液晶显示器的原理课件

液晶显示器的原理课件液晶显示器的原理课件1 12021/2/22 液晶显示液晶显示器的原理和制造器的原理和制造 20162016年年2 2月月22021/2/22(一一)序言序言32021/2/22一、对显示器的要求一、对显示器的要求 1 1.性能好且稳定（高亮度、高对比度、性能好且稳定（高亮度、高对比度、宽视角、快速响应等）宽视角、快速响应等）2 2.高密度信息量高密度信息量 3 3.可擦除可擦除 4 4.使用方便、安全、可靠使用方便、安全、可靠 5 5.寿命长寿命长 6 6.适宜的价格（低成本）适宜的价格（低成本）42021/2/22加电场加电场二、液晶显示的原理二、液晶显示的原理基片的表面处理基片的表面处理液晶分子呈有序排列液晶分子呈有序排列有一定的光学状态有一定的光学状态液晶分子排列液晶分子排列发生变化发生变化光学状态发生变化光学状态发生变化产生对比度产生对比度显示显示撤除电场撤除电场撤除电场撤除电场52021/2/22三、液晶显示的模式三、液晶显示的模式显示模式显示模式电流效应型电流效应型动态散射型（动态散射型（DSDS）胆甾型（胆甾型（CHCH）反铁电型（反铁电型（AFLCAFLC）铁电型（铁电型（FLCFLC）相变型（相变型（PCPC）宾主型（宾主型（GHGH）电控双折射型（电控双折射型（ECBECB）超扭曲向列型（超扭曲向列型（STNSTN）电场效应型电场效应型介电各向异性型介电各向异性型扭曲向列型（扭曲向列型（TNTN）62021/2/22(二二)什么是液晶什么是液晶72021/2/22一、液晶的发现及命名一、液晶的发现及命名1888年年奥奥地地利利植植物物学学家家 F.Reinitzer 在在加加热热胆胆甾甾醇醇苯甲酸酯结晶试验时发现：苯甲酸酯结晶试验时发现：结晶结晶结晶结晶酯酯酯酯加热加热 加热加热 透明透明液体液体 冷却冷却冷却冷却 德国物理学家德国物理学家 O.Lehmann O.Lehmann 将其称为：将其称为：Fliessende Krystalle(Fliessende Krystalle(德语德语)英文为：英文为：Liquid Crystal Liquid Crystal 中文即：液晶中文即：液晶 乳白色乳白色浑浊液体浑浊液体 82021/2/22二、液晶分子的结构二、液晶分子的结构CN化学家的观点化学家的观点物理学家的观点物理学家的观点 形状各向异性形状各向异性,长度长度 4 4倍宽度倍宽度上述分子上述分子(5CB)是是 2 nm 0.5 nm 分子长轴有一定刚性分子长轴有一定刚性 分子末端分子末端含有含有极性或可极化的基团极性或可极化的基团CH3-(CH2)4C N92021/2/22三、液晶的定义三、液晶的定义n通常物质有三态：固体通常物质有三态：固体 液体液体 气体气体n液晶是物质的第四态液晶是物质的第四态介乎于各向同性液体介乎于各向同性液体和晶体之间的中间相（和晶体之间的中间相（mesophase）n晶体晶体 液晶液晶 （各向同性）液体（各向同性）液体 气体气体n具有液晶相的物质都是有机化合物具有液晶相的物质都是有机化合物102021/2/22四、液晶的特点四、液晶的特点(各向同性各向同性)液体液体液晶液晶晶体晶体宏观宏观流动性、各向同性流动性、各向同性流动性流动性、各向异性、各向异性有一定形状、各向异性有一定形状、各向异性微观微观位置短程序位置短程序位置短程序、位置短程序、方向序方向序位置长程序位置长程序表表1112021/2/22温温 度度 晶体晶体 向列相液晶向列相液晶 各向同性各向同性相相 液液 晶晶 相相图图1122021/2/22五、液晶的分类五、液晶的分类19221922年法国年法国G.FriedelG.Friedel将液晶分成三大类将液晶分成三大类向列相向列相 分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布胆甾相胆甾相 分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋 轴的平面内分子排列类似向列相轴的平面内分子排列类似向列相近晶相近晶相 层状结构，分子垂直或斜交于层平面，层内分子层状结构，分子垂直或斜交于层平面，层内分子 重心无序分布（重心无序分布（A A、C C、C C*）或有序分布（）或有序分布（B B、G G、F F、G G）132021/2/22近晶近晶C C相相 近晶近晶A A相相 向列相向列相 图图2142021/2/22向列相向列相&胆甾相胆甾相n通常向列相通常向列相螺距螺距P指向矢指向矢 手性向列相手性向列相向列相向列相 位置无序位置无序 指向有序指向有序 指向矢倾向沿某一方向指向矢倾向沿某一方向胆甾相胆甾相 位置无序位置无序 指向有序指向有序 指向矢排列呈螺旋状指向矢排列呈螺旋状图图3152021/2/221.1.