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1、LCD 显示技术介绍- 较详细,TFT-薄膜電晶體 Thin Film Transistor,LCD-液晶顯示器 Liquid Crystal Display,LED- 发光二极管 light emitting diode,显示器的分类以及液晶所处的位置,TN型LCD：Twisted Neumatic扭曲向列型布列LCD。 STN型LCD ：Super Twisted Neumatic超扭曲向列型布列LCD，即通常所说的单色LCD。 DSTN型LCD ：Dual Super Twisted Neumaic双超扭曲向列型布列LCD（即通常所说的微彩LCD） FSTN型LCD：FSTN是指Film
2、 Super Twisted Nematic簿层超扭曲向列型布列LCD CSTN型LCD ：colors Super Twisted Nematic彩色超扭曲向列型布列LCD。 对LCD的分类，有各种分类方法。通常可按照其显示方式分为段式、点字符式、点阵式等。 TFT型LCD ：Thin Film Transistor簿片式晶体管LCD（即通常所说的真彩LCD），意即每个液晶像素点都是由集成在像素点后面的薄膜晶体管来驱动，从而可以做到高速度、高亮度、高对比度显示屏幕信息。,LCD结构分类,液晶实际上是物质的一种形态，也有人称其为物质的第四态。 液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水
3、或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。 作为显示技术应用的液晶都是热致液晶,什么是液晶？,原来液晶分子 几乎都是棒状 和盘状的啊！,液晶分子构成,原子们拉起手来构成棒状或园盘状液晶分子,有机化合物：主要含C、H、O、N 也含F、Cl,液晶的电特性,液晶的各向异性 P型液晶 （0）正介电各向异性液晶 N型液晶（0）负介电各向异性液晶,在外电场作用下，分子的排列极易发生变化，P型液晶分子长轴方向平行于外电场方向，N型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。 目前液晶显示器主要应用P型液晶。,液晶的光学特性,液晶折射系数依照跟指向矢垂直与平行的方向,分成两个方向的向量.分
4、别为n/与n.当光入射液晶时，便会受到两个折射率的影响，造成在垂直液晶长轴与平行液 晶长轴方向上的光速会有所不同，够使光线发生扭转。,液晶存在一个特殊方向，当光沿该方向传播时，不产生双折射，此方向成为液晶的光轴。 分子的长轴方向为光轴。,TN、STN及TFT型液晶顯示器之比較表,沿着历史的脚步看看他们如何发展的,扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD）（1971年1984年）,TN型液晶显示器件缺点： 电光响应前沿不够陡峭， 反应速度慢， 阈值效应不明显。 使得大量显示和视频显示等受到了限制。,作用：将非偏极光（一般光线）过滤成偏极光。 当非偏极光通过a方向的偏光片时，光线被过滤成与a方向平行的线
5、性偏极光。,对于液晶显示屏，它通常包括玻璃基板、ITO(Indium Tin Oxide)膜、配向膜、偏光板等制成的夹板，上下共有两层。每个夹层都包含电极和配向膜上形成的沟槽，上下玻璃基板配向为90度。上下夹层中放置液晶，液晶将按照沟槽方向配向。整体看起来，液晶分子的排列就像螺旋形的扭转排列。当玻璃基板加入电场时，液晶分子配列产生变化，变成竖立状态。当液晶分子竖立时光线无法通过，结果在显示屏上出现黑色。液晶显示器(LCD)将根据电压的有无，控制液晶分子配列方向，使面板达到显示效果。,LCD由两块平行玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5m均匀间隔隔开。,所謂的NW(Normally
6、white)，是指不對液晶面板施加 電壓時所看到的面板是透光的畫面，也就是亮的畫面，所以才叫做Normally White。 反之，當不對液晶面板施加電壓時，如果面板無法透光而看起來是黑色的，就稱之為NB(Normally black) 對TN型的LCD而言，位於上下玻璃的配向膜都是互相垂直 的，而NB與NW的差別只在於偏光板的相對位置不同而已。 對NB來說，其上下偏光板的極性是互相平行，所以當NB不施加電壓時，光線會因為液晶將之旋轉90度的極性而無法透光。為什麼會有NW與NB這兩種不同的偏光板配置呢？主要是為了不同的應用環境。,正负向显示屏示意图,沿着历史的脚步看看他们如何发展的,80年代初
7、，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到180270时，就可大大提高电光特性的响应速度。 随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到270时，斜率达到无究大。 曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角。 第三代液晶显示器件。顾名思义，“超扭曲”即扭曲角大于90。,超扭曲向列液晶显示器件（STN-LCD）（19851990年）,沿着历史的脚步看看他们如何发展的,STN与TN显示原理上略有不同，产品结构上基本相同，只不过盒中液晶分子排列不是沿面90度扭曲排列，而是180度-360度扭曲排列。STN的另一个不同是上下偏振片的偏振方向不同。它的工作原理是入射STN的
8、偏振光方向与液晶分子定向方向成一定角度，从而使入射偏振光被分解为两束(正常光和异常光)。两束光由于液晶分子的变化产生很大的光程差，从而在通过检偏振片时产生干涉。这样的电光过程使STN的阈值特性变得很陡，从而实现大容量显示。但因为这样的工作原理，STN必然是有色模式，所以它的对比度会有所下降。显示容量的增加，使STN可以实现彩色化。,单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩
