃長有薄膜晶體管(Thin film (Thin film transistortransistor，TFT)TFT)，上層玻璃則貼有彩色濾光膜。，上層玻璃則貼有彩色濾光膜。 彩色濾色膜：產(chǎn)生紅、綠、藍三種基色光。彩色濾色膜：產(chǎn)生紅、

11、綠、藍三種基色光。 電極：分為公共電極和像素電極。信號電壓就加在像素電極：分為公共電極和像素電極。信號電壓就加在像素電極與公共電極之間。電極與公共電極之間。 液晶材料：小分子有機化合物。液晶材料：小分子有機化合物。 定向?qū)樱河址Q取向膜，其作用是讓液晶分子能夠整齊排定向?qū)樱河址Q取向膜，其作用是讓液晶分子能夠整齊排列。列。16 背光模組背光模組 作用：將光源均勻地傳送到液晶面板。作用：將光源均勻地傳送到液晶面板。 冷陰極熒光燈：提供能耗低，光亮強的白光。冷陰極熒光燈：提供能耗低，光亮強的白光。 導(dǎo)光板：導(dǎo)引光線方向，提高面板光輝度及控制導(dǎo)光板：導(dǎo)引光線方向，提高面板光輝度及控制亮度均勻。亮度均勻。

12、 擴散板：使光線產(chǎn)生漫射，讓光的分布均勻化。擴散板：使光線產(chǎn)生漫射，讓光的分布均勻化。 棱鏡片：將光線聚攏，提高輝度。棱鏡片：將光線聚攏，提高輝度。17冷陰極熒光燈冷陰極熒光燈CCFL結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 發(fā)光原理發(fā)光原理: :當(dāng)在管子上加高壓時，氣體電離產(chǎn)生當(dāng)在管子上加高壓時，氣體電離產(chǎn)生253.7nm253.7nm紫外光。紫外光激勵內(nèi)部磷光粉涂層，產(chǎn)生紫外光。紫外光激勵內(nèi)部磷光粉涂層，產(chǎn)生可見光?？梢姽狻?18CCFL電壓與電流關(guān)系電壓與電流關(guān)系 CCFL在高壓（一般在高壓（一般500V以上）、交流（一般以上）、交流（一般40kHz左右）電源的驅(qū)動下左右）電源的驅(qū)動下工作。工作。 燈管啟動初期，電流非

13、燈管啟動初期，電流非常微弱，隨著燈管兩端電極常微弱，隨著燈管兩端電極之間的電壓增大，燈管電流之間的電壓增大，燈管電流逐漸增大。當(dāng)燈管兩端供電逐漸增大。當(dāng)燈管兩端供電電壓大于啟動電壓電壓大于啟動電壓Vstart時，時，燈管啟動結(jié)束。燈管啟動結(jié)束。Vcon為導(dǎo)通為導(dǎo)通電壓，電壓，VT、IT分別為截止電分別為截止電壓與截止電流。壓與截止電流。19CCFL驅(qū)動電路 自激推挽自激推挽式式DC-AC逆向變換逆向變換電路電路 類似于節(jié)能燈類似于節(jié)能燈20 顯示信息量大顯示信息量大 與與CRTCRT相比，相比，LCDLCD沒有蔭罩限制；與沒有蔭罩限制；與PDPPDP相比，相比，LCDLCD像素點處不需要像像素點處不需要像PDPPDP那樣，像素點間要留有一定的隔那樣，像素點間要留有一定的隔離區(qū)。因此，離區(qū)。因此，LCDLCD在同樣大小的顯示窗面積內(nèi)，可以容在同樣大小的顯示窗面積內(nèi)，可以容納更多的像素，顯示更多的信息。納更多的像素，顯示更多的信息。 易于彩色化易于彩色化 液晶本身雖然一般是沒有顏色的，但它實現(xiàn)彩色液晶本身雖然一般是沒有顏色的，但它實現(xiàn)彩色化的確很容易，方法很多。一般使用較多的是濾色法?；拇_很容易，方法很多。一般使用較多的是濾色法。 長壽命長壽命 液晶材料是有機高分子合成材料，驅(qū)動電壓又很液晶材料是有機高分子合成材料，驅(qū)動電壓又很低，驅(qū)動電流更是微乎其微，因此，低，驅(qū)動電流更是微乎其