液晶显示技术02.ppt

第2章 液晶显示器件 n液晶显示器件的分类 n液晶显示器件的基本结构 n液晶显示器件的主要性能参量 n常见的液晶显示器件 2.1 液晶显示器件的分类 2.1.1根据电光效应分类 所谓电光效应实际上是在电的作用下，使液晶分 子的初始排列改变为其他的排列形式、从而使液晶盒 的光学性质发生变化，也就是用“电”通过液晶对“光”进 行调制 目前发现的电光效应：电场效应、电流效应、热 光效应和电热写入效应 电光效应液晶显示器件分类 电场效应扭曲向列型（TN） 宾主效应型（GH） 相变型（PC） 电控双折射型（ECB） 铁电效应型（FLC） 超扭曲向列型（STN） 聚合物分散型（PDLC） 电流效应动态散射型（DS） 热光效应激光写入型 胆甾热变色型 2.1.2根据工作模式分类 工作模式原理液晶类 型 分子排列变化偏光片显示特性显示状态 TN型电控旋光NP 沿面扭曲→垂直排 列 2片 无存储、可彩色化、可 有源化 透过率变化引起对比度变 化 DS型紊流散射Na离子 沿面（垂直）→紊 流态畴 无单色显示透明→白浊 GH型 电控二色 性染料 Np+D Ch+D 沿面→垂面 垂面→沿面 焦锥→垂面 1片或无 某些类型有存储性、单 色显示 颜色浓度的变化或散射 ECB（HAN 型） 电控双折 射的光干 涉 Nn、Np 沿面→垂面 垂面→沿面 混合排列→垂面 2片电控多色显示电控多种干涉色显示 PC型光散身 Np+Ch Nn+Ch 沿面（垂面）→焦 锥、焦锥→垂面 无有存储 透明→白浊 白浊→透明 STN型（ SBE型） SBE型） 光干涉Np 沿面扭曲 180O~270O→垂面 2片 黄蓝模式及黑白模式路 性好 黄蓝对比或黑白对比 FLC型（ SSFLC） SSFLC） 光干涉 N+SmC O 沿面平行→沿面平 行 2片高速响应及存储黑白对比 PDLC型（ NCAP） 光散射 Np+聚合 物 微囊中液晶各自异 向→垂面 无高速无阈值散射态→透明 热光型光散射 AmA,Ch Nn聚合 物 垂面（沿面）→集 锥（沿面）→焦锥 无有存储性能激光写入透明→散射 注：Np：正性向列液晶；Nn：负性向列液晶；Ch：胆甾型液 晶；D：二色性染料；SMCo近晶型液晶；SmA：热写入近晶 型液晶；PC：相变型；GH：宾主效应型；ECB：电控双折射 型；STN：超扭曲向列型；FLC：铁电效应型；PDLC：聚合 物分散型；DAP：负介电各向拌性向列液晶垂直于液晶盒表面 排列；HAN：正介电各向异性向列液晶一侧垂直于液晶盒表面 ，另一侧平行于液晶盘表面排列；SBE：超扭曲双折射； SSFLC：表面稳定铁电效应型；NCAP：弧线排列向列型。

2.1.3 液晶显示器件的色彩化的实现方法和原理 色彩化方式实现方法原理液晶盒被动部分 分子排列液晶偏振片其他 电控双折射方 式（ECB） 电控液晶分子排列 倾角 电控双折射引起的 干涉色 垂面、沿面 混合 Nn，Np Np+Nn 2片无 多向色方式 宾主效应型GH）、 二色性染料液晶 染料二色性、二色 性染料液晶 垂面、沿面 平面焦锥 Np+D,Nn+D Ch+D,Np 无或1片 1片 无 扭曲向列方式 +双折射片 +彩色偏振片 +滤色片 +胆甾膜 干涉色 二色性 滤色 选择光散射 沿面 90O扭曲 Np 2片 2片 2片 2片 +双折射片 +彩色偏振片 +滤色片 +胆甾膜 微彩色膜方式 +RGB微彩色膜方式 RGB 滤色混合 TN或STNNp2片+RGB微彩色膜 商品性分类 实际应用中有时并非需要从原理、结构上去区分，而更 多是要从商品角度、显示方式或显示性能上去区分，这样对 工程技术人员来说更实际，使用更方便些 n 从商品形式上可分为两大类：液晶显示器件(( LCD)、液 晶显示模块 n 从显示方式上可分为正性显示、负性显示、透过型显示 、反射型显示、半透过型显示、单色显示和彩色显示等。

