LCD基礎知識課件

LCD基礎知識

1:液晶的特性2:LCD顯示原理3:LCM連接方式液晶LC(liquidcrystal)液晶是一種介于液體和固體之間的熱力學的中間穩(wěn)定物質(zhì)形態(tài),是一種有機復合物，由長棒狀的分子構成,長寬之比較大，分子不能彎曲，是一個剛性體，中心一般有一個橋鏈，分子兩頭有極性.在自然狀態(tài)下，這些棒狀分子的長軸大致平行,其特點是在一定的溫度范圍內(nèi)既有液體的流動性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性.如對分子的排列加以適當?shù)目刂?，液晶分子將會允許光線穿透；光線穿透液晶的路徑可由構成它的分子排列來決定，這又是固體的一種特征。20世紀60年代，人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射，由此引發(fā)了人們發(fā)明液晶顯示設備的念頭。LCDLCD(liquidcrystaldisplay)世界上第一臺液晶顯示設備出現(xiàn)在20世紀70年代初，被稱之為TN-LCD（扭曲向列）液晶顯示器。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領域。80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶顯示器出現(xiàn)，同時TFT-LCD（薄膜晶體管）液晶顯示器技術被研發(fā)出來，但液晶技術仍未成熟，難以普及。80年代末90年代初，日本首先掌握了STN-LCD及TFT-LCD生產(chǎn)技術，LCD工業(yè)開始高速發(fā)展。

LCD分類液晶顯示器，是屬于平面顯示器的一種，根據(jù)驅(qū)動方式來分類，可分為靜態(tài)驅(qū)動（Static）、單純矩陣驅(qū)動（SimpleMatrix）和主動矩陣驅(qū)動（ActiveMatrix）3種。其中，被動矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)向列型（TwistedNematic，TN）、超扭轉(zhuǎn)向列型（SuperTwistedNematic，STN）及其它被動矩陣驅(qū)動液晶顯示器；而主動矩陣型大致可分為薄膜晶體管型（ThinFilmTransistor，TFT）及二端子二極管型（Metal／Insulator／Metal，MIM）兩種方式。TN、STN及TFT型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)的原理不同，在視角、色彩、對比及動畫顯示品質(zhì)上有高低層次的差別。液晶是界于液體與固體的物質(zhì)其狀態(tài)就像是烏賊的墨水這是液晶的存在狀態(tài)像米粒般的液晶分子自然狀態(tài)下會依分子的長軸方向規(guī)則的排列當與固定方向的微細溝槽板接觸液晶分子會沿溝槽排列當放置在相對而溝槽方向差90度的空間時，液晶分子也會順著方向轉(zhuǎn)90度當光通過液晶時光會沿著液晶分子的間隙前進兒而轉(zhuǎn)90度當液晶兩端加上電壓時液晶分子會依電壓方向排直而光同樣沿著液晶分子的間隙直線前進扭轉(zhuǎn)型液晶與偏光板組合的液晶顯示(TN型液晶顯示)偏光濾光板偏光濾光板由左向右的光在不通電時會通過通電時被偏光慮光板阻隔從目前液晶顯示技術所應用的范圍和層次來看，主動式矩陣驅(qū)動技術是以薄膜液晶體管型（TFT）為主流，多應用于筆記本電腦及動畫、影像處理產(chǎn)品；而單純矩陣驅(qū)動技術則以扭轉(zhuǎn)向列（TN）和超扭轉(zhuǎn)向列（STN）為主，目前的應用多以文字處理器和消費性產(chǎn)品為主。其中，生產(chǎn)TFT液晶顯示器所需的資金投入和技術條件較高，而TN和STN的相對較低.UFB是UltraFine&Bright的縮寫,其特點為超薄和高亮度。在設計上UFB-LCD還采用了特別的光柵設計，可減小像素間距，以獲得更佳的圖像質(zhì)量。通常UFBLCD可顯示65536種色彩，能夠達到128x160像素的分辨率，同時，UFBLCD的對比度還是STN液晶顯示屏的兩倍，在65536色時亮度與TFT顯示屏不相上下，而耗電量比TFT顯示屏少，并且售價與STN顯示屏差不多，可說是結合這兩種現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)點于一身。UFB液晶顯示屏使得擁有超大彩色液晶顯示屏的多功能手機離我們已經(jīng)越來越近?？傮w而言UFB比起TFT還是有一定的差距，而且耗電量也并不盡人意。1.何謂TFT-LCD：TFT─ThinFilmTransistor薄膜晶體管LCD─LiquidCrystalDisplay液晶顯示器

