數(shù)顯液晶及其顯示原理器件NEW總結(jié)

數(shù)顯液晶及其顯示原理器件NEW總結(jié)第1頁(yè)/共65頁(yè)§5液晶顯示器件（LCD）什么是液晶？第2頁(yè)/共65頁(yè)液晶的基本知識(shí)1、液晶（LC：LiquidCrystal）液晶（液態(tài)晶體的簡(jiǎn)稱）處于液態(tài)和晶態(tài)之間的中間態(tài)的一種物質(zhì)液晶外觀是流動(dòng)的混濁液體，同時(shí)又具有光學(xué)各向異性

——晶體所特有的雙折射特性第3頁(yè)/共65頁(yè)液晶的基本知識(shí)1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾（F.Reinitzer）首先發(fā)現(xiàn)了液晶1968年，美國(guó)RCA公司海麥爾（G.H.Heilmeier）首先發(fā)現(xiàn)了液晶的電光效應(yīng)1973年日本SHARP公司制造出世界上第一個(gè)液晶顯示器件（LCD：LiquidCrystalDevice）第4頁(yè)/共65頁(yè)2、液晶的類型液晶的基本知識(shí)（1）熱致液晶（2）溶致液晶在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)液晶態(tài)的物質(zhì)將某些物質(zhì)溶于另一種物質(zhì)時(shí)形成的液晶態(tài)物質(zhì)溶致液晶廣泛存在于自然界，特別是生物體內(nèi)。很多生物體的構(gòu)造，例如大腦、神經(jīng)、肌肉、血液等生命的新陳代謝、知覺(jué)、信息傳遞等生命現(xiàn)象都與溶致液晶有關(guān)溶致液晶在顯示技術(shù)中尚無(wú)應(yīng)用熱致液晶溶致液晶第5頁(yè)/共65頁(yè)熱致液晶的基本類型熱致液晶近晶型（Smectic）向列型（Nematic）膽甾（zai災(zāi)）型（Cholesteric）特異型第6頁(yè)/共65頁(yè)作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液晶

低于溫度T1，就變成固體（晶體），稱T1為液晶的熔點(diǎn)，高于溫度T2就變成清澈透明各向同性的液態(tài)，稱T2為液晶的清亮點(diǎn)。LCD能工作的極限溫度范圍基本上由T1和T2確定。第7頁(yè)/共65頁(yè)近晶型（Smectic）液晶熱致液晶的基本類型液晶分子呈二維有序性：分子排列成層狀，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸彼此平行而與層面垂直或相交，重心位于同一平面內(nèi)，同一層內(nèi)分子間距沒(méi)有規(guī)則性，分子層相互堆砌，分子只能在層內(nèi)運(yùn)動(dòng)而不能層間運(yùn)動(dòng)近晶型液晶的粘度與表面張力都較大，對(duì)外界磁場(chǎng)、溫度變化不敏感。第8頁(yè)/共65頁(yè)向列型（Nematic）液晶熱致液晶的基本類型液晶分子只有一維有序：分子長(zhǎng)軸彼此平行但分子重心分布無(wú)序、不分層，分子可以自由流動(dòng)，分子在空間排列成線狀，始終平行某一方向向列型液晶流動(dòng)性最大；對(duì)外界電磁、溫度、應(yīng)力變化都很敏感，（目前顯示器中應(yīng)用最多的液晶材料）第9頁(yè)/共65頁(yè)膽甾型（Cholesteric）液晶熱致液晶的基本類型液晶分子排列成層，每層分子長(zhǎng)軸方向相同，平行于層，但每層長(zhǎng)軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)變化，多層扭轉(zhuǎn)成螺旋形，螺距約為0.3μm，與可見(jiàn)光波長(zhǎng)相當(dāng)膽甾型液晶在外部應(yīng)力、電、磁等條件變化時(shí)，與螺距方向平行傳播的光會(huì)產(chǎn)生雙折射、旋光性等變化第10頁(yè)/共65頁(yè)特異型液晶熱致液晶的基本類型盤型液晶重入型液晶分子排列呈圓盤狀沒(méi)有電各向異性有光學(xué)各向異性在降溫過(guò)程中近晶型液晶兩端都會(huì)出現(xiàn)的向列型現(xiàn)象第11頁(yè)/共65頁(yè)3、液晶的應(yīng)用物理性質(zhì)液晶的基本知識(shí)在電的作用下，液晶分子的初始排列發(fā)生改變，從而使液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象液晶的電光效應(yīng)微小的外部能量——電場(chǎng)、磁場(chǎng)、應(yīng)力、熱能等就能實(shí)現(xiàn)液晶分子狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變，從而引起液晶的光、電、磁等物理性質(zhì)的各向異性的改變液晶的異向性第12頁(yè)/共65頁(yè)4、液晶電光效應(yīng)的主要類型液晶的基本知識(shí)扭曲向列（TwistedNematic）效應(yīng)賓主（GH）效應(yīng)相畸變（PC）效應(yīng)鐵電（FE）效應(yīng)超扭曲向列（SuperTwistedNematic）效應(yīng)雙重超扭曲向列（DSTN）效應(yīng)電控雙折射（ECB）效應(yīng)存貯效應(yīng)電流效應(yīng)電熱效應(yīng)——?jiǎng)討B(tài)散射（DynamicScattering）效應(yīng)電場(chǎng)效應(yīng)第13頁(yè)/共65頁(yè)液晶顯示器LiquidCrystalDisplayDevice第14頁(yè)/共65頁(yè)1、LCD的基本類型液晶顯示器（LCD：LiquidCrystalDisplayDevice

