液晶显示器件剖析

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1、液晶显示器件液晶显示器件 当为有机物加热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始溶 解。但溶化后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体， 并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明 的液体。 液晶的形成 液晶的偏光显微照片 非晶态（各向同性）非晶态（各向同性） 原子无规则排列原子无规则排列 晶态（各向异性）晶态（各向异性） 原子在空间呈有规则地原子在空间呈有规则地 周期性重复排列周期性重复排列 液晶的形成 液晶态是一种介于晶态和液态液晶态是一种介于晶态和液态 之间的过渡状态。具有液体的之间的过渡状态。具有液体的 流动性，微观上分子位置无序流动性，微观上分子位置无序 ，但结构上排

2、列长程有序。，但结构上排列长程有序。 有人将液晶态称之为物质的第有人将液晶态称之为物质的第 四态。四态。 溶致液晶 有机分子溶解在溶剂中，使溶 液中溶质的浓度增加，溶剂的 浓度减小，有机分子的排列有 序而获得液晶 热致液晶热致液晶 采用降温的方法,既将熔融的 液体降温，当降温到一定程度 后分子的取向有序化，从而获 得液晶态 液晶的形成 目前显示技术上所采用的液晶材料均是热致液晶 因此使用和存储都是有其温度范围的，一旦超出规定的温度范围 就会使液晶材料失去液晶态，不能正常工作，有时还会损坏器件 普温: 工作温度060 广温: 工作温度-2070 热致液晶的分子量一般在200500g/mol左右，

3、分子的长度比大约 在4到8之间。 液晶的三种结构类型液晶的三种结构类型 向列型(Nematic)1 2胆甾型(Cholesteric) 3近晶型(Smectic) 向列相液晶向列相液晶又称丝状液晶（显示器件使用最多显示器件使用最多） 分子的长轴指向有序指向有序，分子之间趋于彼此互相平行排列。 液晶分子具有流动性有流动性，即分子重心是无序的,并容易顺着长轴方 向自由移动。 向列型向列型 液晶分子分层排列分层排列，同一平面内分子互相平行，分子长轴平行 于层平面； 分子的指向矢在空间成连续的螺旋变化连续的螺旋变化。 胆甾型胆甾型 Cholesteric 相液晶的分子排列。 L n n n n x y

4、 z qo 0 表液晶分子为右旋排列， qo 0 表液晶分子为左旋排列。 螺距(Pitch) = 2L nx = cos(qo z + ) ny = sin(qo z + ) nz = 0 液晶分子分层排布分层排布，同一层内的分子互相平行； 分子长轴垂直于层面，或与层面倾斜排列。 近晶型近晶型 棒状分子相互平行地排列 成层状结构层状结构，分子的长轴 垂直与层面在层内，分 子的排列具有二维有序性 ，分子的质心位置排列则 是无序的，分子只能在本 层内活动在层间具有一 维平移序，层间可以相互 滑移 液晶器件 扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD）1 2超扭曲向列型(STN)液晶显示器件 3 薄膜晶体管

5、液晶显示器(TFT-LCD) 4其他液晶显示器件 扭曲向列液晶显示器件（扭曲向列液晶显示器件（TN-LCDTN-LCD） 自然光 偏振片 液晶 偏振片 （a）不加电压时（b）加电压时 TN-LCD的缺点： 电光特性不陡电光特性不陡，所以工作在点阵显示方式下交叉效应严重，一般只用于 静态驱动或16路以下的动态驱动的段形显示中。由于每个像素相当于一 个电容，必产生串扰。当一个像素被先通时，相邻行、列像素将处于半 选通状态。 电光响应速度慢电光响应速度慢。TN型液晶显示的响应速度为100ms左右，所以只适用 于显示静止或慢变的画面。 光透过和关闭都不彻底光透过和关闭都不彻底，显示画面时对比度不理想。

6、 以上这些缺点决定了TN-LCD只限用于液晶中的低端产品。 扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD） 将TN-LCD的液晶分子扭曲角度加大，就可以改善电光特性曲线的 陡度。把扭曲角大于90，一般在180360的液晶器件称为超扭 曲向列液晶显示器件(STN-LCD) 。 为了维持大于90扭曲角，需要使向列液晶具有本征的（即天生 的）扭曲结构，可以在普通向列相液晶中掺杂百分之几旋光材料 获得。 当这种液晶填入液晶盒时，在上下基片处，由于定向处理，液晶 分子的指向矢是固定的，从而使螺距长度比本征值伸长或缩短。 因为螺距与掺杂浓度成正比，所以混合物的螺距容易调节，使它 适合不同厚度的液晶盒。 超扭曲向列型