2.應用：由于TFT-LCD具有體積小、重量輕、低輻射線、低耗電量、全彩化等優(yōu)點，故已廣泛使用于各類顯示器材上。名詞解釋1.分辨率(DisplayResolution)顯示器上水平方向、垂直方向畫素(pixel)之數(shù)目注：因一畫素具有R、G、B三個子畫素(sub-pixel)，故以分辨率1024x768之顯示器為例，共具有3072x768個子畫素2.對比(ContrastRatio)顯示器最大亮度值(全白)與最小亮度值(全黑)之比值，一般TFT-LCD之對比值為200:1至400:13.視角(ViewingAngle)在大角度觀看的情況下，顯示器亮暗對比變差會使畫面失真，而在可接受的觀測角度范圍就稱為視角。對于液晶顯示器來說至少有三種參數(shù)來評價一個顯示模式的視角范圍:(1)對比度(ContrastRatio)(2)灰階(GrayScale)(3)顯色差異(ColorShift)4.反應時間(ResponseTime)從輸入信號到輸出影像所經(jīng)歷之時間，一般液晶顯示器反應時間為20~30msec(標準電影格式每畫面為40msec)1-4.當液晶被包含在兩個槽狀表面中間，且槽方向互相垂直，則液晶分子排列方向→下表面液晶分子：沿著b方向上表面液晶分子：沿著a方向介于上下表面中間之分子：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效應,故液晶分子在兩槽狀表面間，產(chǎn)生90°之旋轉(zhuǎn)2.光與液晶分子產(chǎn)生的效果2-1.當線性偏極光射入上層槽狀表面時，此光線隨著液晶分子之旋轉(zhuǎn)亦產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)2-2.當線性偏極光射出下層槽狀表面時，此光線已產(chǎn)生90°旋轉(zhuǎn)

2.3上下兩表面之間加電壓時，液晶分子會順電場方向排列，成為直立排列之現(xiàn)象,此時入射光線即不受液晶分子影響，已直線射出下表面4.將偏光片、槽狀表面、液晶組合后的光學效果4-1.當上下偏光片互相垂直時，若未施加電壓，光線可通過4-2.當施加電壓時，光線被完全阻擋5.TFT-LCD顯像原理5-1.SCANIC傳輸掃描信號DATAIC傳輸顯像控制信號5-2.當某一sub-pixel導通時，該sub-pixel因無法透光而呈現(xiàn)黑色

內(nèi)部晶體管電路GateDriverSourceDriver1H1HClcCsCsCsCsCsCsCsCsCsClcClcClcClcClcClcClcClcLCM基本構造早期液晶顯示器只生產(chǎn)LCD屏，驅(qū)動部分由客戶自己設計制作。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,簡稱LCM(LCDModule)。LCD模塊分字符型模塊和圖像型模塊。字符模塊有1~4行，劃分8~40個字塊，分別組成081，161，162…404等字符型模塊。每個字塊由5x7點陣組成。每個字塊單獨驅(qū)動。圖像型模塊由多行多列的點陣像素組成，每個像素單獨驅(qū)動，可顯示文本、圖像或同時顯示文本和圖像。圖像型模塊需要IC來控制，這種控制IC有些也裝在LCD模塊上。

IC與LCD的常見連接方式

SMT是英文“Surfacemounttechnology”的縮寫即表面安裝技術，這是一種較傳統(tǒng)的安裝方式。其優(yōu)點是可靠性高，缺點是體積大，成本高，限制LCM的小型化。

TAB是英文“TapeAutomatedBonding”的縮寫即各向異性導電膠(ACF)連接方式,將封裝形式為TCP（TapeCarrierPackage帶載封裝）的IC用各向異性導電膠分別固定在LCD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！最重要的是可以彎折。

COG是英文“ChipOnGlass”的縮寫，即芯片通過ACF（AnisotropicConductiveFilm各向異性導電膜）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，又比TAB方式更低成本，且易于大批量生產(chǎn)，適用于消費類電子產(chǎn)品用的LCD，如：手機,PDA、MP3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，是當今IC與LCD的主要連接方式。

COF是英文"ChipOnFilm"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，隨著COF薄膜（film）的迅速發(fā)展，目前已可以進入大量產(chǎn)階段。這種連接方式可以方便地使代替TAB，又不用太貴的開模費用。并且可以做一些COG無法做到的小面積應用領域。

