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1、27点阵图形LCD显示屏设计点阵图形LCD液晶屏设计摘 要本文中介绍了液晶的出现和液晶屏的发展，确定了在设计过程中要用到的原材料和主要的工艺流程，设计了一款12864的点阵图形LCD显示屏，包括该显示屏的外观图、单粒图和菲林版的设计过程。关键字：液晶显示器，点阵，外观图，单粒图，菲林版Bitmap graphics LCD screen designABSTRACT In this paper, the emergence of LCD and LCD screen development was introduced and the major raw materials was ident
2、ified in the design process, there was a 128 64 dot matrix graphic LCD display had been designed, including the display Appearance, single grain map and the film version of the design process.KEY WORDS: LCD monitor, bitmap, exterior figure, a single grain of graph, film version 1.液晶简介1.1液晶的发现及液晶显示器的
3、物理特性1.1.1液晶的发现公元1888年，一位奥地利的植物学家，菲德烈莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为Liquid Crystal，就是液态结晶物质的意思。它是是一种高分子材料，因为其特殊的物理、化学、光学特性，20世纪中叶开始被广泛应用在轻薄型的显示技术上。人们熟悉的物质状
4、态（又称相）为气、液、固，较为生疏的是电浆和液晶（Liquid Crystal，简称LC）。液晶相要具有特殊形状分子组合始会产生，它们可以流动，又拥有结晶的光学性质。液晶的定义，现在已放宽而囊括了在某一温度范围可以是现液晶相，在较低温度为正常结晶之物质。而液晶的组成物质是一种有机化合物，也就是以碳为中心所构成的化合物。 同时具有两种物质的液晶，是以分子间力量组合的，它们的特殊光学性质，又对电磁场敏感，极有实用价值。1.1.2 液晶显示器的物理特性 液晶显示器是以液晶材料为基本组件，由于液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具有液态流动特性，所以已经可以说是一个中间相。而要了解液
5、晶的所产生的光电效应，我们必须来解释液晶的物理特性，包括它的黏性（visco-sity）与弹性（elasticity）和其极化性（polarizalility）。液晶的黏性和弹性从流体力学的观点来看，可说是一个具有排列性质的液体，依照作用力量不同的方向，应该有不同的效果。就好像是将一把短木棍扔进流动的河水中，短木棍随着河水流着，起初显得凌乱，过了一会儿，所有短木棍的长轴都自然的变成与河水流动的方向一致，这表示着次黏性最低的流动方式，也是流动自由能最低的一个物理模型。 此外，液晶除了有黏性的反应外，还具有弹性的反应，它们都是对于外加的力量，呈现了方向性的效果。也因此光线射入液晶物质中，必然会按照
6、液晶分子的排列方式行进，产生了自然的偏转现像。至于液晶分子中的电子结构，都具备着很强的电子共轭运动能力，所以当液晶分子受到外加电场的作用，便很容易的被极化产生感应偶极性（induced dipolar），这也是液晶分子之间互相作用力量的来源。而一般电子产品中所用的液晶显示器，就是是利用液晶的光电效应，藉由外部的电压控制，再透过液晶分子的折射特性，以及对光线的旋转能力来获得亮暗情况（或著称为可视光学的对比），进而达到显像的目的。1.2液晶屏的结构与工作原理1.2.1液晶屏的结构 液晶屏主要由偏光片、ITO玻璃、液晶、取向层等构成。具体的结构如图1-1所示。图1-1 液晶屏的结构、偏光片：偏光片有
7、一个固定的偏光轴。偏光片的作用是只允许振动方向与其偏光轴方向相同的光通过，而振动方向与偏光轴垂直的光将被其吸收。这样，当自然光通过液晶盒的入射偏光片（称为起偏器）后，只剩下振动方向与起偏器偏光轴相同的光，即成为线性偏振光。、ITO玻璃：在平整的玻璃基板上镀了一层氧化铟锡层。、液晶：具有类似晶体的各向异性的液态物质。、取向层：液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层有机物聚酰亚胺取向薄层，这个取向层经用毛绒布定向摩擦，在薄层上会形成数纳米宽的细沟槽，从而会使长棒型的液晶分子沿沟槽平行排列。而上下两片玻璃的取向层是相互垂直的。故在液晶层中间的液晶分子是逐渐扭曲的。1.2.2扭曲向列相液晶显示的工作
8、原理： 图1-2扭曲向列相液晶显示原理 上图表示了在正交偏光片之间设置TN排列液晶盒时的电光效应，在这种情况下，自然光经过偏光片（检偏）后出射垂直振动方向的偏振光，经过90度扭曲时，偏振方向亦顺着液晶旋转了90度。故无外加电压时光能透过，图1-22（a），而在施加一定电压时，由于液晶分子发生了偏转，分子长轴方向与电场方向一致,光的旋光性消失，光被遮断，图1-22（b）。如果把电极制作成图形，即实现了显示。但如果在平行偏光片之间设置TN排列液晶盒，则光的透过与遮断关系就恰好与上述情形相反。这种TN效应已成为目前正在广泛普及的TN型液晶显示元件的工作原理并获得实际应用，可以用于实现白色背景上黑色图
