1、2009.8.5,Liquid Crystal Display,第3章 液晶顯示器件(LCD),LCD是FPD中應(yīng)用最廣泛的； 具有低耗電、無(wú)幅射、無(wú)污染、省空間的優(yōu)點(diǎn)； 沒(méi)有畫面閃爍問(wèn)題，不會(huì)干擾其它電子裝置； 可為用戶顯出清晰、犀利的畫面，同時(shí)具有明亮、鮮艷的色彩。 日本、美國(guó)等因LCD有與CRT相抗衡的優(yōu)勢(shì)提出“90年代將開(kāi)始平板顯示時(shí)代”。,2009.8.5,LCD,Most mature flat panel technology Major share of FPD market Poor intrinsic viewing angle Requires backlight Ine

2、fficient Slow Effected by Temperature and sunlight,2009.8.5,Advantages of LCD,The sharpness of a LCD display is at maximum tweekness(干擾). Zero geometric distortion at the native resolution of the panel. High peak intensity produces very bright images. Best for brightly lit environments. Screens are

3、perfectly flat. Thin, with a small footprint. Consume little electricity and produce little heat The LCD display unit is very light and can be put anywhere or moved anywhere in the house. Lack of flicker and low glare reduce eyestrain.,2009.8.5,目前液晶顯示器件的特點(diǎn): 1) 低功耗( 數(shù)十Wcm2)。用干電池長(zhǎng)時(shí)間驅(qū)動(dòng)、節(jié)能。 2) 工作電壓低( 10

4、V)。與大規(guī)模集成LSI電路驅(qū)動(dòng)電路相適應(yīng)，能直接用IC驅(qū)動(dòng)、驅(qū)動(dòng)電路小型化、簡(jiǎn)單化、實(shí)用性好。 3) 平板器件薄型結(jié)構(gòu)，無(wú)電磁輻射，壽命長(zhǎng)。 4) 顯示面積可以從數(shù)mm2108吋。 5) 圖像無(wú)閃爍、無(wú)失真、可視界面大 6) 是受光型顯示器件，即使在明亮的場(chǎng)所也能顯示清晰。 7) 便于彩色化，可擴(kuò)大顯示功能和實(shí)現(xiàn)多樣化顯示。 8) 能投影放大顯示，容易實(shí)現(xiàn)大畫面顯示(數(shù)m2)。,2009.8.5,具有CRT無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)： 圖像清晰度高，一般來(lái)說(shuō)都能達(dá)到1024758像素，完全符合未來(lái)高清數(shù)字電視要求。 機(jī)身輕薄，厚度在4厘米以內(nèi)，僅有等離子電視的二分之一，是普通C R T電視厚度的十分之一

5、左右。 使用壽命長(zhǎng)，一般達(dá)到50000小時(shí)以上，按一天使用8小時(shí)計(jì)算，可使用17年，比普通CRT彩電使用壽命還長(zhǎng)。 環(huán)保節(jié)能，液晶電視采用逐行掃描與點(diǎn)陣成像，圖像無(wú)閃爍，不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。21英寸液晶電視功率為40瓦，30英寸為120瓦，比普通CRT彩電省電。 具有防爆性能。,2009.8.5,3.1 液晶的基本知識(shí) 3.2 液晶的各種物理性質(zhì)3.3 液晶的顯示方式 3.4 各種液晶材料 3.5 液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)和制作 3.6 LCD的顯示形式和驅(qū)動(dòng)方法 3.7 LCD應(yīng)用 3.8新型LCD,2009.8.5,一、定義： 液晶是一種介于液體和晶體(固態(tài))之間的中間態(tài)物質(zhì)。 -是具有規(guī)則性分

6、子排列的有機(jī)化合物，是液態(tài)晶體的總稱。 -把既有液體的流動(dòng)性特性，又有類似晶體結(jié)構(gòu)的有序性即晶體光學(xué)各項(xiàng)異性的晶體命名為流體晶體“液晶”。 物理性質(zhì)：在一定溫度范圍內(nèi)有液體的流動(dòng)性、粘度、形變等力學(xué)性質(zhì)，又有晶體的熱、光、電、磁等。 幾乎都是有機(jī)物，分子結(jié)構(gòu)呈棒狀或近似棒狀的細(xì)長(zhǎng)形狀。如20-47室溫下，液晶MBBA(甲氧基亞芐基4-n丁基苯胺)分子長(zhǎng)度約為數(shù)nm，寬僅有0.1nm左右。,3.1 液晶的基本知識(shí),2009.8.5,二、發(fā)展 早期：1888年奧地利的植物學(xué)家萊尼茨爾（FReinitzer）)發(fā)現(xiàn)了膽甾醇的苯甲酸酯和醋酸酯的液晶性。在160土15下呈乳白粘稠狀液體，并有美麗的珍珠光

7、澤。 1889年德國(guó)物理學(xué)家萊曼(OLehmann)在偏光顯微鏡下，觀察到乳白液體的雙折射現(xiàn)象，認(rèn)為是一種具有流動(dòng)性的晶體。定義為“液晶”。 1963年美國(guó)無(wú)線電（RCA)的威廉斯(Rwilliams)發(fā)現(xiàn)在向列型液晶層上施加電壓會(huì)使其變混濁。據(jù)先驅(qū)者海麥爾(GHHeiImeier)發(fā)現(xiàn)的液晶光學(xué)的特異性質(zhì)制成了液晶平板顯示器件。 1968年由Heilmeier等人發(fā)表的動(dòng)態(tài)散射型(DS)和賓主型(GH型)LCD， 我國(guó)1970年后，對(duì)液晶基礎(chǔ)理論及相關(guān)連的真空技術(shù)、玻璃材料、電子學(xué)等的發(fā)展均打下了基礎(chǔ)。液晶器件應(yīng)用產(chǎn)品有：全電子手表、微型計(jì)算機(jī)、數(shù)字屏幕游戲機(jī)等 1984年：深圳中航天馬公司

8、建成第一條4in規(guī)格的TNLCD生產(chǎn)線.,2009.8.5,近年來(lái)，有超扭曲向列型(sTN-LCD，扭曲角180-240)單色，藍(lán)、黃模式，黑、白模式。有源矩陣(AM-LCD)，TFT-LCD型。 1990年6月日本NEC出售PC計(jì)算機(jī)彩色TFTLCD（像素640400個(gè)、20MHz的CPU、40M字節(jié)的硬磁盤、外形尺寸僅1236.446cm3、重10.4kg） 1999年4代線LCD用玻璃基板的尺寸680 mm880mm發(fā)展到2006年8代線的2 200 mm2 400 mm。厚度為2.88mm的12英寸TFT液晶面板,對(duì)比度為2 0001,響應(yīng)時(shí)間為8 ms,像素為1 280800,背光采

9、用LED,向OLED挑戰(zhàn);并準(zhǔn)備建10代生產(chǎn)線,目標(biāo)是40英寸。 日本夏普公司LCD技術(shù)處于領(lǐng)先，開(kāi)發(fā)的4 0962 160像素的64英寸LCD對(duì)比度為2 0001，確立了LCD超高分辨率的制高點(diǎn); 采用改進(jìn)MVA技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)視角改善，光利用率大幅提高。為改善運(yùn)動(dòng)圖像邊緣模糊問(wèn)題，提高液晶響應(yīng)速度和掃描頻率，引入了背光掃描等措施，并據(jù)顯示圖像控制CCFL、LED背光源和曲線實(shí)現(xiàn)了顯示屏的高對(duì)比度。 108英寸LCDTV向PDP挑戰(zhàn);,2009.8.5,三、液晶種類：,1、據(jù)液晶的形成方式分為：熱致液晶(Thermotropic Liquid Crystals)和溶致液晶(Lyotropic

