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1、3章 液晶显示 重点 液晶分子如何排列 液晶显示的基本原理 有源矩阵显示 彩色显示 液晶屏的制作方法3.1 什么是液晶显示液晶显示的用途携带器件：计算器、手表、携带电话、电子手册、 携带情报工具、游戏机、万步计、翻译辞典办公用品：文字处理机、笔记本电脑、PC监视器、 复印机、传真机等家电：液晶电视、摄象机、数字相机、多功能电话、 可视电话、家电的操作显示盘等车载：指示表类、车载导航仪、液晶电视等其它：体温计、血压计、自动贩卖机等液晶有这么多 的用途啊！3.2 液晶的排列向列相液晶的特征重心无序、长轴指向有序取向膜和取向处理取向膜的主流：聚酰亚胺 Polyimide 0.1m厚、高分子膜 在玻璃
2、基板上印刷形成取向处理：使液晶取向排列的过程。为什么液晶会排列？无取向膜有取向膜玻璃基板透明电极取向膜水平排列（垂直排列）摩擦处理取向膜透明电极玻璃基板无摩擦摩擦方向有摩擦玻璃基板的移动方向摩擦方向取向膜透明电极玻璃基板摩擦取向机理的两种解释：1 摩擦使表面受伤而产生细沟， 液晶分子沿沟的方向一致排列。2 摩擦后使取向膜表面产生一种静电 力，使液晶分子沿力的方向排列。 物理性质随方向不同而不同称为 各向异性。实际上，由于摩擦在 取向膜上造成各向异性，这种各 向异性与液晶分子的各向异性相 互作用使得液晶一致排列。3.3 液晶的电压响应正性向列相液晶分子长轴方向上的介电常数大于短轴方向上的介电常数
3、。特点：加电压时分子长轴指向电场方向， 在器件中分子直立。透明电极ITOIndium Tin Oxide铟锡氧化物，作为液晶光阀的开关电极offonVth: 阈值电压（液晶分子开始动作 所对应的电压值）正性液晶分子在电场中的动作负性液晶分子在电场中的动作offon垂直取向膜上的取向3.4 预 倾 角无预倾角的液晶在电场中的四种立起方式预倾角摩擦方向摩擦方向沿一个方向摩擦能够产生预倾角3.5 TN 模 式 90扭曲摩擦方向摩擦方向1、两基板上的摩擦方向互相垂直 90扭曲排列2、掺入手性剂 限定旋转方向3.6 液 晶 光 阀偏光的概念光（横波）的行进方向（a）自然光（b）线偏振光电矢量振动面偏振片
4、偏光轴吸收轴直线偏光自然光偏光轴平行偏光轴垂直光透过亮光截止暗TN 的亮度调整透过率中间灰度电压光源：内藏荧光管、太阳光3.7 手表计算器的数字显示下基板的电极图形上基板的电极图形时间On状态的电压信号波形Off状态的电压信号波形时间上下基板电极的位相差On VVthoff VVth1973年夏普公司3.8 矩阵的图象显示矩阵显示的信号输入方式扫描寻址方式：纵向 x 电极上的信号同时输入；横向 y 电极上的信号逐线输入。视频动画显示的要求：每秒更换60幅画面。如果有300条 y 电极线，那么每线上信号电压持续时间为1/(60300) 秒，约0.05毫秒。矩阵显示中的问题液晶响应 速度慢交叉窜扰
5、 cross talk液晶的响应时间液晶的电响应时间大于10毫秒。TFT 可解决液晶响应速度慢的问题。交叉窜扰问题STNTNSTN 模式的电光响应曲线陡度大，可减弱交叉窜扰。STN 排列的获得：调整摩擦方向、手性剂的量、预倾角。适用于文字处理机、一部分笔记本电脑的显示器。FSTN：通常STN模式不能显示黑/白，具有黄或蓝色的底色。加上位相补偿膜后，可祛除底色。这种STN称FSTN。3.9 最新的显示方法STN 显示中的问题点：1、响应速度慢 动态显示时出现残象2、视角窄3、线数增加后对比度下降解决办法：有源矩阵有源矩阵与无源矩阵象素象素开关无源矩阵：无开关有源矩阵：有开关 TFT、MIM有源矩
6、阵显示上侧基板与数字显示一样只有一个共通电极；下侧基板上有(x y)个电极对应着每个象素；每个象素上有一个开关。开关与信号线(source line)对应，具有导通/ 非导通的功能。有源矩阵中没必要使用STN模式，而使用TN模式。其响应速度、视角与对比度都有改善。适用于笔记本电脑、车载导航仪、液晶电视等。3.10 有源矩阵显示电极开关信号电压液晶电容 接通 切断电容信号电压为负时，电流方向相反，电容电压也反向，但液晶分子的响应与电压方向无关。两个电极间夹一层液晶形成电容由于TFT的作用，使象素上数十微秒间触发的电压被电容维持住。 低 低 低 高栅电压扫描off offoffon信号扫描栅线与信
