西安电子科技大学《计算机图像显示技术》第8讲-液晶显示技术(1)课件

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1、计算机图形显示技术,主讲 徐 青,西安电子科技大学 雷达信号处理国防科技重点实验室,2,第八讲 液晶显示技术,LCD工作原理 LCD分类 LCD特点 LCD基本结构 LCD模块 LCD相关特性,3,液晶显示技术,LCD（Liquid Crystal Display），即液晶显示器，采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。 是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象 。 它具有体积小、重量轻、省电、辐射低、易于携带等优点。,4,液晶显示技术,对于画面稳定、无闪烁感的液晶显示器，刷新率不高但图像也很稳定。 LCD显示器还通过液晶控制透光度的技术原理让底板整体发光

2、，所以它做到了真正的完全平面。,5,液晶显示技术,一些高档的数字LCD显示器采用了数字方式传输数据、显示图像，这样就不会产生由于显卡造成的色彩偏差或损失。 没有辐射，即使长时间观看LCD显示器屏幕也不会对眼睛造成很大伤害。 体积小、能耗低也是CRT显示器无法比拟的，一般一台15寸LCD显示器的耗电量也就相当于17寸纯平CRT显示器的三分之一。,6,液晶显示技术,色彩表现和饱和度LCD显示器都在不同程度上输给了CRT显示器。 而且液晶显示器的响应时间也比CRT显示器长，当画面静止的时候还可以，一旦用于玩游戏、看影碟这些画面更新速度块而剧烈的显示时，液晶显示器的弱点就暴露出来了，画面延迟会产生重影

3、、脱尾等现象，严重影响显示质量。,7,液晶显示技术,液晶显示器,液晶时钟,液晶投影机,液晶DV,液晶MP4,液晶手机,8,液晶显示技术,LCD与CRT显示器的比较,9,LCD 工作原理,从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的LCD显示屏都是由不同部分组成的分层结构。 LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶材料的5m均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的，可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。,10,LCD 工作原理,背光板发出的光线在

4、穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。 在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态。,11,LCD 工作原理,在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。,12,LCD 分类,按照控制方式分：被动（无源）矩阵LCD和主动（有源）矩阵LCD 被动矩阵式LCD在亮度及可视角方面受到较大的限制，反应速度也较慢

5、。由于画面质量方面的问题，使得这种显示设备不利于发展为桌面型显示器。 目前应用比较广泛的主动矩阵式LCD ，它在画面中的每个像素内建晶体管，可使亮度更明亮、色彩更丰富及更宽广的可视面积 。,13,LCD 分类,无源矩阵LCD TN-LCD(Twisted Nematic-LCD，扭曲向列LCD) STN-LCD(Super TN-LCD，超扭曲向列LCD) DSTN-LCD(Double layer STN-LCD，双层超扭曲向列LCD) 有源矩阵LCD TFT-LCD(Thin Film Transistor-LCD，薄膜晶体管LCD),14,LCD 特点,1.低压微功耗： 工作电压只有35

6、 V，工作电流只有几个 因此它成为便携式和手持仪器仪表的显示屏幕 2.平板型结构： LCD显示器内由两片平行玻璃组成的夹层盒，面积可大可小，且适合于大批量生产，安装时占用体积小，减小了设备体积,15,LCD 特点,3.被动显示： 液晶本身不发光，而是靠调制外界光进行显示 即利用液晶材料的电光效应，通电时，使液晶分子光学特性发生变化，控制通过光线的数量，达到显示的目的 由外部控制施加给液晶分子的电压，从而控制显示点的明暗及色彩 适合人的视觉习惯，不会使人眼睛疲劳,16,LCD 特点,4.显示信息量大： LCD显示器，其像素可以做得很小，相同面积上可容纳更多信息 5.易于彩色化：常用滤色法和干涉法

7、 6.没有电磁辐射： 在其显示期间不会产生电磁辐射，对环境无污染，有利于人体健康 7.寿命长：LCD器件本身无老化问题，寿命极长,17,LCD 基本结构,不同类型的液晶显示器件，其组成可能会有不同，但是所有液晶显示器件都可以认为是由一个上下两片导电玻制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片而构成的。液晶显示器的结构图如下图所示。,18,液晶显示器结构图,19,LCD 基本结构,1.玻璃基板： 这是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片。 其表面蒸镀有一层 In2O3或SnO2透明导电层，即ITO膜层，经光刻加工制成透明导电图形。 这些图形由像素图形和外引线图形组成

8、，因此，外引线不能进行传统的锡焊，只能通过导电橡胶条或导电胶带等进行连接。 如果划伤、割断或腐蚀，则会造成器件报废。,20,LCD 基本结构,2.液晶： 液晶是一种介于固态和液态之间的物质，当被加热时，会呈现透明的液态，而冷却的时候又会结晶成混乱的固态，液晶是具有规则性分子排列的有机化合物 液晶按照分子结构排列的不同分为四种：类似粘土状的Smectic液晶、类似细火柴棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Cholestic液晶、类似碟子的Disk液晶,21,LCD 基本结构,液晶分子结构排列图,22,LCD 基本结构,2.液晶： 这四种液晶的物理特性都不尽相同，常用于液晶显示器的是第二类的Ne

