LCD 基礎(chǔ)理論課件

LiquidCrystalDisplay

液晶顯示器

1.

基礎(chǔ)理論2.分類3.主要參數(shù)4.背光源5.連接方式6.LCD模塊7.COG與TAB8.LCD驅(qū)動(dòng)9.觸摸屏10.LCD術(shù)語(yǔ)1.LCD基礎(chǔ)理論

（a)LCD的發(fā)展

?1888年奧地利植物學(xué)家FriedrichReinitzer在加熱苯酸脂晶體時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度升到145.5°C時(shí)晶體融化成為乳白色粘稠的液體。再繼續(xù)加熱到178.5°C時(shí)乳白粘稠的液體變成完全透明的液體。后經(jīng)德國(guó)卡爾斯呂愛(ài)大學(xué)教授OttoLehmann研究，這種乳白粘稠的液體具有光學(xué)各向異性，因而建議稱之為液體晶體（LiquidCrystal）。?液晶屏幕被廣泛的用在一般的電子產(chǎn)品中，電子表，手機(jī)屏幕,醫(yī)院所使用的儀器,數(shù)字相機(jī)等。?液晶顯示是一種被動(dòng)的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周圍環(huán)境的光。顯示圖案或字符只需很小能量，正因?yàn)榈凸暮托⌒突?/p>

LCD成為較佳的顯示方式。

（b)結(jié)構(gòu)

下圖是一個(gè)反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖

前部偏光片—玻璃—底板電極—周邊密封墊—傳導(dǎo)線路—分段電極—玻璃—終端引線—后部偏光片（c)液晶屏幕顯像基本原理

?LCD(LiquidCrystalDisplay)液晶顯示器使用了目前最新的全彩顯示技術(shù)。基本上，整個(gè)液晶顯示技術(shù)的概念是利用液晶的物理特性：通電時(shí)導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過(guò)；不通電時(shí)排列混亂，阻止光線通過(guò)。讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。

已偏極化的光再經(jīng)過(guò)一個(gè)偏光器時(shí)可全部通過(guò)或部分通過(guò)，視第二個(gè)偏光器的方向而定。

就技術(shù)面而言，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無(wú)鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。

?LCD本身只有黑白雙色，并沒(méi)有色彩的變化，其色彩之產(chǎn)生原理，相似于傳統(tǒng)陰極射線CRT屏幕之磷光點(diǎn)作用機(jī)制，液晶屏幕一定有一個(gè)背光，這個(gè)光源會(huì)打在第一層偏光板上，再來(lái)就到液晶體，而當(dāng)光線透過(guò)液晶體時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生光線的色澤改變。?從液晶體射出來(lái)的光線，還得必須經(jīng)過(guò)一塊彩色濾光片以及第二塊偏光板，第一塊的偏光板和第二塊的偏光板分別在液晶的前方及后方（向三明治一般），兩塊偏光板相差了90度的角度，然后再利用電壓的改變，就可以在液晶屏幕上看到色彩的變化。

(b).

LCD顯示方式(a)LCD有三種顯示方式：反射型，透射型和透反射型。?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。?透射型LCD的底偏光片是透射偏光片，它需要連續(xù)使用背光源，一般在光線差的環(huán)境使用。?透反射型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。

反射模式透反射模式透射模式(b)LCD顯示方式還分正性和負(fù)性正性LCD呈現(xiàn)白底黑字，在反射和透反射型LCD中顯示最佳；負(fù)性LCD呈現(xiàn)黑底白字，一般用于透射型LCD，加上背光源，字體清晰，易于閱讀。