）（按電光效應(yīng)不同分類）液晶顯示器件LCD——?jiǎng)討B(tài)散射型（DS）電場(chǎng)效應(yīng)型電流效應(yīng)型電熱效應(yīng)型鐵電型（FLC）相變型（PC）正性液晶負(fù)性液晶扭曲向列型（TN）沿平面平行排列型垂直排列型扭曲排列型賓主型（GH）STNDSTNNTNSBEOMI超扭曲向列型（STN）電控雙折射型（ECB）垂直型（DAP）沿面型混合排列型（HAN）第15頁(yè)/共65頁(yè)第16頁(yè)/共65頁(yè)2、LCD的基本結(jié)構(gòu)液晶顯示器玻璃基片彩色濾光片TFTTFTTFT玻璃基片偏振片偏振片取向膜透明電極LCD

是具有電學(xué)雙向性的高電阻、電容性器件液晶第17頁(yè)/共65頁(yè)液晶玻璃基片彩色濾光片玻璃基片3、LCD顯示的基本原理液晶顯示器利用液晶材料的電光效應(yīng)（雙折射、賓主效應(yīng)等），液晶單元起光閥開(kāi)關(guān)作用用外光源照射液晶板三基色（紅綠藍(lán)）濾色片對(duì)應(yīng)的三個(gè)液晶單元組成一個(gè)彩色像素背光源第18頁(yè)/共65頁(yè)4、LCD的顯示方式液晶顯示器直觀式顯示投影式顯示透射式反射式半透射式光寫入式熱（激光）寫入式電（矩陣驅(qū)動(dòng)）寫入式第19頁(yè)/共65頁(yè)（1）透射式LCD顯示方式背光源透射式顯示需要照明光源（背光源）透射式LCD的優(yōu)點(diǎn):

對(duì)比度高、亮度強(qiáng)、彩色重現(xiàn)范圍大（透射式顯示是LCD的主流）液晶玻璃基片彩色濾光片玻璃基片第20頁(yè)/共65頁(yè)（2）反射式液晶玻璃基片彩色濾光片玻璃基片反射板反射式LCD

