1、3章 液晶顯示 重點 液晶分子如何排列 液晶顯示的基本原理 有源矩陣顯示 彩色顯示 液晶屏的制作方法3.1 什么是液晶顯示液晶顯示的用途攜帶器件：計算器、手表、攜帶電話、電子手冊、 攜帶情報工具、游戲機、萬步計、翻譯辭典辦公用品：文字處理機、筆記本電腦、PC監(jiān)視器、 復(fù)印機、傳真機等家電：液晶電視、攝象機、數(shù)字相機、多功能電話、 可視電話、家電的操作顯示盤等車載：指示表類、車載導(dǎo)航儀、液晶電視等其它：體溫計、血壓計、自動販賣機等液晶有這么多 的用途?。?.2 液晶的排列向列相液晶的特征重心無序、長軸指向有序取向膜和取向處理取向膜的主流：聚酰亞胺 Polyimide 0.1m厚、高分子膜 在玻璃

2、基板上印刷形成取向處理：使液晶取向排列的過程。為什么液晶會排列？無取向膜有取向膜玻璃基板透明電極取向膜水平排列（垂直排列）摩擦處理取向膜透明電極玻璃基板無摩擦摩擦方向有摩擦玻璃基板的移動方向摩擦方向取向膜透明電極玻璃基板摩擦取向機理的兩種解釋：1 摩擦使表面受傷而產(chǎn)生細溝， 液晶分子沿溝的方向一致排列。2 摩擦后使取向膜表面產(chǎn)生一種靜電 力，使液晶分子沿力的方向排列。 物理性質(zhì)隨方向不同而不同稱為 各向異性。實際上，由于摩擦在 取向膜上造成各向異性，這種各 向異性與液晶分子的各向異性相 互作用使得液晶一致排列。3.3 液晶的電壓響應(yīng)正性向列相液晶分子長軸方向上的介電常數(shù)大于短軸方向上的介電常數(shù)

3、。特點：加電壓時分子長軸指向電場方向， 在器件中分子直立。透明電極ITOIndium Tin Oxide銦錫氧化物，作為液晶光閥的開關(guān)電極offonVth: 閾值電壓（液晶分子開始動作 所對應(yīng)的電壓值）正性液晶分子在電場中的動作負性液晶分子在電場中的動作offon垂直取向膜上的取向3.4 預(yù) 傾 角無預(yù)傾角的液晶在電場中的四種立起方式預(yù)傾角摩擦方向摩擦方向沿一個方向摩擦能夠產(chǎn)生預(yù)傾角3.5 TN 模 式 90扭曲摩擦方向摩擦方向1、兩基板上的摩擦方向互相垂直 90扭曲排列2、摻入手性劑 限定旋轉(zhuǎn)方向3.6 液 晶 光 閥偏光的概念光（橫波）的行進方向（a）自然光（b）線偏振光電矢量振動面偏振片

4、偏光軸吸收軸直線偏光自然光偏光軸平行偏光軸垂直光透過亮光截止暗TN 的亮度調(diào)整透過率中間灰度電壓光源：內(nèi)藏?zé)晒夤堋⑻柟?.7 手表計算器的數(shù)字顯示下基板的電極圖形上基板的電極圖形時間On狀態(tài)的電壓信號波形Off狀態(tài)的電壓信號波形時間上下基板電極的位相差On VVthoff VVth1973年夏普公司3.8 矩陣的圖象顯示矩陣顯示的信號輸入方式掃描尋址方式：縱向 x 電極上的信號同時輸入；橫向 y 電極上的信號逐線輸入。視頻動畫顯示的要求：每秒更換60幅畫面。如果有300條 y 電極線，那么每線上信號電壓持續(xù)時間為1/(60300) 秒，約0.05毫秒。矩陣顯示中的問題液晶響應(yīng) 速度慢交叉竄擾

5、 cross talk液晶的響應(yīng)時間液晶的電響應(yīng)時間大于10毫秒。TFT 可解決液晶響應(yīng)速度慢的問題。交叉竄擾問題STNTNSTN 模式的電光響應(yīng)曲線陡度大，可減弱交叉竄擾。STN 排列的獲得：調(diào)整摩擦方向、手性劑的量、預(yù)傾角。適用于文字處理機、一部分筆記本電腦的顯示器。FSTN：通常STN模式不能顯示黑/白，具有黃或藍色的底色。加上位相補償膜后，可祛除底色。這種STN稱FSTN。3.9 最新的顯示方法STN 顯示中的問題點：1、響應(yīng)速度慢 動態(tài)顯示時出現(xiàn)殘象2、視角窄3、線數(shù)增加后對比度下降解決辦法：有源矩陣有源矩陣與無源矩陣象素象素開關(guān)無源矩陣：無開關(guān)有源矩陣：有開關(guān) TFT、MIM有源矩

6、陣顯示上側(cè)基板與數(shù)字顯示一樣只有一個共通電極；下側(cè)基板上有(x y)個電極對應(yīng)著每個象素；每個象素上有一個開關(guān)。開關(guān)與信號線(source line)對應(yīng)，具有導(dǎo)通/ 非導(dǎo)通的功能。有源矩陣中沒必要使用STN模式，而使用TN模式。其響應(yīng)速度、視角與對比度都有改善。適用于筆記本電腦、車載導(dǎo)航儀、液晶電視等。3.10 有源矩陣顯示電極開關(guān)信號電壓液晶電容 接通 切斷電容信號電壓為負時，電流方向相反，電容電壓也反向，但液晶分子的響應(yīng)與電壓方向無關(guān)。兩個電極間夾一層液晶形成電容由于TFT的作用，使象素上數(shù)十微秒間觸發(fā)的電壓被電容維持住。 低 低 低 高柵電壓掃描off offoffon信號掃描柵線與信