10、Liquid Crystals )兩大類。 熱致液晶-當(dāng)液晶物質(zhì)加熱時(shí)，在某溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出各向異性的熔體； 此類液晶與顯示器件關(guān)系密切，所用的大多是熱致液晶物質(zhì) 溶致液晶-是溶解于水或有機(jī)溶劑，具有和液體一樣可以流動(dòng)，又類似于晶體各向異性性質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)。 此類液晶在生物體中具有特殊意義，其組成和性質(zhì)正受到重視。,2009.8.5,熱致液晶的形成：既能從固相加熱，也能從液相冷卻而得到，稱之為相變。 相變有兩種情況：一種稱為互變相變型。當(dāng)相變溫度為T1和T2時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有可逆相變。即 另一種稱為單變相變型。在相變中只有液體冷卻時(shí)才能形成液晶相。另外，有一種液晶物質(zhì)能夠呈現(xiàn)出兩種以上不同類型的液晶相

11、，或若干近晶相。即 目前己發(fā)現(xiàn)的液晶有近萬(wàn)種。,2009.8.5,各向同性的,2009.8.5,2、熱致液晶thermotropic liquid crystals據(jù)分子排列方式分為（在偏光鏡下觀察到的光學(xué)圖案）：近晶型、向列型、膽甾型三類的分子排列。 共同點(diǎn)：具有細(xì)長(zhǎng)棒狀分子結(jié)構(gòu)，沿著分子軸方向相互平行排列(取向有序)。,向列相 近晶相 膽甾相,2009.8.5,（1）近晶型液晶(smectic)又稱層狀液晶 - 分子呈棒狀，長(zhǎng)軸方向基本一致，分層排列。 每個(gè)分子都垂直于層面或與層面成一定角度排列，其分子層內(nèi)結(jié)合力強(qiáng)、層間結(jié)合比較弱，容易相互滑動(dòng)，具有二維流體性質(zhì)。 粘度與表面張力都較大，用

12、手摸有似肥皂的滑澀感，對(duì)外界的電、磁、溫度變化都不敏感 與普通液晶相比，具有高粘度的特性，在光學(xué)上顯示正的雙折射性。,2009.8.5,近晶型A層內(nèi)分子的位置沒(méi)有規(guī)則，指向矢垂直于層面， 近晶型C的指向矢稍有傾斜。 近晶型B層內(nèi)分子的位置也是有序的。 隨著溫度的升高，近晶型呈現(xiàn)這些相按BCA的順序相繼出現(xiàn)。 大量分子宏觀性排列方向的單位矢稱指向矢-液晶分子的長(zhǎng)軸方向。,2009.8.5,近晶相液晶（Smectic）,隧道顯微鏡下的近晶相層狀液晶,2009.8.5,在偏光顯微鏡下的圖象,2009.8.5,（2）向列型液晶(Nematic)又稱絲狀液晶 棒狀分子相互平行向一個(gè)方向排列，但不分層，重

13、心自由在空間隨機(jī)分布，分子軸向著同一方向(取向有序)，且各個(gè)分子沿著分子軸的方向能夠自由地移動(dòng)。 富于流動(dòng)性強(qiáng)、粘度小。 顯示正的雙折射性。,2009.8.5,向列相液晶（Nematic）,向列液晶在偏光顯微鏡下的圖,2009.8.5,（3）膽甾型液晶(cholesteric)又稱螺旋狀 分子不一定是棒狀的，排列具有近晶型液晶的層狀結(jié)構(gòu)。 同一薄層內(nèi)，所有分子相互平行排列，有一個(gè)固定的取向。 不同薄層中分子的取向不相同，相鄰兩層的分子取向相差15， 各層之間的取向漸變可以連成一條空間扭轉(zhuǎn)的螺旋線。 這種特殊的螺旋結(jié)構(gòu)使液晶具有了旋光性、選擇性光散射和偏振光二色性等光學(xué)性質(zhì)。 與近晶型和向列型液

14、晶不同，具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。,2009.8.5,膽甾型液晶,2009.8.5,液晶整體呈螺旋結(jié)構(gòu)。螺距的長(zhǎng)度是可見(jiàn)光波長(zhǎng)的數(shù)量級(jí)。 由于膽甾型液晶的分子排列旋轉(zhuǎn)方向可以是左旋，也可以是右旋，當(dāng)螺距與某一波長(zhǎng)接近時(shí)，會(huì)引起這個(gè)波長(zhǎng)光的布拉格散射，呈某一種色彩。 膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。一定強(qiáng)度的電場(chǎng)、磁場(chǎng)也可使膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢嘁壕А?膽甾相液晶易受外力的影響，特別對(duì)溫度敏感，由于溫度主要引起螺距的改變，因此膽甾相液晶隨溫度改變顏色。,2009.8.5,另外：（4）特異型： a、盤型：以苯環(huán)為核心的盤型酯類分子，有負(fù)的光軸性質(zhì)，無(wú)旋光性，狀如硬幣，可形成柱狀堆積，密堆一層層相同的排列堆

15、疊。 B、重入型：降溫過(guò)程中，在近晶相兩端都出現(xiàn)的向列相，即一種奇妙的相變過(guò)程中，再次出現(xiàn)相同液晶的現(xiàn)象稱-。,2009.8.5,3.2 液晶的各種物理性質(zhì) 3.2.1 物理性質(zhì)的各向異性 分子的軸向和垂直于分子長(zhǎng)軸的方向 有不同的物理性質(zhì)：即折射率n： nn， 介電常數(shù)： 、 磁化率： 電導(dǎo)率： ， 粘度系數(shù)：,液晶長(zhǎng)軸,液晶短軸,2009.8.5,1、介電常數(shù)各向異性： 有兩種情況：=-0或0 當(dāng)o時(shí)（為1020）為P型液晶-正介電各向異性液晶 o時(shí)（為-12）為N型液晶-負(fù)介電各向異性液晶 另外，介電各向異性與液晶分子的極化度有關(guān)，在可見(jiàn)光范圍內(nèi)液晶常常是。,2009.8.5,有序參數(shù)S

16、： 液晶分子沿一定方向的平行排列雖有序，有序排列的程度的定量描述即S： 圖若一個(gè)液晶分子的長(zhǎng)軸方向與分子群 長(zhǎng)軸方向指向矢有一定夾角時(shí) 取向有序參數(shù)用角的平均值(cos) 表示， 故有序參數(shù)S定義為： 對(duì)各向同性液體，分子長(zhǎng)軸的取向完全紊亂時(shí)，S0。 當(dāng)液晶分子群處于完全平行取向的理想狀態(tài)時(shí)，S1。 Sl 的液晶分子排列時(shí)溫度條件必須是0K。 一般向列型液晶在NI相變點(diǎn)附近的S=0.3，在非常低的溫度時(shí)S0.8。S值一般不受強(qiáng)電場(chǎng)或強(qiáng)磁場(chǎng)的影響。,2009.8.5,2、電導(dǎo)各向異性： 用表示：向列型的（離子沿分子軸相較容易）大于1，近晶型的（離子在層間隙易移動(dòng)）小于1。溫度增加，電導(dǎo)增加。 3