正顯模式（白底黑字）負(fù)顯模式（黑底白字）3.主要參數(shù)（1）點(diǎn)距和可視面積?液晶顯示器的點(diǎn)距和可視面積有很直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系,是可以很容易直接通過(guò)計(jì)算得出的,以14寸的液晶顯示器為例,可視面積一般為285.7mm×214.3mm,而14寸的液晶顯示器的最佳(也就是最大可顯示)分辨率為1024*768,就是說(shuō)該液晶顯示板在水平方向上有1024個(gè)像素,垂直方向有768個(gè)像素,由此,我們可以很容易的計(jì)算出此液晶顯示器的點(diǎn)距是285.7/1024=0.279mm或者214.3/768=0.279mm?目前LCD屏幕的點(diǎn)距多半為0.32~0.297/mm左右（仔細(xì)看LCD屏幕的表面，可以看出一顆一顆的小光點(diǎn)）。（2）最佳分辨率(真實(shí)分辨率)?LCD的分辨率一般不能任意調(diào)整，它是制造商所設(shè)置和規(guī)定的。分辨率是指屏幕上每行有多少像素點(diǎn)、每列有多少像素點(diǎn)，一般用矩陣行列式來(lái)表示，其中每個(gè)像素點(diǎn)都能被計(jì)算機(jī)單獨(dú)訪問(wèn)。?液晶顯示器屬于“數(shù)字”顯示方式,其顯示原理是直接把顯卡輸出的模擬信號(hào)處理為帶具體“地址”信息的顯示信號(hào),任何一個(gè)像素的色彩和亮度信息都是跟屏幕上的像素點(diǎn)直接對(duì)應(yīng)的,正是由于這種顯示原理,所以液晶顯示器不能象CRT顯示器那樣支持多個(gè)顯示模式,液晶顯示器只有在顯示跟該液晶顯示板的分辨率完全一樣的畫面時(shí)才能達(dá)到最佳效果.?在分辨率上，VGA(640×480)、SVGA(800×600)、XGA(1024×768)、SXGA(1280×1024),UXGA(1600×1200)。

在顯示小于最佳分辨率的畫面時(shí),液晶顯示則采用兩種方式來(lái)顯示,?一種是居中顯示,比如在顯示800*600次分辨率時(shí),顯示器就只是以其中間那800*600個(gè)像素來(lái)顯示畫面,周圍則為陰影,這種方式由于信號(hào)分辨率是一一對(duì)應(yīng),所以畫面清晰,唯一遺憾就是畫面太小.?另外一種則是擴(kuò)大方式,就是將該800*600的畫面通過(guò)計(jì)算方式擴(kuò)大為1024*768的分辨率來(lái)顯示,由于此方式處理后的信號(hào)與像素并非一一對(duì)應(yīng),雖然畫面大,但是比較模糊.目前市面上的13寸,14寸,15寸的液晶顯示器的最佳分辨率都是1024*768.17寸的最佳分辨率則是1280*1024。(4)可視角度?視角簡(jiǎn)單地說(shuō)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(guò)旋轉(zhuǎn)偏光片改變。視角以時(shí)針的鐘點(diǎn)來(lái)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(gè)區(qū)域LCD顯示效果理想；12:00視角是指12點(diǎn)時(shí)針的玉米面到法線方向區(qū)域顯示理想。

?LCD的視角是由LCD顯示屏在儀器上的位置來(lái)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。

(5)亮度和對(duì)比度

?液晶顯示器的顯示功能主要是有一個(gè)背光的光源，這個(gè)光源的亮度決定整臺(tái)LCD的畫面亮度及色彩的飽和度。理論上來(lái)說(shuō)，液晶顯示器的亮度是越高越好，亮度的測(cè)量單位為cd/m2（每平方米燭光），也叫NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是從150Nits開(kāi)始起步，通常情況下200Nits才能表現(xiàn)出比較好的畫面。?對(duì)比度是直接體現(xiàn)該液晶顯示器能否體現(xiàn)豐富的色階的參數(shù),對(duì)比度越高,還原的畫面層次感就越好,目前市面上的液晶顯示器的對(duì)比度普遍在150:1到350:1,高端的液晶顯示器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這個(gè)數(shù).(6)最大顯示色彩數(shù)