9、案或者黑色背景上白色图案的显示。简单的来说，屏幕能显示的基本原理就是在两块平行板之间填充液晶材料，通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况，以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一，错落有致的图像，而且只要在两块平板间再加上三元色的滤光层，就可实现显示彩色图像。液晶是一种有机复合物，由长棒状的分子构成。在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行。LCD第一个特点是必须将液晶灌入两个列有细槽的平面之间才能正常工作。这两个平面上的槽互相垂直(90度相交)，也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列
10、方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。LCD的第二个特点是它依赖极化滤光片和光线本身，自然光线是朝四面八方随机发散的，极化滤光片实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平行的所有光线，极化滤光片的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。 只有两个滤光片的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光片相匹配，光线才得以穿透。LCD正是由这样两个相互垂直的极化滤光片构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光片之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一
11、个滤光片后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光片中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光片挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。当然，也可以改变LCD中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于液晶屏幕几乎总是亮着的，所以只有加电将光线阻断的方案才能达到最省电的目的。1.2.3液晶的常见分类STN液晶屏STN是“Super Teisted Nematic”的缩写，它属于无源被动矩阵式LCD，几乎所有黑白屏手机的液晶屏都是这种材料。彩色STN液晶屏就是在单色的STN液晶屏基础上加个彩色滤光片，并将单色显示
12、矩阵中的每个像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三种颜色，从而实现彩色画面。由于技术的限制，目前STN液晶屏最高只有65536种色彩，市场上见到的大多数都是4096色的STN产品，所以STN也被称为“伪彩”。 GF液晶屏GF是“Glass Fine Color”的缩写，或许大家对GF液晶屏较为陌生，因为现在市面上采用GF液晶屏数码产品非常少，其实GF属于STN的一种，GF的主要特点是：在保证功耗较小的前提下亮度有所提高，但GF液晶屏有些偏色。 TFT液晶屏TFT是“Thin Film Transistor”的缩写，又称为“真彩”，它属于有源矩阵液晶屏，它是由薄膜晶体管组成的屏幕
13、，它的每个液晶像素点都是由薄膜晶体管来驱动，每个像素点后面都有四个相互独立的薄膜晶体管驱动像素点发出彩色光，可显示24bit色深的真彩色。在分辨率上，TFT液晶屏最大可以达到UXGA（16001200）。 TFT的排列方式具有记忆性，所以电流消失后不会马上恢复原状，从而改善了STN液晶屏闪烁和模糊的缺点，有效地提高了液晶屏显示动态画面的效果，在显示静态画面方面的能力也更加突出，TFT液晶屏的优点是响应时间比效短，并且色彩艳丽，所以它被广泛使用于笔记本电脑和DV、DC上。而TFT液晶屏的缺点就是比较耗电，并且成本也比较高。 TFD液晶屏TFD是“Thin Film Diode”的缩写，由于TFT
14、液晶屏耗电量较高，而且成本较高，从而大大增加了产品的成本，所以EPSON专门为手机屏幕开发出了TFD技术，它同样属于有源矩阵液晶屏，LCD上的每一个像素都配备了一颗单独的二极管，可以对每个像素进行单独控制，使每个像素之间不会互相影响，这样可以明显提高分辨率，可以无拖尾地显示动态画面和绚丽的色彩。 在性能方面，TFD液晶屏兼顾了TFT液晶屏和STN液晶屏的优点，TFD液晶屏比STN液晶屏的亮度更高，并且色彩也更鲜艳，同时比TFT液晶屏更省电，不过在色彩和亮度上还是比TFT液晶逊色一些。 OLED液晶屏OLED是“Organic Light Emitting Display”的缩写，也称有机发光显
15、示屏，它采用了有机发光技术，这是目前最新的显示技术，OLED显示技术与传统的液晶显示方式不同，它不需要背光灯，而是采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光，所以它的视角很大，从各个方向都可以看清楚屏幕上的内容，并且可以做得很薄，而且OLED显示屏能够显著节省电能，被誉为“梦幻显示器”。 但是OLED也并非没有缺点，由于它还属于一种未成熟的技术，所以现阶段它的使用寿命还比较短，屏幕面积也比较小。1.液晶显示器的特点优点：a、低电压、微功耗极低的工作电压，只要2-3V，工作电流只有几个微安，即功耗只有10-610-5W/cm2，这是其他任何显示器件所做不到的。b、平
16、板式结构液晶监视器的基本结构是两片导电玻璃，中间灌有液晶的薄形盒。c、被动显示型液晶本身不发光，靠调制外界光达到显示目的，即依靠对外界光的不同反射和透射形成不同对比度来达到显示目的。液晶在黑暗中无法显示，但在自然界中人类所获得的视觉信息中，90LL%以上是靠外部物体的反射光，而不是靠物体本身发光，所以被动显示更适合人眼的视觉，不容易引起眼部疲劳。d、显示信息量大液晶显示屏中，各像素之间不用采取隔离措施，所以在同样显示面积中能容纳更多的像素，利于制成高清晰度电视显示器。e、易于彩色化一般液晶无色，采用滤色膜很容易实现彩色。液晶所能重现的彩色可予CRT显示器相媲美。f、寿命长只要液晶的配套件不损坏，