17、、粘度：會(huì)影響器件的響應(yīng)時(shí)間r和下降時(shí)間f，它越大兩個(gè)時(shí)間延長(zhǎng)，且溫度增加,下降。分子鏈越長(zhǎng)，越大；極性越強(qiáng)越大。 4、磁各向異性： 5、彈性常數(shù)各向異性：彎曲（bend）、扭曲twisted、展曲splay,折射率的定義：光在其它介質(zhì)中的傳播速度與光在真空中的速度（c）的比值。 n=C/V得V=C/n,2009.8.5,6、雙折射：光在液晶中傳播時(shí)會(huì)發(fā)生雙折射； 折射率的各向異性，顯示出雙折射性。似單軸晶體有兩個(gè)不同的主折射率n0和ne。 no-光電矢量振動(dòng)方向與晶體光軸相垂直的尋常光 ne-光電矢量振動(dòng)方向與晶體光軸相平行的非尋常光。 extraordinary ray 通常非尋常光的折射

18、率ne大于尋常光的折射率n0， 傳播速度vev0即尋常光的傳播速度大，在光學(xué)上這種液晶稱為正光性的，具體如下：,2009.8.5,（1）折射率的各向異性和正負(fù)光學(xué)特性 在向列型液晶和近晶型液晶中圖a，液晶分子的指向矢方向相當(dāng)于單軸晶體的光軸，與指向矢成垂直或平行振動(dòng)的入射光就會(huì)產(chǎn)生n、n折射率，則 折射率的各向異性表達(dá)式n：,2009.8.5,三維空間上的折射率如圖， 圖a中，尋常光表現(xiàn)為球面，非尋常光表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)的橢圓體。且折射率n0遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ne，只有在指向矢的方向上才是一致的 通常n/n，所以n 為正值。因此，具有正光性。,向列型液晶和近晶型液晶,膽甾型液晶,2009.8.5,圖b-膽甾型液

19、晶，因?yàn)榕c指向矢垂直的螺旋軸相當(dāng)于光軸，所以，當(dāng)光的波長(zhǎng)比螺距大很多時(shí)，主折射率n0和ne為： 其中，n/n關(guān)系仍然成立， 但 0， 故 膽甾型液晶具有負(fù)光性。,2009.8.5,（2）液晶的光學(xué)特性 1) 使入射光前進(jìn)方向沿指向矢(分子長(zhǎng)軸)的方向偏轉(zhuǎn)。 當(dāng)入射光照在液晶上時(shí)， v/ v (入射光平行于偏振方向的光速v/、垂直于方向的光速v與折射成率n、n/反比關(guān)系， 所以v/快，使入射光前進(jìn)方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)。 入射光將沿著平行于入射口的扭曲方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)，并以平行于出射口的偏振方向射出。,2009.8.5,2) 改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)(線偏振、橢圓偏振、圓偏振)、或偏振光的振動(dòng)方向。 指向矢與x

20、軸平行：當(dāng)線偏振光沿著z軸方向入射時(shí)，其振動(dòng)方向（電場(chǎng)矢量為E0)與x軸成角時(shí)，則在某位置(oz1z0)上入射線偏振光的狀態(tài) 當(dāng)0和2時(shí)，入射偏振光的振動(dòng)方向不變化； 當(dāng)4時(shí)，隨著光線沿著z當(dāng)以其它線偏振光方向入射時(shí)，根據(jù)平行分量和垂直分量的相位差的值橢圓、圓或直線等某種偏振光形式射出,2009.8.5,以垂直于的偏振方向入射的光，則以垂直出射口方向射出。 3) 使入射的左旋、右旋偏振光產(chǎn)生相應(yīng)的反射或透射。若對(duì)扭曲螺距p與入射光波長(zhǎng)相近的膽甾型液晶： 當(dāng)與扭曲方向相反的入射偏振光(左旋光)入射時(shí)則產(chǎn)生光透射 若右旋光入射時(shí)則發(fā)生與布喇格反射相同的現(xiàn)象，入射偏振光被反射。 從而產(chǎn)生二色性的選擇

21、性光散射。 由于液晶折射率各向異性，使入射光沿分子長(zhǎng)軸方向偏轉(zhuǎn)或使偏振光狀態(tài)和振動(dòng)方向發(fā)生改變，以致產(chǎn)生光反射、透射等-顯示器件的重要工作原理。,2009.8.5,3.2.2 外電場(chǎng)作用下的液晶分子排列取向 一、現(xiàn)象 由于液晶的介電常數(shù)各向異性，具有特定的初始分子排列的液晶在外電場(chǎng)作用下，排列發(fā)生改變導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)的變化的現(xiàn)象-稱做弗雷德利克斯(Freedericksz)過(guò)渡。,未加電場(chǎng),加電場(chǎng),2009.8.5,介電各向異性液晶對(duì)電場(chǎng)的響應(yīng) 假設(shè)初始分子群長(zhǎng)軸(指向矢)與兩電極基板面平行或垂直排列時(shí)， = /- 0的液晶(稱P型液晶，用NP表示) ，施加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)EEc（Ec為液晶分子的初始排列

22、開(kāi)始產(chǎn)生改變時(shí)的閾值電場(chǎng))，分子長(zhǎng)軸就會(huì)沿著與電場(chǎng)平行方向排列。 0的液晶(稱N型液晶，用NN表示) ，施加強(qiáng)電場(chǎng)時(shí)分子長(zhǎng)軸就會(huì)沿著與電場(chǎng)E成垂直方向排列。因?yàn)樘幱谶@種排列時(shí)液晶的電勢(shì)能We變得最小。,如圖 加電場(chǎng)- 會(huì) / 電場(chǎng) 會(huì) ,2009.8.5,二、原理 液晶是一種彈性體，彈性模數(shù)很小，一般為10-11-10-12N之間。 分子排列很容易受到電場(chǎng)、磁場(chǎng)和應(yīng)力等作用而變形， 在應(yīng)力作用下產(chǎn)生三種變形：擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的展曲、扭曲狀態(tài)的扭曲和彎曲狀態(tài)的彎曲。 這些變形和應(yīng)力之間關(guān)系與彈性模數(shù)有關(guān)： 展曲彈性模數(shù)E11、扭曲彈性模數(shù)E22、和彎曲彈性模數(shù)E33， 對(duì)于近晶型液晶，E110；向列型液

23、晶，固有扭曲0。 液晶分子從初狀態(tài)開(kāi)始產(chǎn)生遷移的閾值電場(chǎng)強(qiáng)度Ec：自由能在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件下由最小數(shù)值計(jì)算來(lái)確定。即 式中，d是液晶盒厚度；Eii是彈性模數(shù)，初始分子平行排列時(shí)EiiE11，垂直排列時(shí)EiiE33，扭曲狀態(tài)排列時(shí)E22 。,2009.8.5,3.3 液晶顯示簡(jiǎn)單原理 液晶分子的晶體結(jié)構(gòu)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、溫度、應(yīng)力等影響下，由原始的特定排列狀態(tài)再排列成另一種狀態(tài)，使其光學(xué)性質(zhì)（液晶盒的雙折射性、旋光性、偏振光二色性、光散射性、旋光分散性等）發(fā)生變化，變換成視覺(jué)的變化。 在外電場(chǎng)作用下，由于液晶分子排列的變化而引起液晶光學(xué)性質(zhì)改變的現(xiàn)象稱為液晶的電光效應(yīng)，液晶顯示器正是利用液晶的電光效應(yīng)