采用反射板，直接利用自然環(huán)境光進(jìn)行顯示，沒(méi)有專用背光源反射式LCD的顯示性能比透射式差，不能在暗場(chǎng)所使用反射式LCD的優(yōu)點(diǎn)：電消耗小、顯示模塊薄、緊湊（適合于電池驅(qū)動(dòng)的便攜機(jī)）LCD顯示方式第21頁(yè)/共65頁(yè)（3）投影式LCD顯示方式DM（二色鏡）DMDMDMM（反射鏡）MUV-IR濾光片場(chǎng)透鏡LCD面板投影透鏡屏幕第22頁(yè)/共65頁(yè)5、LCD

的驅(qū)動(dòng)方式液晶顯示器靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（直接尋址驅(qū)動(dòng)）動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)有源矩陣驅(qū)動(dòng)光束掃描驅(qū)動(dòng)多路尋址驅(qū)動(dòng)無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)第23頁(yè)/共65頁(yè)（1）靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（直接尋址驅(qū)動(dòng)）LCD驅(qū)

動(dòng)方式將顯示圖案分成若干筆段對(duì)顯示的像素電極（段型電極）分別同時(shí)施加驅(qū)動(dòng)電壓只適用于簡(jiǎn)單圖案(位數(shù)有限的數(shù)字)顯示將顯示圖案分成若干單元顯示的像素電極（單元電極）分時(shí)施加驅(qū)動(dòng)電壓適用于多位數(shù)的段型數(shù)字驅(qū)動(dòng)（2）多路尋址驅(qū)動(dòng)第24頁(yè)/共65頁(yè)（3）無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)（簡(jiǎn)單矩陣尋址驅(qū)動(dòng)）點(diǎn)陣型電極n個(gè)行(X)電極與m個(gè)列(Y)電極將m×n個(gè)交叉點(diǎn)構(gòu)成的像素以m+n個(gè)電路實(shí)施驅(qū)動(dòng)LCD驅(qū)

動(dòng)方式多用于計(jì)算機(jī)、手表、游戲機(jī)及筆記本電腦等各類家電產(chǎn)品的顯示驅(qū)動(dòng)電壓為時(shí)間分割脈沖。各像素承受一定周期的間歇式電壓激勵(lì)。一般以30Hz以上的幀頻對(duì)行電極進(jìn)行逐行掃描，對(duì)列電極同步施加亮和不亮的選通信號(hào)第25頁(yè)/共65頁(yè)（4）有源矩陣驅(qū)動(dòng)（開(kāi)關(guān)矩陣驅(qū)動(dòng)）LCD驅(qū)

動(dòng)方式非線性器件：如非線性電阻、金屬—絕緣體—金屬隧道二極管（MIM）、非線性薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFT）和電荷存貯電容等有源矩陣驅(qū)動(dòng)是在無(wú)源矩陣的基礎(chǔ)上在每個(gè)像素點(diǎn)增加一個(gè)具有開(kāi)關(guān)特性的非線性器件。通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x通信號(hào)，利用開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)或非線性特性對(duì)像素施加驅(qū)動(dòng)電壓，以避免無(wú)源驅(qū)動(dòng)因半選通引起的各種不正常顯示第26頁(yè)/共65頁(yè)有源矩陣驅(qū)動(dòng)LCD類型有源矩陣驅(qū)動(dòng)二端三端MIM（金屬-絕緣體-金屬隧道二極管）MSM（金屬-半絕緣體-金屬二極管）DR（二極管環(huán)）BTBD（背對(duì)背二極管）ZnO變阻器單晶硅MOSFETTFT（薄膜晶體管）目前彩色液晶電視都采用有源矩陣驅(qū)動(dòng)LCD有源矩陣型