n 从显示性能上可分为常温显示、宽温显示、段形显示、 点阵显示、字符显示、图形显示、图像显示、非存储型显示 、存储型显示等 2.2 液晶显示器件的基本结构 液晶显示器件由于类型、用途不同，其结构不可能完成相同 但是，它们的基本形态和结构却是大同小异的 2.2.1 TN 型LCD(Twisted Nematic)基本结构 典型的液晶显示器件主要由偏光片、前玻璃、 封接边、后玻璃等大部件构成 不同类型的液晶显示器件的部分部件可能会有 不同，如相变型、PDLC、多稳态型液晶显示器件 没有偏光片，有源矩阵型液晶显示器件在基板上制 作有源矩阵电路等但是所有液晶显示器件都可以 看作是由两片刻有透明导电电极的基板，中间夹有 一个液晶层，封装成一个扁平盒构成 如果需要偏光片，则将偏光片贴在导电玻璃的 外表面上 典型TN型液晶显示器件为例： 两片光刻透明导电极图形的平板玻璃相对放置在一起， 使其间距6~7um，四周用环氧胶密封，但在一侧封装边上留 有一个开口，称为液晶注入口液晶材料即是通过该注入口 在真空条件下注入的注入后，用树脂将开口密封，再在次 液晶盒前后表面呈正交地贴上前后偏光片，即完成了一个液 晶显示器件。

作为扭曲向列型液晶显示器件，在液晶盒内表面还应制 作一层定向层该定向层经定向处理后，可使液晶分子在液 晶盒内，在前后玻璃基板表面都呈沿面平行排列，而在前后 玻璃基板之间液晶分子又呈90度扭曲排列 液晶显示器件3大基本部件： （1）玻璃基板 玻璃基板是一种表面极其平整的浮法生产的薄玻璃片 在表面蒸镀一层In2O3或者SnO2透明导电层，即ITO层经 光刻加工制成透明导电图形这些图形由像素图形和外引线 图形组成因此，外引线不能进行传统的锡焊，只能通过导 电橡胶条或导电胶带等进行连接如果划伤、割断或腐蚀， 就会制成器件报废 （2）液晶材料 液晶材料是液晶显示器件的主体不同器件使用的液 晶材料不同液晶材料大都是由几种乃至几十种单体液晶材 料混合而成，每种材料都有自己固定的清亮点TL和结晶点TS 因此要求液晶显示器件必须使用或保存在清亮点和结晶点 之间的一定的温度范围内 n 如果温度过低，结晶会破坏液晶显示器件的定向层 n 如果温度过高，液晶会失去液晶态 （3）偏光片 偏光片是用塑料薄膜材料制成上面涂有一层光学压敏 胶，可以贴在液晶盒的表面，前偏光片表面还有一层保护膜 ，使用时应该揭去。

偏光片怕高温、高湿，会发生退偏振或起泡 2.2.2 液晶分子的沿面排列 1.分子排列的种类 2.液晶分子排列的方法 液晶分子的沿面排列取决于液晶与基片所构成的界面状 态的取向效果基片表面的具体处理方法：直接处理法、间 接处理法和基片表面变形取向处理法3种 （1）直接处理法 特点：用具有垂直取向能力或平行取向能力的取向剂对基片 表面进行直接处理在取向剂与液晶分子间产生的范德华力 、偶极子之间的引力和氢键等物理化学的相互作用力是液晶 分子的主要作用力 （2）间接处理法 特点：将取向剂（如卵磷脂、二元脂肪酸等）溶解在液晶中 ，注入到液晶盒中后，取向剂从液晶中析出而吸附在基片表 面 优点：取向工艺简化 缺点：液晶中加入相当量的取向剂，会是液晶性能劣化，其 取向效果和可靠性和持久性比直接取向处理法差 （3）基片表面变形取向处理法 将原来光滑的基片表面变成不光滑表面，通过不光滑表面与 液晶的弹性相互作用，使液晶分子成一定的排列方向而 固定下来 主要作用：可以使液晶分子的平行排列和倾斜排列方向固定 下来，这是前两种方法所不能实现的 常用方法： A.摩擦法：用棉花、人造棉、尼龙等顺着一定方向轻轻摩 擦基片表面或经过平行取向剂处理过的基片表面。