24、，實(shí)現(xiàn)光被電信號(hào)的調(diào)制 這種柔軟的分子排列，使之能用于顯示器件、光電器件、傳感器件等領(lǐng)域， 液晶盒是利用光調(diào)制的顯示器件，它屬于受光型(非發(fā)光型)顯示器件。,2009.8.5,主要的分類：,液晶的顯示方式,2009.8.5,液晶的電光效應(yīng)（electro-optic-effect）-在電場(chǎng)作用下，液晶分子由某種排列方式轉(zhuǎn)變成另一種排列狀態(tài)，引起液晶盒的光學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生變化，所產(chǎn)生的這種電光調(diào)制現(xiàn)象。 電場(chǎng)型效應(yīng)- ECB效應(yīng)、TN效應(yīng)、GH效應(yīng)、PC效應(yīng)，都是根據(jù)介電常數(shù)的各向異性所產(chǎn)生的介電矩的作用而產(chǎn)生的效應(yīng)。是指液晶在外電場(chǎng)下產(chǎn)生的效應(yīng)。 LCDs: organic molecules, n

25、aturally in crystalline state, that liquefy when excited by heat or E field,2009.8.5,熱效應(yīng)據(jù)使根用液晶材料的不同分為：熱光效應(yīng)(近晶型效應(yīng))和電熱光效應(yīng)(膽甾型效應(yīng))。 熱效應(yīng)-是指隨著溫度變化而產(chǎn)生的效應(yīng)。 液晶的電光和熱光效應(yīng)通常使用制作的液晶盒來(lái)進(jìn)行觀察。 液晶盒-是由蒸鍍了透明電極的兩塊玻璃板之間注入厚度約為10m的液晶層組成，同時(shí)要對(duì)玻璃基板與液晶的接觸面施行一種表面處理，使液晶分子形成一種均一的排列方式。,2009.8.5,3.3.1 動(dòng)態(tài)散射(DS)效應(yīng) DS效應(yīng)-是由于電導(dǎo)率的各向異性所產(chǎn)生的

26、電導(dǎo)矩的作用而產(chǎn)生的效應(yīng)稱為電流型效應(yīng)。-當(dāng)這種效應(yīng)產(chǎn)生時(shí)，將要伴隨著電荷的流動(dòng)。 用溶解了的有機(jī)電介質(zhì)等導(dǎo)電物質(zhì)、配成電阻率為51010cm以下的N N型液晶，置于兩塊透明電極基板間，做成沿面排列的液晶盒。 N N型液晶的偶極矩與長(zhǎng)軸有一定夾角，加電場(chǎng)使偶極矩沿電場(chǎng)方向，其長(zhǎng)軸與電場(chǎng)產(chǎn)生一定夾角，,2009.8.5,液晶中摻雜帶電粒子受電場(chǎng)作用向兩極移動(dòng)，碰撞液晶分子使其混亂，同時(shí)電場(chǎng)又使偶極矩恢復(fù)原有取向，分子就不斷處于搖擺狀態(tài)，甚至紊亂。 液晶中不同區(qū)域有不同的折射率，光經(jīng)過(guò)時(shí)發(fā)生散射變?yōu)槿榘咨?a沿面分子排列UUw b. 威廉斯疇UUw c. 動(dòng)態(tài)散射(DS) UUw 圖 產(chǎn)生動(dòng)態(tài)散

27、射(DS)現(xiàn)象全過(guò)程的液晶分子排列狀態(tài)的變化,2009.8.5,當(dāng)UUw (Uw稱威廉斯疇閾值電壓，約10V左右)時(shí)，圖a入射光通過(guò)液晶而透明。 當(dāng)UUw時(shí)圖b，產(chǎn)生周期性的液晶分子的渦流。實(shí)際會(huì)產(chǎn)生分子團(tuán)運(yùn)動(dòng)，引起紊流。 當(dāng)UUw 時(shí)圖c，渦流成為紊亂狀態(tài)，便產(chǎn)生了與周圍排列不同的無(wú)數(shù)微小的雙折射區(qū)。由于在這個(gè)區(qū)域上存在不規(guī)則的折射率梯度，產(chǎn)生光散射現(xiàn)象，稱為動(dòng)態(tài)散射(DS)效應(yīng)。 在交流電壓作用下，改變外加電壓U和激發(fā)頻率f的大小，用偏光顯微鏡觀察液晶盒形成電不穩(wěn)定的光學(xué)圖案。 在某一Uth下，以某一特定的截止頻率fc為界限，在fc前后可觀察到兩種不同類型的光學(xué)圖案。,2009.8.5,-

28、是通過(guò)外加電場(chǎng)來(lái)控制液晶盒的雙折射率。 作為多色、彩色液晶顯示方式非常重要。 根據(jù)液晶盒分子排列的不同，ECB效應(yīng)可分為三種方式： 垂直排列相畸變(DAP)方式、 沿面排列方式 混合排列(HAN) 。,3.3.2 電控雙折射(ECB)效應(yīng),2009.8.5,一、N N型垂直排列向列型液晶的ECB效應(yīng) 將0的N N型向列型液晶鑲嵌在兩塊透明電極玻璃基板間，使所有液晶分子的長(zhǎng)軸與基板平面垂直排列相畸變(DAP)液晶盒如圖2,無(wú)外加電壓U=0 b. 有外加電壓UUth ECB型電光效應(yīng)(DAP方式)的原理圖,2009.8.5,把液晶盒放置在相互垂直的兩偏振片間 1、在無(wú)外加電壓時(shí)，當(dāng)光線垂直入射到液

29、晶盒上時(shí)， 入射偏振光的方向與DAP排列液晶盒的光軸方向平行，且向列型液晶的光軸與液晶分子的長(zhǎng)軸一致， 入射偏振光通過(guò)液晶盒時(shí)不發(fā)生雙折射，光線不能通過(guò)第二個(gè)偏振片(檢偏振片)，就不透明。 2、當(dāng)施加外加電壓時(shí)，除處于電極表面附近的分子外，其余分子長(zhǎng)軸偏離電場(chǎng)方向、傾斜角度隨著電壓的增加而增大，這時(shí)入射光的偏振方向和分子的光軸不一致，導(dǎo)致線偏振光發(fā)生雙折射而變?yōu)闄E圓偏振光，使一部分光線能夠透過(guò)檢偏振片而著色。 透過(guò)檢偏振片的光強(qiáng)度I： 知透射光的強(qiáng)度與施加電壓大小和入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。,2009.8.5,-入射光偏振方向和液晶中尋常光振動(dòng)方向的夾角， d-液晶盒的厚度，n(U)-不同電壓下的雙折

30、射率， dn(U)表示光學(xué)相位差， I0-入射光強(qiáng)度；是入射光的波長(zhǎng)。 當(dāng)入射光為白色光時(shí)，透過(guò)檢偏振片所產(chǎn)生的干涉色，將隨外加電壓的變化而顯示出不同色調(diào)的光色。 當(dāng)厚20m液晶盒、用正交偏振片時(shí)所觀察到各種透射光的干涉顏色。 若用平行偏振片時(shí)，透射光的干涉顏色與正交偏振片時(shí)成為互補(bǔ)色的色調(diào)。 DAP方式多色彩色LCD的Uth ： 式中，E33是彎曲彈性模數(shù),2009.8.5,二、N P型向列型液晶的電控雙折射(ECB)效應(yīng) 在沿面排列方式下,若在液晶盒中使用N p型液晶分子長(zhǎng)軸與兩基板面成平行排列方式時(shí)，Uth為： E11-展曲彈性模數(shù)，Uth可降至1-2V 與NN型液晶相比，NP型液晶的介