7、号线逐行扫描，扫描后的信号由电容维持。逐行扫描从上到下完成后就形成一个画面。CRT是逐点扫描。无论是静态画面还是动态画面，都是由这种反复扫描形成的。3.11 TFT 的介绍TFT开关栅线信号线（源线）象素 的结构沟道保护膜漏极象素电极单元 TFT 的断面保护膜源极N+a-Sia-Si栅极绝缘膜 玻璃基板TFT 的开关特性的开关特性开关特性用 on/off 时的阻抗比来表示。普 通电筒的开关阻抗比为无穷大，但TFT的 开关阻抗比则有一定数值106/1012 。 所以即使在off时TFT中也有少量电流流过， 使得象素上存储的电荷漏掉。实际上信号是以60Hz刷新率扫描，TFT的 开关比已能充分体现开
8、关性能。现在多数TFT-LCD中设置辅助电容，与 液晶电容相并列，它具有更稳定的电荷 存储性能。TFT薄膜制作的方法3.12清洗玻璃基板PCVD或溅射法镀绝缘膜、半导体层、金属层等旋涂高阻保护膜预烘烧使保护膜硬化紫外线暴光 掩膜板保护膜显像液除去暴光部分再次烘烧固化保护膜金属腐蚀掉露出的金属膜(绝缘膜或半导体层)剥离保护膜得到预计的膜图形重复上述工艺可制备复杂的多层结构。制备TFT需要相当多的工艺过程。3.13 彩色显示的介绍三 基 色 的 加 法 混 色赤绿蓝黄洋红蓝绿白黑三色组合可形成个颜色。如果分别调节三基色的亮度，可得到任意颜色。加法混色不仅用于液晶显示，而且还用于等离子体显示和阴极射
9、线管（CRT电视）等。液 晶 的 彩 色 显 示 方 法玻璃基板ITO取向膜黑矩阵遮光膜红膜绿膜蓝膜CF基板TFT基板液晶层玻璃基板ITO取向膜液晶分子TN模式TFT部分红膜绿膜蓝膜遮光板(黑矩阵)CF基板TFT基板TFT信号线象素电极栅线的部分是彩膜的重叠部分 微米厚，置于基板内侧每个象素内并排红蓝绿三片滤光膜，且每片滤光膜都对应一个TFT开关，从而可任意调整每片膜上的光强度进行加法混色。彩 膜黑矩阵防止布线区域漏光，防止外光直接照射TFT导致关态电阻率低下。彩膜基板的制作方法形成黑矩阵形成红色膜形成绿色膜形成蓝色膜4套光刻图形工艺3.14 液晶屏的制作清洗清洗印刷取向膜200C处理印刷取向
10、膜200C处理摩擦、清洗摩擦、清洗分散spacer封框胶印刷对盒,加热固化断屏注入液晶,封口清洗贴附偏振片液 晶 的 注 入 工 艺液晶液晶屏空气真空真空空气真空封口胶3.15 薄型背光源要求1、亮度的均一性2、薄型化3、高灰度、高效率 光源耗电占整个显示屏的一半以上 重大课题背 光 源 的 构 造 (侧端光源) 射向液晶屏反光罩冷阴极(荧光)管反射板导光板(平面光)扩散板(匀光)蓝膜绿膜红膜蓝绿红波长亮度荧光灯管的发光光谱冷 阴 极 荧 光 灯Sidelight 方式：薄型化灯电源电路：将数伏电压升到1000伏 的程度。 也须薄型化。三基色荧光粉：控制荧光粉的成分与量 有效发光、节能3.16
11、 液晶屏的驱动画像信号控制器栅 极 驱 动标准电源回路信 号 线 驱 动12341 2 3 4 5 6栅 线 上 的 电 压 波 形电压时间0V栅线1栅线2栅线334.7sVGA480条栅线，60Hz信 号 线 上 的 电 压 波 形电压时间信号线1信号线2信号线3 VGA 640条信号线3(RGB) 240034.7s/专用ICLCD控制器双向驱动各向异性导电粘胶膜只允许电流在厚度方向上导通，而不允许在面内流动。IC侧的输出端液晶屏的端子导电性粒子TFT基板黏结剂栅源驱动液晶显示器的整体结构图偏光片偏光片CF基板TFT基板液晶层源驱动背光源单元电源控制器栅驱动转换器表示显示性能的用语尺寸：与
12、CRT相同用对角线长、以英寸为单 位。灰度：表示亮度，以cd/m2为单位。最近有 亮度为300cd/m2的商品出售。象元数： VGA 640 (3) 480 SVGA 800(3)600 XGA 1024(3)768 SXGA 1280(3)1024 主流对比度：最亮与最暗两状态间的亮度比值。 理想暗态的灰度应该是无限小。 现在商品的对比度一般为300左右。视角：对比度能够保持在 5 或 10 以上的角 度范围。响应时间：液晶分子对电场的响应时间现 在为30ms量级。这个响应速度 在计算机、监视器和导航显示 器上几乎没有问题，但在视频 动态显示上出现残像。这是今 后需要改进的课题。典型例：TN模式的对比度图（ 10 ）数字表示角度