液晶顯示器的色彩表現(xiàn)能力當(dāng)然是消費(fèi)者最關(guān)心的一個(gè)重要指標(biāo),市面上的13.14.15寸的液晶顯示器像素一般是1024*768個(gè),每個(gè)像素由RGB三基色組成,低端的液晶顯示板,各個(gè)基色只能表現(xiàn)6位色,即2的6次方=64種顏色.可以很簡(jiǎn)單的得出,每個(gè)獨(dú)立像素可以表現(xiàn)的最大顏色數(shù)是64*64*64=262144種顏色,高端液晶顯示板利用FRC技術(shù)使得每個(gè)基色則可以表現(xiàn)8位色,即2的8次方=256種顏色,則像素能表現(xiàn)的最大顏色數(shù)為256*256*256=16777216種顏色.這種顯示板顯示的畫面色彩更豐富,層次感也好。EL背光源?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80-100VAC，通過(guò)變壓器將5V,12V或24VDC轉(zhuǎn)變得到。EL背光源的半衰期約為2000-3000小時(shí)。

LED背光源比EL壽命更長(zhǎng)（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。LCD一般直接排列在LCD的后面，厚度要增加5mm，LED可以發(fā)不同顏色的光，最常見(jiàn)的是黃綠光。

?CCFL冷陰極熒光燈: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(guò)散射器將光均勻分散在視窗區(qū)。但CCFL需要一個(gè)變壓器來(lái)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)。光能效率高、光照均勻,主要應(yīng)用于STN或TFT彩色LCD的背景照明.

5.連接方式

（1）導(dǎo)電膠條連接連接

彈性連接-斑馬條連接，不需焊接，可快速裝配和拆分，對(duì)于震動(dòng)有較好的抵抗性。（2）金屬插腳連接

直線插針管腳連接方式，可直接焊接在電路板上。（3）熱壓軟帶連接-斑馬紙連接

一塊電路板與LCD通過(guò)斑馬紙使用熱封加工的方法而連接在一起。斑馬紙是一種各向異性的連接膜層用在電路板和LCD面板上使用加熱和加壓力。這種設(shè)計(jì)可用于惡劣的環(huán)境中，在這種環(huán)境下，斑馬紙必須有足夠的靈活性一防止損壞。6.LCD模塊?模塊分類

液晶顯示模塊（LCM）可以按照加工工藝分類，也可以按照顯示內(nèi)容的類型分類。按照加工工藝分為：普通模塊、COG、TAB、COF模塊；按照顯示內(nèi)容的類型分為：圖形型，字符型，段碼型。

?液晶顯示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件．英文名稱叫“LCDModule”，簡(jiǎn)稱“LCM”，中文一般稱為“液晶顯示模塊”。實(shí)際上它是一種商品化的部件．根據(jù)我國(guó)有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：只有不可拆分的一體化部件才稱為“模塊”，可拆分的叫作“組件”。所以規(guī)范的叫法應(yīng)稱為“液晶顯示組件”。但是由于長(zhǎng)期以來(lái)人們都已習(xí)慣稱其為“模塊”。

?早期液晶顯示器只生產(chǎn)LCD屏，驅(qū)動(dòng)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1~4行，劃分16~40個(gè)字塊，每個(gè)字塊由5x7點(diǎn)陣組成。每個(gè)字塊單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

?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)模塊的背光源可用EL或者LED。

圖象型模塊由多行多列的點(diǎn)陣象素組成，每個(gè)象素單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，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(lái)控制，這種控制IC有些也裝在LCD模塊上。7.COG與TAB

(1)COG：Chip-On-Glass，即是將IC邦定在液晶片的玻璃上，將IC電路與LCD通過(guò)ACF直接連在一起，這樣可省去PCB板等料件，可大大減少模塊體積，同時(shí)在價(jià)格方面也可降低成本。該種產(chǎn)品適用于手提電話、PDA等體積小、要求顯示內(nèi)容多的高檔次產(chǎn)品上。(2)TABTAB:是TapeAutomatedBonding的縮寫,柔性帶自動(dòng)連接,它是將帶有驅(qū)動(dòng)電路的軟帶通過(guò)ACF(各向異性導(dǎo)電膜）與LCD連接，它減少了LCM的體積。8.LCD驅(qū)動(dòng)

靜態(tài)驅(qū)動(dòng)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)電路原理:如圖2所示.