31、電常數(shù)各向異性比較大，色調(diào)變化非常清晰。由外加電壓產(chǎn)生的干涉色的色調(diào)變化順序相反；,2009.8.5,三、HAN(Hybrid ALigned Nematic)混合排列方式 -是利用電場(chǎng)來(lái)改變雙折射率的。 HAN方式：分子在液晶盒中一側(cè)基板表面上作垂直排列，而在另一側(cè)基板表面上作平行排列。 使用N p型和NN型兩種類型的液晶，不存在明顯的Uth，用非常低的電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。,2009.8.5,結(jié)構(gòu)圖：是在一對(duì)平行偏光板之間填充液晶 ，這一對(duì)偏光板的偏光方向相互垂直，液晶分子排列成多層，在同一層內(nèi)液晶分子位置雖然不規(guī)則，但長(zhǎng)軸取向平行于偏光飯；在不同層間液晶分子的長(zhǎng)軸沿偏光板平行平面連續(xù)扭轉(zhuǎn)90

32、o (即旋光度為90) ，,3.3.3 扭曲向列型(TN)效應(yīng),圖 當(dāng)與偏光板的偏振光方向一致的直線偏振光，垂直射向無(wú)外加電場(chǎng)的LCD，入射光將因其偏振方向隨分子軸的扭曲方向旋轉(zhuǎn)射出,2009.8.5,TN方式的電光效應(yīng)工作原理： 1、在無(wú)外加電場(chǎng)的情況下：將NP(0)向列型液晶夾在內(nèi)表面帶有導(dǎo)電膜的兩塊玻璃基板間，使分子長(zhǎng)軸在上下兩塊基板之間連續(xù)扭曲90的液晶盒。 且液晶盒放置在兩偏振片之間，液晶盒的扭矩遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光的波長(zhǎng)。 當(dāng)入射光線偏振光垂直入射到玻璃基板上，在通過(guò)液晶盒的過(guò)程中，偏振方向?qū)⒀刂壕Х肿娱L(zhǎng)軸的扭曲方向旋轉(zhuǎn)90。 當(dāng)兩塊偏振片相互垂直時(shí)，光線可通過(guò)。,a. 無(wú)外加電壓U=0

33、,2009.8.5,Crystalline state twists polarized light 90.,2、在外加電場(chǎng)作用下：當(dāng)UUth時(shí)，分子長(zhǎng)軸都將沿著電場(chǎng)方向排列，導(dǎo)致90旋光性消失。,2009.8.5,當(dāng)偏振片平行時(shí)，光線能夠產(chǎn)生透射。且U在一定區(qū)域內(nèi)與液晶的透光強(qiáng)度成線性關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)電對(duì)光的調(diào)制。 單純的TN-LCD本身只有明暗兩種情形（或稱黑白），可實(shí)現(xiàn)白底黑象或者黑底白象的顯示。 是一種重要的電光效應(yīng)。廣泛地用來(lái)制作液晶顯示器件。,a. 無(wú)外加電壓U=0 ; b.有外加電壓UUth,2009.8.5,TN向列型液晶顯示器件的閾值電壓: 適當(dāng)選擇介電常數(shù)各向異性和彈性模數(shù)，

34、可改變其大小。使彈性模數(shù)小些、或大些可變小。 實(shí)際使用中，TN向列型液晶盒的Uth約為23V，也有的在1V以下。,2009.8.5,-在液晶中摻入少量棒狀二色性染料，與分子長(zhǎng)軸互平行排列。在外加電場(chǎng)下，作為“主體”(Host)的液晶分子排列發(fā)生變化，使“客體”(Guest )染料分子的排列發(fā)生同步變化。以致改變液晶盒的顏色現(xiàn)象。 P型二色性染料-在分子長(zhǎng)軸方向上具有光吸收遷移矩的染料 N型二色性染料-在分子短軸方向上具有光吸收遷移矩的染料 根據(jù)分子排列的類型、液晶的種類、染料的種類、盒結(jié)構(gòu)等組合，可有多種不同的GH方式。,3.3.4 賓主(GH)效應(yīng),P染料,2009.8.5,圖：把P型二色性

35、染料溶解到Np型液晶中， NP分子沿面排列， 在無(wú)外加電壓時(shí)，由于從偏振片入射的白色直線偏振光的振動(dòng)方向與染料的光吸收軸方向相一致，產(chǎn)生光吸收而使透射光帶有顏色； 當(dāng)施加電壓時(shí)，由于線偏振光的振動(dòng)方向與染料的光吸收軸方向垂直，不會(huì)產(chǎn)生光吸收，故透射光幾乎是無(wú)色的。 實(shí)際透射光并非完全無(wú)色，多少略帶一些顏色，原因是一般條件下液晶分子排列的有序參數(shù)S1,N染料圖 a吸收單色光 B不吸收，透過(guò),2009.8.5,若用膽甾型液晶材料為“主體” 。 膽甾型液晶Uth: p0是膽甾型液晶的螺距；E22是扭曲彈性系數(shù) d是液晶盒厚度。 賓主效應(yīng)顯示的是無(wú)電場(chǎng)時(shí)的顏色和施加電場(chǎng)時(shí)的顏色。 可用于雙色顯示或作為

36、顏色開(kāi)關(guān)使用。,2009.8.5,-在電場(chǎng)的作用下，螺旋結(jié)構(gòu)分子排列的膽甾型液晶產(chǎn)生垂直分子排列的向列相相變，或從向列相變?yōu)槟戠尴嗟南嘧儸F(xiàn)象。 通常把膽甾型液晶和手征性向列液晶添加到向列型液晶中配成的混合型液晶。 有兩種： 各向異性0的Chp型膽甾型液晶-正的膽甾型液晶 0的ChN型膽甾型液晶。,3.3.5 相轉(zhuǎn)變(PC：Phasechange)效應(yīng),2009.8.5,用Chp形成焦錐結(jié)構(gòu)排列液晶盒的PC型顯示原理： 在使chp型液晶螺旋軸相對(duì)于兩基板面平行排列的液晶盒。一般在焦錐排列中，光軸的取向在電極表面呈現(xiàn)無(wú)規(guī)則。 U=0時(shí)，入射光通過(guò)分子的焦錐排列使入射光變成了散射光，液晶盒呈現(xiàn)乳白狀

37、態(tài)。 UUth時(shí)，由于膽甾型液晶相的螺旋結(jié)構(gòu)松弛，分子長(zhǎng)軸將順著電場(chǎng)方向重新排列，螺旋結(jié)構(gòu)解體，向螺旋矩?zé)o限大的垂直排列的向列型液晶相轉(zhuǎn)移, 液晶盒呈現(xiàn)透明狀態(tài)。,2009.8.5,a. 無(wú)外加電壓U=0 b.有外加電壓UUth PC型電光效應(yīng)的原理圖,2009.8.5,-是溫度變化使液晶的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象。 把經(jīng)過(guò)垂面排列處理的近晶型A(SA)液晶鑲?cè)胪该麟姌O液晶盒中，加熱液晶成為各向同性液體。 若急劇冷卻，分子混亂形成紊亂的焦錐排列，將變成白色混濁狀態(tài)； 若緩慢冷卻，液晶排列成整齊垂面排列，將變成透明狀態(tài)。 加熱或冷卻使液晶溫度變化，改變了液晶分子的排列狀態(tài)。 顯示狀態(tài)變化。 已被廣

38、泛用于激光束照射的熱寫式大容量顯示中。 若在液晶盒一側(cè)透明電極基板上裝置一個(gè)加熱電極，另一側(cè)基板上安裝一個(gè)信號(hào)電極，加熱的同時(shí)施加電場(chǎng)，則成為存儲(chǔ)型顯示方式。,3.3.6 熱光效應(yīng),2009.8.5,3.3.7 How does it work one or more cells make up one pixel. Electric leads around the edge of the LCD create an electric field that twists the crystal molecule, which lines the light up with the secon