常見模塊結構與制作方法1.COG模塊一般由以下幾個部分組成：LCD（含偏光片）、IC、ACF、FPC、硅膠、黑紙，以下逐個介紹各組成部分LCD：如前述.IC：是整個液晶顯示器的驅(qū)動部分，接收外界提供電源及單片機（CPU/MCU/MPU）所傳過來的信號，而產(chǎn)生各種不同驅(qū)動波形到segment線和common線，從而產(chǎn)生不同的圖案。這在后面的內(nèi)容會有詳細的介紹。ACF：各向異性導電膜，主體為粘膠，在常溫下上具有輕微粘性，在溫度為220℃±10℃時具有很強粘性，使IC與LCD玻璃連接在一起，這種粘膠的里面摻雜有導電金球，這種金球只有4~10μm直徑，一旦受到適當壓力就會變扁，甚至被壓裂。如圖示，當金球受熱時，最外層的塑膠會被熔化掉，IC金引腳（突起）會壓在金球上，金球又與LCD玻璃的引腳（ITO線）連在一起，所以電信號可以從IC傳往LCD。ACF一般分為COG用（如AC8501、AC8304），TAB用（AC7106）。FPC：軟性線路板。柔軟，可折疊，可適用于要求輕、折疊、體積小的手機、無繩電話機、便攜式機器、家電（如MP3）等上。一般來說，F(xiàn)PC一端鍍金，另一端鍍金或錫，接觸LCD一端一定要鍍金，以保持良好接觸性能。FPC壓至LCD一端也是通過ACF來實現(xiàn)的上下導通的。但可以選用金球比較大的AC7106型來壓，因為FPCpitch一般≥0.2mm，而AC7106的導電球大小為10μm。FPC有多種：1,按連接方式可以分為接插型和焊接型：接插型方便客戶使用，較少出現(xiàn)焊接型的報廢情況，但由于兩個原因，導致接插型不被大家認可，一是接插型要配上connector（連接頭），價格較貴，二是connector常出現(xiàn)接觸不良的問題，甚至出現(xiàn)可靠性問題。逐漸大家改用焊接型的fpc。2,焊接型的fpc(鏤空板)由于焊接方便、可靠性好（焊接牢固）等原因被較多人使用，但也有其不好的地方，就是pitch要大于等于0.8mm才好焊接，拆卸易斷線，有時客戶方不夠空間。硅膠：起絕緣、保護ITO引線等作用。有白色及黑色兩種。無特別要求就用黑色。黑紙：起保護IC不讓紫外光直射IC的作用。因為IC為半導體其線路部分在紫外光下會紊亂，從而造成不顯示或全黑屏問題。

2.TAB模塊的結構及生產(chǎn)制造方法TAB模塊一般由以下幾個部分組成：LCD、IC（TCP封裝）、黑紙、TAB膠水。其中IC為TCP封裝，是一種帶狀的封裝，卷成整卷，像電影膠片一樣，又稱為菲林IC。TAB模塊也是與COG一樣，通過ACF連接的，通常用的ACF型號有AC7106。3.COF模塊的制作方法： 如下圖所示，IC通過ACF壓到FPC上，F(xiàn)PC又通過另一種ACF壓到LCD玻璃上。筆段型、字符型、圖像型的區(qū)別

1.筆段型：其顯示內(nèi)容為“8”字及一些圖案，而不是點陣。2.字符型與圖像型的顯示內(nèi)容都是由點陣組成，所不同的是字符型一般顯示英文、數(shù)字，顯示的字體為5X7點陣或5X8點的字，而圖像型則可顯示相對任意尺寸大小的字或圖像，從IC內(nèi)部構造來說，字符型IC內(nèi)帶字庫（英文，數(shù)字，日文及常用符號），圖像型則一般不帶字庫而是提供動態(tài)存儲器，提供給用戶寫圖案數(shù)據(jù)。

字段型 字符型圖像型字符型的字庫：主要由數(shù)字、符號、英文字母等256個字符組成。其中1-8是留給使用者自由編寫的8個字符空白區(qū)。可以編寫例似“年”、“月”、“日”、“一”、“二”、“三”等簡單的漢字及一些字庫里找不到的符號。

模塊的接口分類液晶顯示器是被動顯示的元器件，模塊的首腦部分就是IC，液晶顯示模塊的接口就是driverIC的接口。接口就是LCM的驅(qū)動IC與使用者CPU之間的連接互相傳遞信息(數(shù)據(jù))的方式。CPU通過接口線路傳遞數(shù)據(jù)/指令到LCM，LCM也可以通過接口線路傳回給CPU，LCM的IC在接到正確的指令/數(shù)據(jù)后會作出正確的反應，顯示CPU所指定的圖像或字符在LCD屏上。LCM接口可以簡單地分為并行口、串行和I2C總線。

并行接口:指的是4位或8位數(shù)據(jù)線同時傳輸指令、數(shù)據(jù)的接口方式，一般以8位為主，像現(xiàn)有的COB模塊就多為并行接口，字符型的有4位/8位兩種并行方式，圖像型的則都是8位并行口的。8位數(shù)據(jù)線名為DB0、DB1、…DB7。

串行口:指的是一條數(shù)據(jù)線傳輸指令、數(shù)據(jù)的接口方式，多用在COG/TAB/COF方式的模塊上。一條數(shù)據(jù)線通常名為SDA、或SID。I2C總線:則是一種獨特方式的串行口，它是有接口簡單，易于進行主/從選擇，可以接線最少4根的簡單接線、除開2根電源線(一正一負)外，只有2～3根線與CPU連接。一般TAB產(chǎn)品有并/串選擇。COG產(chǎn)品可以將PS引出進行并/串選擇.并行口：串行口：

I2C總線:各自優(yōu)缺點：類型優(yōu)點缺點并行口傳遞數(shù)據(jù)速度快接口線多，有些CPU接線不足時無法使用串行口接口線少，CPU易連接速度稍慢。I2C總線接口線更少因是philips的專利,IC一般較貴。術語解釋LCD：LiquidCrystalDisplay液晶顯示

LCM：LiquidCrystalModule液晶模塊

TN：TwistedNematic扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏轉(zhuǎn)90°

STN：SuperTwistedNematic超級扭曲向列。約180~270°扭曲向列

FSTN：Formulate