B.倾斜蒸镀法：把取向剂（如氧化硅）蒸镀到基片上，镀 层厚度为10-100nm经过蒸镀后，基片表面上形成的 波纹表面与液晶分子相互作用，能实现特定的分子排列 2.2.3 液晶显示器件的电极连接 液晶显示器件的电极图形虽然是看不见的透明导电图形 ，但它决定了今后使用时所采用的控制和驱动方式 根据显示像素，液晶显示器件可分为两大类： n 段型（segmant） n 点矩阵（matrix）：普通矩阵、有源矩阵 1. 静态驱动段型电极排布 电极分布与普通七段段式数码管基本一致段电极每个笔 端有一个引出线，对应的背电极则只有一个引线 2. 动态驱动段型电极排布 电极分布规则是前后对应电极必须按不同组合连接，以使在 任意前后一对对应电极通电时，只有一个像素电极被选通 3. 普通点矩阵电极排布 实际上就是X方向和Y方向的两 组平行直线电极分布于前后玻璃 基板上 只显示字符：每隔若干条电极有 一个间隔 图形式点矩阵：无间隔 为了不同需要，点矩阵的外引线 可以是单侧引出，也可以是双侧 、三侧、四侧引出为了扩展普 通点矩阵的驱动能力，还有多重 矩阵及双屏矩阵等排布。

行同步列分割电极排布 4. 有源矩阵电极排布 有源矩阵电极与普通液晶显示器件电极不同，以TFT-LCD为 例，其矩阵电极和有源器件均在同一侧玻璃基板是，另一片玻 璃基板上只是一个公共电极 2.3 液晶显示器件的主要性能参量 2.3.1 基本测试系统 液晶显示器件的基本测试系统是一套专用的电光测 试系统 分为透射式、反射式 基本测试系统是在规定标准、恒定照明条件和一个 恒定温度条件下进行测定的 1996年，由GB4619-1996代替GB4619-84. 2.3.2 基本特性 1.电光特性 （1）阈值电压不明显；电光响应的陡度不够大，不 适应多路驱动目前最好8-16路 （2）电光响应速度慢；以前TN型液晶显示器的响 应速度只有50-100ms目前液晶电视可达到4ms （3）光透过和光关闭不彻底；由于液晶分子排列有 序参数不可能达到1. （4）电光响应与工作电压有关 2.电气特性 TN型液晶显示器件是一种电场效应器件，内阻很大 ，电阻率达1010Ω/cm2以上，电容仅为几pF/cm2， 因此只要施加很小电压即可在液晶层两侧之间建立 一个电场。

电流不到1.0uA/cm2 TN型液晶显示器件可以认为是容抗型器件交流驱 动时，驱动频率对驱动电流影响较大 比如：频率由32Hz提高到200Hz，驱动电流会增加 5-10倍 3.温度特性 液晶显示器件的使用温度范围比较窄，温度效应也 比较严重---------主要缺点 温度过高：高于清亮点Tc时，液晶态会消失 温度过低：响应速度会明显变慢，直至结晶使液晶 显示器件损坏 目前：普通型--- 0-40度（静态驱动型）； 普通型--- 5-40度（动态驱动型）； 宽温型--- -10-60度 2.4 常见的液晶显示器件 n液晶显示的三种方式：反射式、透射式、投影式 n简单介绍：扭曲向列液晶显示器件（TN型）、 动态散射液晶显示器件（DS）、 电控双折射液晶显示器件、 宾主彩色液晶显示器件（GH） 2.4.1 液晶显示的3种方式 1.反射式 反射式可以利用外光，介绍功率，TN型液晶显示器 件一般工作在反射式 入射光先穿过液晶盒，然后被反射器反射反射器 由一个漫反射器和一个镜面组成，他们粘附在底玻 璃外表面上。

当上下两个偏振片正交且没有加电时 ，光通过上偏光片，变成线偏振光，经过液晶层时 ，偏振方向旋转90，刚好可通过下偏光片到达反射 器，反射回来的光的偏光性没有改变，又再次穿过 液晶盒和上偏光片到达人眼当加上足够高的电压 后，液晶分子将于电场平行，光的偏振面不再发生 旋转，所以光不能穿过液晶盒到达发射面 2.透射式 TN型液晶也可以工作。