39、d polarizing filter and allows it to pass through it.,2009.8.5,Transmissive 包括背光模組、偏光片、冷陰極燈管(CCFL)等廠商 中游：集合各種材料制造LCD面板，供下游使用。 下游：TF L- L CD 后 工 序 模 塊 ( LC M )、應(yīng)用產(chǎn)品從各式家電、消費(fèi)電子、信息、通信及工業(yè)產(chǎn)品，凡是需要顯示的裝置，都可應(yīng)用LCD產(chǎn)品。,2009.8.5,1、透明導(dǎo)電玻璃基板： -是帶氧化銦或氧化錫膜的玻璃基板，一般透光率90，表面電阻為數(shù)十?dāng)?shù)百/。 玻璃基板的表面平整度要高，用熔融法制造專用無(wú)堿玻璃（如硼玻璃)。對(duì)有源矩

40、陣用玻璃基板要求更高； 因玻璃基板四周邊緣極易破損，為防破角裂紋等損傷應(yīng)進(jìn)行端面研磨、倒角處理； 若用含堿玻璃，必須對(duì)表面防堿處理，常在基板內(nèi)側(cè)面涂敷一層SiO2等無(wú)機(jī)膜，防止液晶中有害鈉離子析出。 一般防堿處理是在揮發(fā)性高的IPA(異丙醇)等溶劑中混入含有少量SiO2的溶液，將玻璃基板浸入，利用溶液的表面張力和氣化作用在玻璃的兩面覆蓋上SiO2，在400左右溫度下燒成。,2009.8.5,透明導(dǎo)電材料： 可用氧化銦(IO膜)、氧化錫(NEDA膜) 或在氧化銦中摻入氧化錫(ITO膜)等-通常稱ITO膜。 SnO2 N型導(dǎo)電膜一般采用熏霧和噴霧兩種方法，與玻璃基板結(jié)合牢固，但電阻率較ITO膜高，

41、 可采用濺射法、蒸鍍法，制備性能良好的In2O3-SnO2透明導(dǎo)電膜。 透射率高(90)，表面電阻小、電阻率分布均勻，便于刻蝕等，有利于制作高精度顯示面板。,2009.8.5,2、電極圖形 對(duì)整塊透明電極基板進(jìn)行光刻腐蝕或等離子刻蝕技術(shù)。 簡(jiǎn)單的圖形可用圖形掩模覆蓋后，用濺射法、蒸鍍法制膜同時(shí)形成一定圖形的透明電極。 3、密封材料 有：無(wú)機(jī)材料（如玻璃封料）和有機(jī)材料（如熱塑性的環(huán)氧系粘接劑、尼龍、聚酯樹(shù)脂等）。 玻璃材料：因封接溫度較高，只適于分子配向?qū)訛閮A斜蒸鍍SiO等； 樹(shù)脂型封接劑：用有機(jī)物分子配向?qū)訒r(shí)，常用在熱塑性的環(huán)氧樹(shù)酯上接技丙烯酸系或桂系橡膠等單液型固化劑密封材料。,2009.

42、8.5,4、襯墊 用來(lái)控制兩塊基板間的間隙、保持最佳液晶層厚度。 一般使用顆粒狀或纖維狀的玻璃襯墊材料， 對(duì)于液晶層厚度嚴(yán)格要求的STN型液晶屏用彈性塑料粒子作襯墊。 彈性塑料粒子襯墊特點(diǎn)：耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性好，在較寬溫度范圍內(nèi)粒子直徑偏差小，適應(yīng)襯墊的任意尺寸的要求，熱膨脹系數(shù)接近液晶，高溫下液晶膨脹時(shí)可防止襯墊的移動(dòng)，在低溫下防止空洞產(chǎn)生。,2009.8.5,5、偏振片： 要求有很強(qiáng)的偏振功能、優(yōu)良的外觀特性和使用壽命。應(yīng)有易加工、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 為適應(yīng)大面積的偏振片主要是：多鹵素偏振片和染料偏振片。 這兩種偏振片透射軸方向的機(jī)械強(qiáng)度較差，因熱、遇水而收縮，功能下降，不能實(shí)用； 將其重疊

43、在乙酰纖維素薄膜的雙層支撐片間、用粘接劑固定。 其透射率約為4050，偏振度為90左右，且常把光反射片與偏振片作成一體。,2009.8.5,6、濾色膜：有：用來(lái)遮斷紫外線的濾色膜 彩色顯示用的有色膠片濾色膜。 7、接插件 與驅(qū)動(dòng)電路相連的有：引線接插件、彈性接插件、軟管按插件等。,2009.8.5,8、安裝技術(shù) -將屏的電極與驅(qū)動(dòng)大規(guī)模集成電路LSIC連接的技術(shù)。 大體可分為三種連接方式： a) 將驅(qū)動(dòng)用LSIC裝在印制電路板上，借柔性薄膜和液晶屏的電極連接； b) 將驅(qū)動(dòng)用LSIC裝在柔性基板上，再與液晶屏連接稱之為COF(chip on film)方式； c) 直接將LSIC裝在液晶屏上的

44、COG(Chip on GLass)方式。 可據(jù)用途選用。適應(yīng)像素微小化，大幅度削減材料，具有結(jié)構(gòu)緊湊，使用簡(jiǎn)便、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。,2009.8.5,9、背光源： -為使顯示不受環(huán)境光亮度影響，從背面均勻照射顯示面。 按顯示面與光源的相對(duì)位置，背光源可分：邊緣式和直下式兩種。 邊緣式-在顯示面的側(cè)面裝配熒光燈式的線光源、或帶有曲率的反射體和漫散射板，設(shè)計(jì)成透明度良好的導(dǎo)光體的反射曲面，使顯示面亮度均勻。 直下式-是在顯示面的正下方裝配一支或幾支光源。 常用白熾燈球、白鹵素?zé)舻赛c(diǎn)光源，熒光燈(熱陰極、冷陰極)等線光源，電致發(fā)光屏(EL燈)、點(diǎn)陣式發(fā)光二極管(LED)組成的面光源，面光源基本上可以

45、直接成為背光源。,2009.8.5,圖 邊光式背光源結(jié)構(gòu)圖,目前采用的背照光源主要有： 1）熱電致發(fā)光板EL 2）平板熒光燈（VFD） 3）冷陰極熒光燈（CCF） 4）平板場(chǎng)發(fā)射（FED） 5）有機(jī)電致發(fā)光（OEL）等 照明方式兩種： 邊光式與背光式。,2009.8.5,3.5.3 液晶分子排列和分子取向技巧,1、分子排列的種類： 有代表性的分子排列如下： 1) 垂直取向排列 所有的液晶分子垂直于上下兩基板的內(nèi)側(cè)面。 2) 沿面平行排列 所有的液晶分子平行于上下兩基板的內(nèi)側(cè)面。 3) 傾斜排列 所有的液晶分子相對(duì)兩基板內(nèi)側(cè)面傾斜一定角度。 4) 混合排列 液晶分子與一基板面垂直排列，與另一基板