7、超扭曲向列型(STN)(STN)液晶显示器件液晶显示器件 超扭曲向列型(STN)液晶显示器件 STN-LCD的工作原理 由于经STN液晶盒起偏器 的入射线偏振光与液晶分子 成角度，使入射光被分解成 为正常光线和非正常光线， 通过液晶两束光差生光程差 ，在通过检偏器时发生干 涉。因此STN-LCD是利用液 晶的双折射特性工作的。 :视角；:扭曲角；：预倾角； n1、n2:指向矢；P1、P2：偏光轴 TN-LCDTN-LCD与与STN-LCDSTN-LCD的比较的比较 扭曲角 偏光片的角度 工作原理 工作模式 TN-LCD 90 偏光轴与上基片表面液晶 分子长轴平行，检偏器的 偏光轴与下基片表面液

8、晶 分子长轴平行 利用液晶分子旋光特性工 作 黑白模式 STN-LCD 270左右 上、下偏光轴与上、下 基片分子长轴都不互相 平行，而是成一个角度 ，一般为30 利用液晶双折射特性工 作 黑/黄模式 白/蓝模式 在玻璃基片上沉积一层硅,通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列, 每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成 电路。再把液晶灌注在两片玻璃之间,由于每个像素都可以通过 点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，并可以进行连续 控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确 控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，称为真彩 对于TFT-LCD而言彩色滤光片是很重要的

9、，利用红，绿，蓝三原 色，可混合出各种不同的颜色，很多平面显示器就是利用此原理 显示色彩，把三种颜色分成独立的三个点，各自拥有不同的灰阶 变化，然后把临近的三个RGB显示的点当作一个像素 薄膜晶体管液晶显示器 tft-lcd具有以下特性： 使用特性好使用特性好：低压应用，低驱动电压，固体化使用安全性和可靠性提 高；平板化，又轻薄，节省了大量原材料和使用空间；低功耗，它的 功耗约为crt显示器的十分之一，反射式tft-lcd甚至只有crt的百分之 一左右，节省了大量的能源； 环保特性好环保特性好：无辐射、无闪烁，对使用者的健康无损害。 适用范围宽适用范围宽，从-20到+50的温度范围内都可以正常

10、使用，经过温 度加固处理的tft-lcd低温工作温度可达到零下80。既可作为移动终 端显示，台式终端显示，又可以作大屏幕投影电视， 制造技术的自动化程度高制造技术的自动化程度高，大规模工业化生产特性好。tft-lcd产业技 术成熟，大规模生产的成品率达到90%以上。 tft-lcdtft-lcd易于集成化和更新换代易于集成化和更新换代，是大规模半导体集成电路技术和光源 技术的完美结合，继续发展潜力很大。 薄膜晶体管液晶显示器 多稳态液晶显示器多稳态液晶显示器MLCDMLCD 在零电压下，显示器的每个像素都可以长期稳定在不同的反射 状态（从黒到亮），加适当的脉冲便可促成不同稳态之间的转 换。因此

11、，这种显示器可实现多层次高密度多路驱动可实现多层次高密度多路驱动。不用耗 电可长期保持显示内容； 结构简单结构简单，不用偏振片，不用背光源，属纯反射式反射式显示。 易于实现彩色实现彩色； 响应速度快，灰度实现容易，适于高质量视频显示响应速度快，灰度实现容易，适于高质量视频显示。 将来有可能替代STN和有源矩阵液晶显示器。 其他液晶显示器件 ( (反反) )铁电液晶显示器件（铁电液晶显示器件（F-LCDF-LCD） 铁电液晶是近晶相液晶近晶相液晶的一种 铁电液晶的最大优点是响应速度快响应速度快，可达微秒级，因此有许多人一直 在研究如何用它实现动画显示。 铁电液晶具有双稳态双稳态性能，适于多路驱动，但难于实现灰度难于实现灰度。而反铁 电液晶不但具有双稳态特性，可通过改变偏压大小控制灰度，因此反 铁电液晶特别适合于彩色显示。 铁电液晶最大的困难是如何实现稳定的分子取向技术稳定的分子取向技术。最近，人们研 究出了表面稳定的双稳态铁电、反铁电液晶显示器件，使取向技术得 到了很好的改善。 因为制作工艺和技术的困难，铁电和反铁电液晶都还未能进入大生 产阶段。 其他液晶显示器件 THANKS