圖1.LCD靜態(tài)驅(qū)動(dòng)示意圖圖2.驅(qū)動(dòng)電路原理圖驅(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處于非選通狀態(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處于選通狀態(tài)

圖3.靜態(tài)波形圖4.電極陣列?動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)

當(dāng)液晶顯示器件上顯示像素眾多時(shí)，如點(diǎn)陣型液晶顯示器件，為了節(jié)省龐大的硬件驅(qū)動(dòng)電路，在液晶顯示器件電極的制作與排列上作了加工，實(shí)施了矩陣型的結(jié)構(gòu)，即把水平一組顯示像素的背電極都連在一起引出，稱之為行電極，把縱向一組顯示像素的段電極都連接起來(lái)一起引出，稱之為列電極。在液晶顯示器上每一個(gè)顯示像素都由其所在的列與行的位置唯一確定。在驅(qū)動(dòng)方式上相應(yīng)地采用了類同于CRT的光柵掃描方法。液晶顯示的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法是循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖，同時(shí)所有為顯示數(shù)據(jù)的列電極給出相應(yīng)的選擇或非選擇的驅(qū)動(dòng)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)某行所有顯示像素的顯示功能，這種行掃描是逐行順序進(jìn)行的，循環(huán)周期很短，使得液晶顯示屏上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的圖象。我們把液晶顯示的掃描驅(qū)動(dòng)方式稱為動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)法。

?電壓平均化：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)波形電壓之比為偏壓比Bias=1/a。為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。為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。但由于材料和模式的限制，LCD電光曲線陡度總是有限的。因而反過(guò)來(lái)要求Von、Voff拉得越開(kāi)越好，

即Von/Voff越大越好。經(jīng)理論計(jì)算，當(dāng)Duty、Bias滿足以下關(guān)系時(shí)，Von/Voff取極大值。滿足下式的a，即為驅(qū)動(dòng)路數(shù)為N的最佳偏壓值。9.觸摸屏Touchpanel

應(yīng)用：電子鐘/表、電動(dòng)玩具、計(jì)算器、臺(tái)歷、電子字典、PDA等。

觸摸屏根據(jù)所用的介質(zhì)以及工作原理，可分為電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式多種。

電阻式觸摸屏

當(dāng)手指按在觸摸屏上時(shí)，該處兩層導(dǎo)電層接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個(gè)方向上產(chǎn)生信號(hào)，然后傳送觸摸屏控制器。觸摸屏的控制器接收到這一接觸信號(hào)，并將信號(hào)傳送給CPU,然后CPU就會(huì)根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運(yùn)作.性能較紅外線式及表面聲波式觸摸屏為佳。.

電容式觸摸屏

觸摸屏把透明的金屬層涂在玻璃板上，當(dāng)手指觸摸在金屬層上時(shí)，電容發(fā)生變化，使得與之相連的振蕩器頻率發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量頻率變化可以確定觸摸位置獲得信息。該種觸摸屏適用于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的調(diào)試階段。紅外線式觸摸屏

在屏幕周邊成對(duì)安裝紅外線發(fā)射器和紅外線接受器，接受器接受發(fā)射器發(fā)射的紅外線，形成紅外線矩陣。當(dāng)手指按在屏幕上時(shí)，手指阻擋了紅外線，這樣在X、Y兩個(gè)方向接受信息送給主機(jī)。

表面聲波式