9、matic液晶，分子都是长棒状的，在自然状态下，这些长棒状的分子的长轴大致平行。 液晶特点：让电流通过液晶层，这些分子将会以电流的流向方向进行排列，如果没有电流，它们将会彼此平行排列。对带有细小沟槽的外层，将液晶倒入后，液晶分子会顺着槽排列，并且内层与外层以同样的方式进行排列。,23,LCD 基本结构,2.液晶特点： 液晶层能够使光线发生扭转。液晶层表现的有些类似偏光器，这就意味着它能够过滤掉除了那些从特殊方向射入之外的所有光线。 如果液晶层发生了扭转，光线将会随之扭转，以不同的方向从另外一个面中射出。 如果使用或保存温度过低，结晶会破坏液晶显示器件的定向层；而温度过高，液晶会失去液晶态，也就

10、失去了液晶显示器件的功能。,24,LCD 基本结构,2.液晶： 液晶特点使得它可以被用来当作一种开关即可以阻碍光线，也可以允许光线通过。 液晶单元的底层是由细小的脊构成的，这些脊的作用是让分子呈平行排列。 上表面也是如此，在这两侧之间的分子平行排列，不过当上下两个表面之间呈一定的角度时，液晶成了随着两个不同方向的表面进行排列，就会发生扭曲。,25,LCD 基本结构,2.液晶： 结果便是这个扭曲了的螺旋层使通过的光线也发生扭曲。如果电流通过液晶，所有的分子将会按照电流的方向进行排列，这样就会消除光线的扭转 如果将一个偏振滤光器放置在液晶层的上表面，扭转的光线通过了，而没有发生扭转的光线将被阻碍。

11、因此可以通过电流的通断改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断,26,LCD 基本结构,3.偏振片 偏振片又称偏光片，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 ，涂有一层光学压敏胶，可以贴在液晶盒的表面 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 前偏振片表面有一保护膜，使用时应揭去，偏振片怕高温、高湿，在高温高湿条件下会使其退偏振或起泡,27,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构 这种显示器的液晶组件构造如图,28,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构 液晶盒中玻璃片的两个外

12、侧分别有偏光片，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,29,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构,30,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构 向列型液晶夹在两片玻璃中间。 这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO(氧化铟锡)以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI(聚酰亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。,31,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构,32,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-L

13、CD）结构 液晶的自然状态具有90度的扭曲，这也是为什么被称为扭曲型液晶显示器的原因 利用电场可使液晶分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方向而改变，结果偏振光经过TN型液晶后偏振方向发生转动。,33,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构 只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚好改变90度，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过 而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不会改变，光就可通过第二个偏光片,34,LCD 基本结构,扭曲向列（TN-LCD）结构,35,LCD 基本结构,超扭曲向列（STN-LCD）结构 STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转

14、式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度 改变了视角狭小的缺点并提高了对比度；再搭配彩色滤光片的使用，可以显示逼近全彩模式的色彩,36,LCD 基本结构,超扭曲向列（STN-LCD）结构,37,LCD 基本结构,超扭曲向列（STN-LCD）结构 单纯的TN液晶显示器本身只有黑白两种情形，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 如果在单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片，并将单色显示像素分成三个子像素，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

15、的色彩,38,LCD 基本结构,双层超扭曲向列（DSTN-LCD）结构 DSTN采用双扫描技术：扫描屏幕被分为上下两部分，CPU同时并行对这两部分进行刷新（双扫描） 这样的刷新频率要比单扫描（STN）重绘整个屏幕快一倍，它提高了占空率，改善了显示效果,39,LCD 基本结构,薄膜晶体管（TFT-LCD）结构,40,LCD 基本结构,薄膜晶体管（TFT-LCD）结构 TFT-LCD，一般由一个夹层组成，这个夹层位于两层玻璃基板之间，组成这个夹层的每一层大致是偏光板、彩色滤光片组成，这两层之间就是液晶层 偏光板、彩色滤光片决定了多少光可以通过以及生成何种颜色的光 在上层玻璃基板上有FED晶体管，而

16、下层是共同电极，他们共同作用可以生成能精确控制的电场，电场决定了液晶的排列方式,41,LCD 基本结构,薄膜晶体管（TFT-LCD）结构 背光板 由于LCD面板本身并不发光，因此需要背光，液晶显示器就必须加上一个背光板，来提供一个高亮度，且亮度分布均匀的光源 组成背光板的主要零件有灯管（冷阴极管）反射板、导光板、prism sheet、扩散板等,42,LCD 基本结构,薄膜晶体管（TFT-LCD）结构 背光板 灯管是主要的发光零件，借由导光板将光线分布到各处 反射板将光线限制住都只往TFT-LCD的方向前进 prism sheet及扩散板， 将光线均匀的分布到各个区域，提供给TFT-LCD一个明亮的光源,43,LCD 基本结构,薄膜晶体管（TFT-LCD）结构 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