7、號線逐行掃描，掃描后的信號由電容維持。逐行掃描從上到下完成后就形成一個畫面。CRT是逐點掃描。無論是靜態(tài)畫面還是動態(tài)畫面，都是由這種反復(fù)掃描形成的。3.11 TFT 的介紹TFT開關(guān)柵線信號線（源線）象素 的結(jié)構(gòu)溝道保護膜漏極象素電極單元 TFT 的斷面保護膜源極N+a-Sia-Si柵極絕緣膜 玻璃基板TFT 的開關(guān)特性的開關(guān)特性開關(guān)特性用 on/off 時的阻抗比來表示。普 通電筒的開關(guān)阻抗比為無窮大，但TFT的 開關(guān)阻抗比則有一定數(shù)值106/1012 。 所以即使在off時TFT中也有少量電流流過， 使得象素上存儲的電荷漏掉。實際上信號是以60Hz刷新率掃描，TFT的 開關(guān)比已能充分體現(xiàn)開

8、關(guān)性能?，F(xiàn)在多數(shù)TFT-LCD中設(shè)置輔助電容，與 液晶電容相并列，它具有更穩(wěn)定的電荷 存儲性能。TFT薄膜制作的方法3.12清洗玻璃基板PCVD或濺射法鍍絕緣膜、半導(dǎo)體層、金屬層等旋涂高阻保護膜預(yù)烘燒使保護膜硬化紫外線暴光 掩膜板保護膜顯像液除去暴光部分再次烘燒固化保護膜金屬腐蝕掉露出的金屬膜(絕緣膜或半導(dǎo)體層)剝離保護膜得到預(yù)計的膜圖形重復(fù)上述工藝可制備復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。制備TFT需要相當(dāng)多的工藝過程。3.13 彩色顯示的介紹三 基 色 的 加 法 混 色赤綠藍黃洋紅藍綠白黑三色組合可形成個顏色。如果分別調(diào)節(jié)三基色的亮度，可得到任意顏色。加法混色不僅用于液晶顯示，而且還用于等離子體顯示和陰極射

9、線管（CRT電視）等。液 晶 的 彩 色 顯 示 方 法玻璃基板ITO取向膜黑矩陣遮光膜紅膜綠膜藍膜CF基板TFT基板液晶層玻璃基板ITO取向膜液晶分子TN模式TFT部分紅膜綠膜藍膜遮光板(黑矩陣)CF基板TFT基板TFT信號線象素電極柵線的部分是彩膜的重疊部分 微米厚，置于基板內(nèi)側(cè)每個象素內(nèi)并排紅藍綠三片濾光膜，且每片濾光膜都對應(yīng)一個TFT開關(guān)，從而可任意調(diào)整每片膜上的光強度進行加法混色。彩 膜黑矩陣防止布線區(qū)域漏光，防止外光直接照射TFT導(dǎo)致關(guān)態(tài)電阻率低下。彩膜基板的制作方法形成黑矩陣形成紅色膜形成綠色膜形成藍色膜4套光刻圖形工藝3.14 液晶屏的制作清洗清洗印刷取向膜200C處理印刷取向

10、膜200C處理摩擦、清洗摩擦、清洗分散spacer封框膠印刷對盒,加熱固化斷屏注入液晶,封口清洗貼附偏振片液 晶 的 注 入 工 藝液晶液晶屏空氣真空真空空氣真空封口膠3.15 薄型背光源要求1、亮度的均一性2、薄型化3、高灰度、高效率 光源耗電占整個顯示屏的一半以上 重大課題背 光 源 的 構(gòu) 造 (側(cè)端光源) 射向液晶屏反光罩冷陰極(熒光)管反射板導(dǎo)光板(平面光)擴散板(勻光)藍膜綠膜紅膜藍綠紅波長亮度熒光燈管的發(fā)光光譜冷 陰 極 熒 光 燈Sidelight 方式：薄型化燈電源電路：將數(shù)伏電壓升到1000伏 的程度。 也須薄型化。三基色熒光粉：控制熒光粉的成分與量 有效發(fā)光、節(jié)能3.16

11、 液晶屏的驅(qū)動畫像信號控制器柵 極 驅(qū) 動標準電源回路信 號 線 驅(qū) 動12341 2 3 4 5 6柵 線 上 的 電 壓 波 形電壓時間0V柵線1柵線2柵線334.7sVGA480條柵線，60Hz信 號 線 上 的 電 壓 波 形電壓時間信號線1信號線2信號線3 VGA 640條信號線3(RGB) 240034.7s/專用ICLCD控制器雙向驅(qū)動各向異性導(dǎo)電粘膠膜只允許電流在厚度方向上導(dǎo)通，而不允許在面內(nèi)流動。IC側(cè)的輸出端液晶屏的端子導(dǎo)電性粒子TFT基板黏結(jié)劑柵源驅(qū)動液晶顯示器的整體結(jié)構(gòu)圖偏光片偏光片CF基板TFT基板液晶層源驅(qū)動背光源單元電源控制器柵驅(qū)動轉(zhuǎn)換器表示顯示性能的用語尺寸：與CRT相同用對角線長、以英寸為單 位。灰度：表示亮度，以cd/m2為單位。最近有 亮度為300cd/m2的商品出售。象元數(shù)： VGA 640 (3) 480 SVGA 800(3)600 XGA 1024(3)768 SXGA 1280(3)1024 主流對比度：最亮與最暗兩狀