指向矢指向矢 在宏观上把液晶当作连续体来处理的理论中，常引用一个平滑的在宏观上把液晶当作连续体来处理的理论中，常引用一个平滑的矢量场来描述液晶分子的排列状态。更确切地说，即在一个无限小的矢量场来描述液晶分子的排列状态。更确切地说，即在一个无限小的体积内将大量分子的长轴方向的平均取向作为一个择优取向，这个择体积内将大量分子的长轴方向的平均取向作为一个择优取向，这个择优取向常常用单位矢量优取向常常用单位矢量 来表示来表示,它被称为指向矢它被称为指向矢(director)(director)。图图4(1)(1)定义定义六、液晶的物理性质六、液晶的物理性质162021/2/22(2)(2)指向矢的性质指向矢的性质 即即 是一个无量纲的单位矢量是一个无量纲的单位矢量 满足：满足：多畴多畴 整个液晶层有多个整个液晶层有多个 方向方向 单畴单畴 整个液晶层只有一个整个液晶层只有一个 方向方向 奇奇点点 空空间间中中某某些些点点或或线线上上 可可以以有有多多个个方向（或方向（或 不确定）不确定）缺陷（向错点、向错线）缺陷（向错点、向错线）=-=-172021/2/22s=+1s=+1s=+1s=1/2s=-1/2s=-1s=3/2s=+2向列相液晶分子在不同强度向错线周围排列的情况向列相液晶分子在不同强度向错线周围排列的情况182021/2/22向列相中向错线的显微照片向列相中向错线的显微照片192021/2/222.2.介电各向异性介电各向异性在向列相中分别沿与液晶指向矢平行和垂直的方向进在向列相中分别沿与液晶指向矢平行和垂直的方向进行测量，可以得到两个不等的介电常数行测量，可以得到两个不等的介电常数 和和 。对液晶沿某一方向加电场对液晶沿某一方向加电场E，相应的电位移矢量，相应的电位移矢量D为：为：定义定义 为液晶的介电各向异性。为液晶的介电各向异性。分子具有与其长轴平行的永久偶极距分子具有与其长轴平行的永久偶极距 0分子具有与其长轴垂直的永久偶极距分子具有与其长轴垂直的永久偶极距 0时，若时，若 ，则，则 为最大，为最大，W为最小；为最小；即分子倾向沿电场排列即分子倾向沿电场排列当当 0时，若时，若 ，则，则 ，W为最小；为最小；即分子倾向垂直电场排列即分子倾向垂直电场排列（2 2）212021/2/22图图5222021/2/223.3.电阻率与电极效应电阻率与电极效应n液晶的电阻率液晶的电阻率的的 数量级为数量级为 ，近乎半导体，近乎半导体和绝缘体的边界。和绝缘体的边界。作为液晶纯度的表征量，作为液晶纯度的表征量，小小 直流分量大直流分量大 电化学分解电化学分解 LCDLCD的寿命降低的寿命降低大大 质量好，但质量好，但太大，则难以制备（产率太低）太大，则难以制备（产率太低）n电极效应电极效应直流电直流电 电极处发生电化学反应电极处发生电化学反应 液晶材料发生分液晶材料发生分解解 LCDLCD损坏损坏防止办法：利用低频交变电场驱动防止办法：利用低频交变电场驱动232021/2/22(三三)液晶显示器的结构液晶显示器的结构242021/2/22第一节第一节 液晶显示器件的基本结构液晶显示器件的基本结构1.偏振片偏振片 2.玻璃基板玻璃基板 3.公共电极公共电极 4.取向层取向层 5.封框胶封框胶 6.液晶液晶 7.隔垫物隔垫物 8.保护层保护层 9.ITO像素电极像素电极 10.栅绝缘层栅绝缘层 11.存贮电容底电极存贮电容底电极 12.TFT漏电极漏电极 13.TFT柵电极柵电极 14.有机半导体有源层有机半导体有源层 15.TFT源电极及引线源电极及引线 16.各向异性导电胶（各向异性导电胶（ACF）17.TCP 18.驱动驱动IC 19.