46、面沿同一方向作平行排列。整個(gè)液晶分子排列在兩基板間連續(xù)彎曲90。 5) 扭曲排列 所有的液晶分子平行兩板面排列，排列方向在兩基板面上錯(cuò)開(kāi)90，分子的排列方向在兩基板間連續(xù)扭轉(zhuǎn)90。 6) 平面排列 膽甾型液晶的螺旋軸相對(duì)兩基板面成垂直狀分子排列。 7) 焦錐織構(gòu)分子排列 膽甾型液晶的螺旋軸相對(duì)兩基板面成平行或近于平行狀態(tài)的分子排列，但是螺旋軸方向不確定。,2009.8.5,2、液晶分子的取向處理技巧 必須在基板內(nèi)壁-設(shè)置分子取向?qū)?。使用兩枚取向處理基板的各種組合能夠形成各種排列狀態(tài)。分子的取向(配向)技術(shù)包括：如摩擦處理、形成配向膜 三種基本分子取向處理方法： a. 直接取向處理法：把取向劑溶

47、液用滾涂法、絲網(wǎng)印制法涂敷在基板上，再加熱干燥等除去溶劑，形成配向劑薄層。蒸鍍方法，即把取向劑如氧化硅(SiO)等氧化物或金(Au)、鉑(Pt)等金屬，從對(duì)基板面傾斜的方向蒸鍍到基板面上。當(dāng)蒸鍍角很小(520)時(shí)液晶分子會(huì)傾斜取向排列，當(dāng)蒸鍍角較大(20-45)時(shí)可得到平行取向排列。 b. 間接取向處理法：將取向劑溶解在液晶里，再注入液晶盒中，取向劑從液晶中析出而吸附在基板上形成配向?qū)印?c. 變形取向處理：常用棉布按一定方向輕輕研磨基板面的摩擦法。一般先用平行取向劑對(duì)基板面進(jìn)行直接取向處理，再進(jìn)行摩擦處理；能使液晶分子平行于摩擦方向固定排列。,2009.8.5,3.5.4 LCD的制作的基本

48、工藝流程,2009.8.5,筆劃型LCD或簡(jiǎn)單矩陣型LCD的制作工藝流程如圖中： 液晶盒電極間隙常為10m左右， 電極間封裝材料上附有襯墊材料， 注入液晶時(shí)要在減壓的鐘罩下進(jìn)行， 經(jīng)過(guò)外觀檢查，顯示功能、可靠性、機(jī)械強(qiáng)度等例行試驗(yàn)后才成為合格產(chǎn)品。 半自動(dòng)化生產(chǎn)線-由設(shè)在中央控制室的監(jiān)視器對(duì)各生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行管理，并對(duì)材料流向、其它生產(chǎn)資源的供給、生產(chǎn)線各工序的環(huán)境（溫度、濕度、潔凈度）的要求等進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控和統(tǒng)一指揮。,2009.8.5,STN-LCD的液晶胞製程及其技術(shù),2009.8.5,* 利用真空加壓方式將液晶材料注入,2009.8.5,3.6.1 顯示形式和電極結(jié)構(gòu)的分類 所顯示的信息有

49、： 固定的圖形或符號(hào)(如指示牌等)、數(shù)字及字母(英文、希臘文字等)；日文中假名及漢字顯示、圖像顯示等。 信息量：與顯示的位數(shù)和文字?jǐn)?shù)量的多少有關(guān)。 數(shù)字位數(shù)多、文字?jǐn)?shù)量大的信息量就大。 如鐘表顯示的4-6位數(shù)字、計(jì)算器顯示的多位數(shù)字、計(jì)算機(jī)能顯示位數(shù)更多的數(shù)字和文字，顯示信息量就更大。 有必要適當(dāng)選擇適合于顯示情報(bào)性質(zhì)、內(nèi)容以及信息量的顯示屏的結(jié)構(gòu)。 顯示屏的電極結(jié)構(gòu)- 由畫面結(jié)構(gòu)決定。,3.6 LCD的顯示形式和驅(qū)動(dòng)方法,2009.8.5,根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)方法、顯示形式和電極結(jié)構(gòu)分類有： 1) 固定圖形顯示-用來(lái)顯示某一固定圖形、簡(jiǎn)單符號(hào)(指示標(biāo)志牌)等。其電極是由整個(gè)圖形或簡(jiǎn)單符號(hào)構(gòu)成的。

50、2) 段顯示-是把圖形分成若干部分，如7段顯示，由面基板上的1個(gè)段電極和背基板上的1個(gè)共用電極組成。 選擇不同的段電極施加電壓后就能夠顯示出從0-9的任意個(gè)數(shù)字來(lái)。用于數(shù)字顯示、數(shù)字手表、數(shù)字式儀表面板等。 3) 矩陣顯示-是把液晶置于互相垂直的條狀電極間、以條狀電極空間交叉點(diǎn)的組合來(lái)顯示。 像素點(diǎn)僅只是用電極所構(gòu)成的簡(jiǎn)單矩陣、各像素由獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)元件或開(kāi)關(guān)元件來(lái)驅(qū)動(dòng)，且驅(qū)動(dòng)元件都配置在顯示基板上，稱有源矩陣驅(qū)動(dòng)(AM-LCD)。 矩陣顯示屏適用于各位數(shù)的數(shù)字、字母、日文中假名和漢字及圖形、圖像等顯示。,2009.8.5,3.6.2 LCD的驅(qū)動(dòng)方式 根據(jù)電極的構(gòu)成不同，驅(qū)動(dòng)方式也不同。 驅(qū)動(dòng)方

51、式分類如下：,2009.8.5,一、靜態(tài)驅(qū)動(dòng)-是把所有段電極逐個(gè)分別或同時(shí)驅(qū)動(dòng)的方式。-每個(gè)段電極有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路元件-所有段電極和公共電極間只是在需要顯示時(shí)間內(nèi)才施加電壓。-段電極和公共電極的驅(qū)動(dòng)是同極性的方波脈沖，在顯示(ON)狀態(tài)時(shí)相位差為，-液晶上實(shí)際所加的電壓成為交流波形(液晶是無(wú)極性的)，防止由于直流電壓引起液晶的老化。,2009.8.5,圖 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu) 驅(qū)動(dòng)波形實(shí)例 8段8位數(shù)字顯示時(shí)需要驅(qū)動(dòng)器64個(gè)，引出線為65條， 再加上連接各段的接插件，所用元件數(shù)、接插件數(shù)相當(dāng)多。 只能實(shí)現(xiàn)幾位數(shù)字、符號(hào)顯示。,2009.8.5,二、多路尋址驅(qū)動(dòng)方式-也叫做分時(shí)操作驅(qū)動(dòng)方式，或動(dòng)態(tài)驅(qū)

52、動(dòng)方式。 -是用以顯示多位數(shù)的一種驅(qū)動(dòng)方式， -適用于比較多的段電極和 矩陣電極結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)。 圖為動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)的電極連結(jié)方法： 三個(gè)公用電極、三個(gè)段電極 顯示時(shí)，電位差大于閾值即可,2009.8.5,圖數(shù)字屏多路驅(qū)動(dòng)的電極連結(jié)方法， 各位數(shù)字的同位筆劃相連，構(gòu)成8根段引出線L1、L2、L7、L8點(diǎn)。 每一位有一根單獨(dú)的背電極引出線(稱為位電極)，如有8位數(shù)字，即Tl、T2、T8，8根位電極， 這種多路驅(qū)動(dòng)是一種88的矩陣顯示。具有交叉效應(yīng)，會(huì)嚴(yán)重影響對(duì)比度。 則8位數(shù)字需要的驅(qū)動(dòng)元件和連接用的接插件各為l6個(gè)，大大減少了元件數(shù)。,2009.8.5,液晶材料的電阻率為1010-1011cm，把液晶夾