（AM-LCD）a-Si（非晶硅）p-Si（多晶硅）CdSe（硒化鎘）Te（碲）第27頁(yè)/共65頁(yè)TFT

AM-LCD有源矩陣驅(qū)動(dòng)取樣保持電路掃描電路X1X2XnY1Y2Y3Ym??????????信號(hào)漏極母線柵極母線第28頁(yè)/共65頁(yè)（5）光束掃描驅(qū)動(dòng)LCD驅(qū)

動(dòng)方式通過(guò)光束的掃描形成像素（光束點(diǎn)相當(dāng)于一個(gè)像素）在面板上沒(méi)有被分割的像素電極投影顯示方式中的光寫入式、熱（激光）寫入式屬于光束掃描驅(qū)動(dòng)第29頁(yè)/共65頁(yè)易于實(shí)現(xiàn)薄型大屏幕，顯示信息量大，易于彩色化純平而無(wú)圖像畸變，不受電磁干擾沒(méi)有會(huì)聚和聚焦問(wèn)題無(wú)輻射污染工作電壓低，功耗小壽命長(zhǎng)（6萬(wàn)小時(shí)）6、液晶顯示技術(shù)特點(diǎn)顯示視角：電視機(jī)可達(dá)170°。一般30°~40°響應(yīng)速度慢（ms數(shù)量級(jí)）圖像亮度、對(duì)比度不夠價(jià)格高液晶顯示器第30頁(yè)/共65頁(yè)液晶電視機(jī)第31頁(yè)/共65頁(yè)彩色液晶電視機(jī)的組成方框圖液晶電視機(jī)調(diào)諧器中放視頻檢波視頻放大彩色解調(diào)時(shí)序彩色

取樣

開(kāi)關(guān)G

電平放大R

電平放大B

電平放大SVVS取樣保持信號(hào)驅(qū)動(dòng)器同步電路音頻放大SVSH掃描驅(qū)動(dòng)器液晶彩色顯示屏第32頁(yè)/共65頁(yè)等離子體電視等離子體顯示基本原理等離子體顯示器(PDP)基本結(jié)構(gòu)與類型彩色PDP工作原理等離子體顯示技術(shù)特點(diǎn)等離子彩色電視機(jī)的組成PlasmaDisplayPanelTelevision第33頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示基本原理第34頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示基本原理1、等離子體等離子體（Plasma）主要由電子和正離子（或帶正電的核）組成的物質(zhì)宇宙中99%的物質(zhì)是等離子體（太陽(yáng)、恒星、星云）地球上天然等離子體非常稀少（閃電、極光、高空電離層）人造等離子體電弧、霓虹燈、日光燈發(fā)光時(shí)管內(nèi)物質(zhì)、原子彈爆炸火球等離子體是良導(dǎo)體（高溫氣體是絕緣體）第35頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示基本原理2、等離子體顯示器（PDP：PlasmaDisplayPanel）3、PDP發(fā)光機(jī)理利用氣體放電（電離）而發(fā)光的平板顯示器件的總稱①利用混合惰性氣體（Ne氖-Xe氙、He氦-Ne、He-Ne-Xe）在外加電壓的作用下放電，使原子受激發(fā)而躍遷，發(fā)射出真空紫外線（VUV：VacuumUltraviolet）②利用氣體放電產(chǎn)生的真空紫外線（<200nm），激發(fā)光致熒光粉發(fā)射出可見(jiàn)光（類似普通日光燈或氖燈管）第36頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示基本原理4、等離子體顯示屏一個(gè)等離子腔（氣體放電發(fā)光單元）相當(dāng)于一個(gè)像素中的一種基色。幾百萬(wàn)等離子腔排列在一起構(gòu)成屏幕屏體由相距100~200μm的兩塊玻璃板（前后基板），分隔成幾百萬(wàn)等離子腔密封在兩層玻璃之間的等離子腔體內(nèi)部充有1/500大氣壓左右的混合惰性氣體利用特殊的電極和驅(qū)動(dòng)技術(shù)使氣體放電產(chǎn)生紫外線，激勵(lì)RGB熒光粉發(fā)出可見(jiàn)光第37頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示器(PDP)