印刷电路板（印刷电路板（PCB）20.控制控制IC 21.黑矩阵（黑矩阵（BM）22.彩膜（彩膜（CF）12345648913102121811719120141516172122252021/2/22液晶屏剖面图液晶屏剖面图262021/2/22驱动结构图驱动结构图272021/2/22TFT-LCD阵列基板的整体基本布局阵列基板的整体基本布局a ab bb bc cd dd de ee ef fg gc chhhh ia 像素显示区像素显示区 b 扫描电极外引线（栅线外引线）扫描电极外引线（栅线外引线）c 信信号电极外引线号电极外引线d 短路环短路环 e 转印电极和对盒标记转印电极和对盒标记 f 对版标记（套刻对版标记（套刻标记）标记）g 切割标记切割标记 h 封盒胶框位置封盒胶框位置 i 液晶注入口液晶注入口 282021/2/22液晶显示液晶显示器器有源方有源方式式无源方式无源方式三端子器三端子器件件二端子器二端子器件件MOSFETTFTa-Sip-SiTeCdSeMSIDRBTBMIMpinSTNECB铁电液晶铁电液晶TN相变模式相变模式292021/2/22第二节第二节 液晶显示器的显示原理液晶显示器的显示原理302021/2/222、偏光片特性312021/2/22帧反转帧反转液晶显示液晶显示有源方式有源方式无源方式无源方式点反转点反转静态驱动法静态驱动法动态驱动法动态驱动法多路驱动法多路驱动法行反转行反转 笔段笔段、棒形显示棒形显示 数字、文字等数字、文字等 矩阵显示矩阵显示 任意图形任意图形 高分辨率彩色视频显示高分辨率彩色视频显示 液晶显示主要采用交流驱动液晶显示主要采用交流驱动1、驱动方式比较第四节第四节第四节第四节 液晶显示液晶显示液晶显示液晶显示驱动原理驱动原理驱动原理驱动原理322021/2/22无源驱动无源驱动 Passive Matrix型显示方式是使用把电极顺序驱动的多路驱型显示方式是使用把电极顺序驱动的多路驱动方法，选择像素和非选择像素之间的电压差小，明暗比低下动方法，选择像素和非选择像素之间的电压差小，明暗比低下,很难显示广视角图像。很难显示广视角图像。332021/2/22 有源矩阵液晶显示器（有源矩阵液晶显示器（AM-LCD）是在每个像素上分别设）是在每个像素上分别设置一个开关元件，进行选择性的驱动矩阵中的各个像素，可置一个开关元件，进行选择性的驱动矩阵中的各个像素，可以实现显示画面的高分辨率化和高画质化以实现显示画面的高分辨率化和高画质化.有源驱动有源驱动342021/2/22(a)(b)图图(a)表示了沟道电流表示了沟道电流Ids与栅极电压与栅极电压Vgs的关系的关系,图图(b)表示了表示了沟道电流沟道电流Ids与漏极电压与漏极电压Vds的关系的关系.当当VgsVth时为断开区时为断开区;当当VgsVth时为导通区时为导通区.2、TFT的特性及功能352021/2/22信号线信号线扫描线扫描线GlassGateSiONxa-Si:HSiNxS/DITOPVXn+a-Si存储电容存储电容象素电极象素电极a-Si TFT3、TFT象素的基本结构象素的基本结构 362021/2/22 a-Si TFT在在TFT-LCD中的作用中的作用功功能能：1)确确认认栅栅引线引线上上是否有电压是否有电压2)TFT打打开开3)确确认数据引线认数据引线上上是否有数据是否有数据信号电压信号电压4)液液晶晶分子偏转分子偏转5)屏屏幕显示内容改变幕显示内容改变372021/2/225、模块驱动结构图382021/2/22 灰度驱动方法电压振幅调制灰度法（电压灰度法）白白灰灰黑黑（a）屏上外加电压与屏透过率的特性）屏上外加电压与屏透过率的特性（b）信号源电压波形）信号源电压波形像素电极像素电极液晶分子液晶分子公共电极公共电极392021/2/22DC/DC converter Timing ControllerSource driver ICGate driverIC Interface connectordataTTL/LVDSTTL/RSDS/Mini-LVDSVddGammaLCCsVcomdataVcomstv,cpv sth,cph,load,mpol模块驱动电路构成图402021/2/22谢谢！412021/2/22