9、阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。,STN是液晶显示器件的高技术产品，由于是光干涉型的器件，其材料的选用、生产工艺的选择均十分严格。因此STN成本要比TN的成本高得多。由于其大容量显示的大量外引线，使其安装工艺、方法等都与一般液晶显示器件不同。目前STN液晶显示器件都是以表面装配(SMD)工艺或(载带封装)TCP、(卷带自动结合)TAB工艺将IC、阻容外围元件与液晶显示器件装在一起的模块形式出现在用户面前。,目前，几乎所有的点阵图形和大部分点阵字符液晶显示器件均采用STN模
10、式,沿着历史的脚步看看他们如何发展的,STN显示屏上每个像素点的亮度和对比度都不能独立控制，造成其显示效果欠佳。由这种液晶体所构成的液晶显示器对比度和亮度都比较差、屏幕观察范围也较小、色彩不够丰富，特别是反应速度慢，不适于高速全动图像、视频播放等应用。一般只用于文字、表格和静态图像处理，但是它结构简单并且价格相对低廉，耗能也比TFT-LCD少，而视角小也可以通过防止窥视屏幕内容达到保密作用，结构简单也减小整机体积和重量。,液晶屏幕的驱动方式,单纯矩阵驱动方式是由垂直与水平方向的电极所构成，选择要驱动的部份由水平方 向电压来控制，垂直方向的电极则负责驱动液晶分子。,在TN与STN型的液晶显示器中
11、，所使用单纯驱动电极的方式，都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动，如下图所示，因此如果显示部份越做越大的话，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致，整体速度上就会变慢。讲的简单一点，就好象是CRT显示器的屏幕更新频率不够快，那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动；或着是当需要快速3D动画显示时，但显示器的显示速度却无法跟上，显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以，早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制，而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。,沿着历史的脚步看看他们如何发展的,Company Logo,无源矩阵驱动方式,显示技术的驱动方式来划分，可分为无源矩阵（Passive M
12、atrix）和有源矩阵（Active Matrix）两大类。 它们是什么意思呢？我们姑且可以这样理解：无源矩阵与有源矩阵的差别在于电流的驱动方式。当外接电流通过时，液晶的排列方式会发生改变，电流停止后，若液晶排列方式保持不归原位（具有记忆性）就称为有源矩阵；而一旦电流消失即回复原位，必须再次充电才能排列的称为无源矩阵。,沿着历史的脚步看看他们如何发展的,TFT的主要特点是在每个像素配置一个半导体开关器件，其加工工艺类似于大规模集成电路。由于每个像素都可通过点脉冲直接控制，使得每个节点相对独立，并可以连续控制。这样不仅提高了反应时间，同时在灰度控制上也可以做到非常精确，这就是TFT色彩较DSTN
13、更为逼真的原因。TFT-LCD是目前最好的LCD彩色显示设备之一，TFT-LCD具有屏幕反应速度快、对比度和亮度都较高、屏幕可视角度大、色彩丰富、分辨率高等等特点，克服了两者的原有的许多缺点，是目前桌面型 LCD显示器和笔记本电脑LCD显示屏的主流显示设备。在色彩显示性能方面与CRT显示器相当，凡CRT显示器所能显示的各种信息都能同样显示，其显示效果已经接近CRT显示器。,簿片式晶体管液晶显示器件（TFT-LCD）（1990 年）,TFT型液晶顯示器的運作原理：背光源發光，也就是螢光燈管投射出光源，這些光源會先經過一個偏光板然後再經過液晶分子，分子的排列方式改變穿透液晶的光線角度，然後這些光線
14、接下來還必須經過前方的彩色的濾光板與另一塊偏光濾色玻璃導出。位於底層的薄膜式電晶體，可藉由改變液晶的電壓值控制最後出現的光線強度與色彩，並進而能在液晶面板上組合出有不同深淺的顏色。,TFT LCD是利用薄膜電晶體來產生電壓，以控制液晶轉向的顯示器。從切面結構圖來看，在上下兩層玻璃間夾著液晶，便會形成平行板電容器，稱之為CLC(capacitor of liquid crystal)。它的大小約為0.1pF，但是實際應用上，這個電容無法將電壓保持到下一次再更新畫面資料的時候。也就是說，當TFT充好這個電容時，它無法將電壓保持到下一次TFT再對此點充電時(以一般60Hz的畫面更新頻率，需保持約16
15、ms的時間)，這樣一來，電壓有了變化，所顯示的灰階就會不正確。因此一般在面板的設計上，會再加一個儲存電容CS(storage capacitor大約為0.5pF)，以便讓充好電的電壓能保持到下一次更新畫面的時候。不過正確的說，長在玻璃上的TFT本身只是一個使用電晶體製作的開關。它主要的工作是決定LCD source driver上的電壓是否要充到這個點。至於這個點要充到多高的電壓以便顯示出怎樣的灰階，都是由外面的LCD source driver來決定的。,TFT LCD利用薄膜電晶體產生電壓以控制液晶轉向,TFT的主要特点是每个独立的像素都配有一个薄膜晶体管，就好像为每个像素配置一个半导体开
16、关器件。从而可以对每一个像素通过点脉冲直接控制，由于每个像素都可以。因而每个节点都相对独立，并可以进行连续控制。这样的设计方法不仅提高了显示屏的反应速度，响应时间大大提高到80毫秒左右。同时也可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更真。TFT液晶显示屏的特点是亮度好、层次感强、还原度高，但也存在着比较耗电的不足。,TFT LCD的切面结果图,偏光板,液晶,玻璃基板,偏光板,Black matrix,玻璃基板,TFT,彩色滤光片,Protective film,Common electrode,配向膜,存储 电容,Display electrode,灯管,灯管,反射板,导光板,Prism sheet,扩散板,spacer,框胶,偏光板,TFT的基本结构,利用紅、藍、綠三原色，便可以混合出各種不同的顏色，很多平面顯示器就是利用這個原理來顯示出色彩。把RGB三種顏色分成獨立的三