基本結(jié)構(gòu)與類型第38頁(yè)/共65頁(yè)P(yáng)DP基本結(jié)構(gòu)與類型1、PDP基本類型PDPDC-PDPAC-PDP對(duì)面放電型表面放電型AC/DC-PDP三電極表面放電型（反射式）兩電極表面放電型（透射式）第39頁(yè)/共65頁(yè)2、PDP基本結(jié)構(gòu)

☆

DC-PDP氣體放電PDP基本結(jié)構(gòu)與類型電極曝露于放電空間，電極易受離子撞擊沖蝕響應(yīng)速度快，制作成本低后基板障壁熒光體熒光體陽(yáng)極障壁陰極前基板第40頁(yè)/共65頁(yè)☆A(yù)C-PDP氣體放電PDP基本結(jié)構(gòu)絕緣層后基板前基板障壁障壁熒光體熒光體絕緣層電極用覆蓋絕緣介質(zhì)層與氣體相隔離，壽命長(zhǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，成本高M(jìn)gO

保護(hù)膜Y（列）電極X（行）電極（對(duì)向放電型）電極間電容小，絕緣性能要求低，易于提高分辨率熒光粉處于離子轟擊區(qū)，容易劣化第41頁(yè)/共65頁(yè)☆

AC-PDP（兩電極表面放電型/透射式）氣體放電PDP基本結(jié)構(gòu)障壁熒光體熒光體絕緣層后基板障壁前基板X（行）電極Y（列）電極表面放電型PDP熒光粉不處于離子轟擊區(qū)，壽命長(zhǎng)容易實(shí)現(xiàn)單元工作特性的一致性亮度和發(fā)光效率高（相對(duì)對(duì)向放電型）第42頁(yè)/共65頁(yè)☆A(yù)C-PDP（三電極表面放電型/反射式）氣體放電后基板前基板障壁障壁絕緣層絕緣層熒光體熒光體PDP基本結(jié)構(gòu)反射式結(jié)構(gòu)PDP的熒光粉涂覆在后基板和障壁的側(cè)壁，亮度和發(fā)光效率比透射式高，視角大尋址電極A掃描(X)電極維持(Y)電極第43頁(yè)/共65頁(yè)彩色PDP

工作原理第44頁(yè)/共65頁(yè)彩色

PDP工作原理1、點(diǎn)亮狀態(tài)Vwr寫入電壓––––––+++++VS維持電壓前基板后基板A障壁障壁絕緣層X(jué)Y絕緣層A尋址電極X

掃描電極Y

維持電極壁電荷三電極表面放電型彩色AC-PDP工作原理第45頁(yè)/共65頁(yè)1、點(diǎn)亮狀態(tài)三電極表面放電型彩色AC-PDP工作原理后基板A前基板障壁障壁絕緣層A尋址電極XYX

掃描電極Y

維持電極–––+++++––絕緣層Vwr寫入電壓Vs維持電壓Ve擦除電壓彩色

PDP工作原理2、熄滅狀態(tài)第46頁(yè)/共65頁(yè)彩色

PDP工作原理3、灰度的控制分離子場(chǎng)技術(shù)：將一幀圖像的顯示時(shí)間分成若干段來(lái)顯示，每段的維持顯示時(shí)間不同實(shí)現(xiàn)不同灰度每場(chǎng)圖像分成8個(gè)子場(chǎng)(sub-field)，可實(shí)現(xiàn)256(28)級(jí)灰度控制124816326412812345678（尋址與顯示分離的子場(chǎng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)）第47頁(yè)/共65頁(yè)彩色