53、在x、Y電極群中，全部矩陣單元成為立體電路。 設(shè)x方向有i條電極、Y方向有j條電極，則x、y電極間的等效電路如圖。 圖中R1=R(N-1)-2，R2=R(N-1)-1，C1=(N-1)2C，C2=(N-1)C交叉點(diǎn)的電容和電阻的計(jì)算如下： 式中，C和R分別為單元像素的電容和電阻，N為x、y的電極數(shù)目。,2009.8.5,顯然，在xi和Yj電極上施加電壓后，各像素點(diǎn)依電壓分布可分為三類： 電極xi和Yj的交叉點(diǎn)(xi,Yj)為選址點(diǎn)，電壓為U； 在電極xi和Yj上除選址點(diǎn)外的其余像素點(diǎn)為半選址點(diǎn)，電壓為 ； 不處在xi和Yj電極上的所有像素點(diǎn)稱為非選址點(diǎn)，電壓為 。 若N8時(shí)選址點(diǎn)電壓U，半選址

54、點(diǎn)的電壓近似等于1/2U。 由于液晶的閾值電壓不明顯，因此在半選址點(diǎn)和非選址點(diǎn)上也會(huì)發(fā)亮，只是沒(méi)有選址點(diǎn)亮。 應(yīng)該研制閾值電壓明顯、電光曲線斜率陡峭的液晶材料。還應(yīng)在工藝上改進(jìn)如用兩次傾斜蒸發(fā)SiO法，使用411聯(lián)苯液晶顯示等。,2009.8.5,為克服多路驅(qū)動(dòng)中交叉效應(yīng)，采用電壓平均法和雙頻驅(qū)動(dòng)法等消除。 1、電壓平均法 在x、y電極上施加不同波形的電壓，加在液晶層上的電壓則為二電極上電壓的合成電壓。 若X方向上施加電壓幅值為(1-1/h)U0， 在y方向上為(-1/h) U0， 則選址點(diǎn)a的合成電壓為U0， 液晶呈現(xiàn)較強(qiáng)的電光效應(yīng)。 圖中b和c為半選址點(diǎn)， d狀態(tài)為非選址點(diǎn)。 系數(shù)h為偏壓

55、因子 (可為2、3和4)。 a.電壓波形,2009.8.5,圖. 13選址法 x方向，當(dāng)x3電極上施加電壓為U0/3，其余x電極上施加電壓- U0/3； Y方向，當(dāng)y2電極上施加電壓-2U0/3，其余y電極上的電壓為零時(shí)， 則顯示屏上選址點(diǎn) a(x3、y2)上的合成電壓為U0， 半選址點(diǎn)b上合成電壓為+ U0/3， 非選址點(diǎn)上的合成電壓- U0/3。 可以提高對(duì)比度。,2009.8.5,工作電壓寬容度-指選址單元的電壓有效值Us與非選址單元的電壓有效值Uns之比， 式中，N為掃描線數(shù)。 當(dāng) 時(shí)，工作電壓寬容度最大，故 上式為： 可知，隨著掃描線數(shù)N的增加，工作電壓寬容度值趨近于1，即用更小的電

56、壓差(Us-Uns)就能夠有良好的對(duì)比度。同時(shí)，顯示對(duì)比度增加，max會(huì)降低。 目前，實(shí)用的掃描電極數(shù)的界限N為150條左右。,2009.8.5,2雙頻驅(qū)動(dòng)法 -是利用電場(chǎng)頻率改變時(shí)，液晶分子在低頻區(qū)和高頻區(qū)中，根據(jù)液晶的介電常數(shù)發(fā)生變化的性質(zhì)而設(shè)計(jì)出的一種驅(qū)動(dòng)方法。 當(dāng)在DSM單元上同時(shí)施加動(dòng)態(tài)散射截止頻率fc以下的低頻電壓UL和截止頻率以上的高頻電壓UH時(shí)，如果能夠產(chǎn)生動(dòng)態(tài)散射，則兩種電壓的關(guān)系如下: 式中，Uth為只加直流或低頻電壓時(shí)的閾值電壓，r0是由液晶粘度和介電常數(shù)決定的常數(shù)(35MBBA的為0.5)。 在DSM單元上施加高頻電壓時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)散射。,2009.8.5,雙頻驅(qū)動(dòng)法

57、圖 在y方向選址點(diǎn)a的電極y2上施加低頻電壓-UL/2，其它的電極上都施加高頻電壓UH； 在x方向選址點(diǎn)a的電極x3上施加電壓+ UL/2，其它的電極上施加- UL/2。,各像素點(diǎn)的合成電壓為： 選址點(diǎn)a的電壓為UL ，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)散射； 非選址點(diǎn)d上施加高額電壓為-UL/2-UH，半選址點(diǎn)b上電壓為UL/2-UH。無(wú)動(dòng)態(tài)散射 因此大大地提高對(duì)比度。,2009.8.5,雙頻驅(qū)動(dòng)法用于電場(chǎng)效應(yīng)液晶： 響應(yīng)速度快，多用于驅(qū)動(dòng)TN型雙色LCD，如在復(fù)印機(jī)上顯示。扭轉(zhuǎn)向列(TN)和超扭轉(zhuǎn)向列(STN)都是單純矩陣驅(qū)動(dòng)，目前的應(yīng)用多以文書處理器以及消費(fèi)性產(chǎn)品為主，比如手機(jī)屏等。 用來(lái)驅(qū)動(dòng)GH型矩陣L

58、CD更有獨(dú)到之處。 采用電壓平均法和雙頻驅(qū)動(dòng)法來(lái)改善交叉效應(yīng)。 但，它的掃描電極條數(shù)受到一定數(shù)量的限制， 多路尋址驅(qū)動(dòng)對(duì)于攝象顯示的掃描電極在200條以上時(shí)就不適用了 應(yīng)用有源矩陣方式來(lái)適應(yīng)大容量顯示的需要。,2009.8.5,三、有源矩陣驅(qū)動(dòng) -是在每一條掃描電極x和信號(hào)電極y的矩陣像素點(diǎn)上附加開(kāi)關(guān)元件和必要的電容元件矩陣，直接由開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)液晶的方法。 開(kāi)關(guān)元件和電容器可防止交叉效應(yīng)和存儲(chǔ)信號(hào)電荷，使掃描電極條數(shù)不受限制。理論上能實(shí)現(xiàn)占空比100的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)液晶顯示。 有源矩陣驅(qū)動(dòng)方式的分類： 二端型、三端型。,2009.8.5,*簡(jiǎn)單矩陣型和主動(dòng)矩陣型（定位）顯示器的交叉干擾,2009.8.5

59、,有源矩陣驅(qū)動(dòng)LCD工作原理圖 開(kāi)關(guān)元件用了場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) 和非線性二端元件。 MOS-FET作為開(kāi)關(guān)元件， 其柵極與掃描(行)電極相連， 源極與信號(hào)(列)電極相連， 漏極與液晶層及電容器相接。,2009.8.5,有源矩陣驅(qū)動(dòng)電路的工作原理 按順序?qū)π须姌O(柵)x1，x2，xn掃描時(shí)，在某一時(shí)刻?hào)艠O線上的所有MOS-FET同時(shí)呈現(xiàn)導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，通過(guò)同步電路上列電極y1，y2，y3，yn，對(duì)導(dǎo)通態(tài)的FET相接的全體電容器充電提供信號(hào)電荷； 信號(hào)電荷在一幀掃描時(shí)間內(nèi)連續(xù)地激勵(lì)液晶層，使其呈現(xiàn)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。 驅(qū)動(dòng)電壓占空比為100，提高了LCD對(duì)比度，降低了驅(qū)動(dòng)電壓幅值，完全消除了交叉效應(yīng)。 TFT有：?jiǎn)尉Ч杌腗OS- FE