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1、液晶显示模块（LCM）的基础知识版 本：A 版生效日期：2003.11.12编 制：叶建人一、 LCD 的工作原理1、液晶显示器基本常识LCD 基本常识液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。正因为低功耗和小型化使 LCD 成为较佳的显示方式。 液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。 对于正性 TN-LCD，当未加电压到电极时，LCD 处于OFF态，光能透过 LCD 呈白态；当在电极上加上电压 LCD 处于ON 态，液晶分子长轴方向沿电场方向排列，光不能透
2、过 LCD，呈黑态。有选择地在电极上施加电压，就可以显示出不同的图案。 对于 STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以对比度更好，视角更宽。STN-LCD 是基于双折射原理进行显示，它的基色一般为黄绿色，字体蓝色，成为黄绿模。当使用紫色偏光片时，基色会变成灰色成为灰模。当使用带补偿膜的偏光片，基色会变成接近白色，此时 STN 成为黑白模即为 FSTN,以上三种模式的偏光片转 90，即变成了蓝模，效果会更佳。 2、液晶 0下图是一个反射式 TN型液晶显示器的结构图. 从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般为环氧树脂）密封，盒的两个外
3、侧贴有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化铟-氧化锡（简称 ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去（这个电信号一般来自 IC）。 液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理。在 TN型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直
4、的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了 90（参见下图），这就是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。 实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是与其成一定的角度，这个角度称为预倾角，一般为 12。 液晶盒中玻璃片的两个外侧分别贴有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型） ，且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。 我们通常所见的多是反向型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏振片后还贴有一片反光片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒
5、的同一侧。 TN、HTN、STN 的结构： FSTN、ECB-Multi-color STN 的结构： Color STN的结构： 3、液晶显示器件的基本性能 电光性能：LCD 光学透过率随电压变化的曲线，如图 1。 响应速度：LCD 加电压后，透过率变化的快慢程度，如图 2。 对比度：LCD 在选态透过率与非选态透过率的比值。如图 3。 视角图：LCD 在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图 4。 温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起 LCD 的阈值、透过光谱等会随温度漂移。 频率响应：LCD 只能工作在一个适当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶分子跟不
6、上电场变化。 LCD 功耗：指单位显示面积的电流密度。 寿命： 工业品保证 100000 小时。 民用品保证 50000 小时。 其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。 4、液晶显示器件的基本参数 LCD 显示类型 TN 型： STN 型： 显示模式 背景 前景 黄绿模 黄绿色 蓝黑色 蓝 模 蓝色 白色 灰 模 灰白色 深蓝色 黑白模 白色 黑色 照明方式 LCD 有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。反射型 LCD 的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。全透型 LCD 的底偏光片是全透偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。半透型 LCD 是处于以
7、上两者之间，底偏光片能部分反光，一般也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。 LCD 显示方式还分正性和负性。正性 LCD 呈现白底黑字，在反射和半透型 LCD 中显示最佳；负性 LCD 呈现黑底白字，一般用于全透型 LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。正显模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 负显模式（黑底白字）NEGATIVE TYPE 温度特性 TN STN 类型 工作温度（） 050 -1060 -2070 -3080 050 -2070 储存温度（） -2060 -2070 -3080 -4090 -2060 -3080 LCD 的采光技术
8、 显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠调制外界光实现显示的。外界光是液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光，不仅可以保证和提高液晶显示的质量，而且 一般液晶显示的采光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而外光源设置上，又有背光源、前光源和投影光源三类技术。 这里，我们就较为常见的背光源作简单介绍:一. 背光源采光技术的两大任务是： 1.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用；2.提高背景光亮度，改善显示效果。二. 分类： 现对常用的背照明光源，按如下分类说明： 光源种类 LED EL（电致发光） CCFL寿命(小时) 100,000 (半
9、衰期)20005000 (半衰期)50008000 优点 寿命长 分光特性好,无亮斑,薄而轻,耐振抗冲击 在可见光范围光谱峰值可任选,亮度高,寿命长，适于彩色化 特点 缺点 单色光，调光难 寿命短，电压高 不能调光，驱动电压高，有一定厚度 发光方式 边光 背光 一般为边光 工作电压 60200V 推荐工作电压 3.84.5V 70110V 5001000V 工作频率 - 501000Hz 推荐工作频率 - 400700Hz 20KHz 工作电流 不定(由 LED 的数量决定）0.10.25mA/cm 2 46mA 电容值 - 1001000pF/cm 2 工作温度 -30+50 +1050 存
10、储温度 -40+60 -2060 存储湿度 70%RH 亮度 300035000cd/m 2 功耗 不定(由 LED 的数量决定 )14W 颜色种类 黄、红、绿、橙、白 EL 是低亮度照明光源，发光颜色仅绿色、蓝绿色、橙色。 白色 外接元器件 外接 5V 电源时须限流 需 DC-AC 逆变器 需 DC-AC 逆变器,串联限流电阻 100K200K 全透型和半全透型 LCD 一般都需要加背光源，其放置位置根据实际情况下面介绍几种常见的背光源： EL背光 LED背光 CCFL背光 电致发光(EL)：EL 背光源厚度薄，重量轻、发光均匀。它可用于不同颜色，但最常用于 LCD白光背光。EL背光源功耗低
11、，只需电压 80-110VAC，通过变压器将 5V,12V或 24VDC转变得到。EL 背光源的半衰期约为 2000-5000小时。 发光二极管(LED):LED 背光源主要用于字符型模块。比 EL寿命更长（最少 5000小时），光更强，但能耗更大。作为固态装置，它直接使用 5VDC。LCD 一般直接排列在 LCD的后面，厚度要增加 5mm，LED 可以发不同颜色的光，最常见的是黄绿光。 冷阴极荧光灯(CCFL):CCFL 能够提供能耗低，光亮强的白光。它由冷阴极荧光管发光，通过散射器将光均匀分散在视窗区。侧背光源体积小，能耗低，但 CCFL需要一个变压器来供应 270-300VAC的电源。它
12、主要用于图形 LCD，寿命达 10000-15000小时。 LCD的视角 视角简单地说就是显示图案能看得清楚的角度。它是由定向层的摩擦方向决定，不能通过旋转偏光片改变。由于较早期 LCD应用于手表，故视角以时针的钟点来命名，如 6:00视角，12:00 视角等等。6:00 视角就是指在6点时针的平面方向到法线方向这个区域 LCD显示效果理想；12:00 视角是指 12点时针的平面到法线方向区域显示理想。 LCD的视角是由 LCD显示屏在仪器上的位置来确定。例如计算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD 做成6:00视角最好。有些仪器上的 LCD屏装在低于人眼视线以下，一般做成 12:00视角。汽车上的时钟一般装在驾驶员的右边，做成 9:00的视角最佳。 LCD视角示意图 Duty,Bias,Vop的定义：duty=Ton/TframeBias=v/Vlcd,Vop=Vlcd-Vss