PDP工作原理4、彩色顯示的實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制每個(gè)R、G、B

放電單元累計(jì)放電時(shí)間的長(zhǎng)短，控制該單元的亮度，再通過(guò)空間混色法實(shí)現(xiàn)彩色顯示256(28)級(jí)灰度控制模式可實(shí)現(xiàn)16777216(224)種彩色顯示采用數(shù)字灰度技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)16位和24位真彩色顯示第48頁(yè)/共65頁(yè)彩色

PDP工作原理☆彎曲障壁結(jié)構(gòu)（富士通）發(fā)光效率高結(jié)構(gòu)精度高，制作難度大第49頁(yè)/共65頁(yè)彩色

PDP工作原理☆非對(duì)稱單元結(jié)構(gòu)（松下）提高色溫度（白平衡）單元工作電壓偏差范圍增大絕緣層前基板絕緣層后基板第50頁(yè)/共65頁(yè)彩色

PDP工作原理☆彩色濾色片（CCF：CapsulatedColorFilter松下）提高色純度和圖像對(duì)比度擴(kuò)大彩色再現(xiàn)范圍絕緣層后基板絕緣層前基板第51頁(yè)/共65頁(yè)5、PDP

驅(qū)動(dòng)方法（2）線掃描驅(qū)動(dòng)（3）面驅(qū)動(dòng)（1）點(diǎn)順序驅(qū)動(dòng)彩色

PDP工作原理第52頁(yè)/共65頁(yè)P(yáng)DP驅(qū)動(dòng)方法（1）點(diǎn)順序驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路視頻處理調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路第53頁(yè)/共65頁(yè)P(yáng)DP驅(qū)動(dòng)方法（2）線掃描驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路視頻處理1H存儲(chǔ)器第54頁(yè)/共65頁(yè)視頻處理1場(chǎng)存儲(chǔ)器PDP驅(qū)動(dòng)方法（3）面驅(qū)動(dòng)第55頁(yè)/共65頁(yè)（4）PDP

驅(qū)動(dòng)電路彩色

PDP工作原理三電極彩色AC-PDP驅(qū)動(dòng)電路方框組成維持電極驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路

掃描電極驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路

掃描電極驅(qū)動(dòng)器

顯示數(shù)據(jù)緩沖

尋址電極驅(qū)動(dòng)器

?????????????PDP顯示數(shù)據(jù)掃描時(shí)序控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)時(shí)序控制信號(hào)第56頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示技術(shù)特點(diǎn)第57頁(yè)/共65頁(yè)等離子體顯示技術(shù)特點(diǎn)易于實(shí)現(xiàn)薄型大屏幕，可實(shí)現(xiàn)全彩色顯示純平而無(wú)圖像畸變，不受電磁干擾沒(méi)有會(huì)聚和聚焦問(wèn)題具有高速響應(yīng)特性，可以顯示速度很快的運(yùn)動(dòng)圖像視角寬，可達(dá)180°圖像亮度均勻性好、對(duì)比度較高壽命長(zhǎng)（4萬(wàn)小時(shí)以上）功耗大有較強(qiáng)的高頻電磁輻射價(jià)格高第58頁(yè)/共65頁(yè)等離子彩色電視機(jī)的組成第59頁(yè)/共65頁(yè)等離子彩色電視機(jī)的方框組成PDP輸出處理掃描變換處理信號(hào)控制信號(hào)產(chǎn)生電路A/D

、S/P變換逆γ校正幀存儲(chǔ)器時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生電路視頻信號(hào)

RGB

/

YR-YB-Y/YPRPB同步信號(hào)Sync.彩色信號(hào)處理電路第60頁(yè)/共65頁(yè)液晶電視與等離子電視的比較項(xiàng)目液晶電視等離子電視優(yōu)點(diǎn)薄型大屏幕彩色顯示純平而無(wú)圖像畸變，不受電磁干擾沒(méi)有會(huì)聚和聚焦問(wèn)題可視角170°~178°響應(yīng)速度稍慢，ms數(shù)量級(jí)高速，μs數(shù)量