液晶顯示器件專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)教材(doc 23頁(yè)).doc

LCD PANEL培訓(xùn)教材（液晶產(chǎn)品專業(yè)知識(shí)）整理：審核：核準(zhǔn)：售后服務(wù)技術(shù)支持部(內(nèi)部資料 )JUL-07-04液晶產(chǎn)品專業(yè)知識(shí)(培訓(xùn)教材目錄)一、液晶顯示器基本常識(shí)神射手3二、液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)5三、液晶顯示器件的基本性能7四、液晶顯示器件的基本參數(shù)8五、IC與LCD的常見(jiàn)連接方式12六、LCD專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋 13七、液晶顯示原理14八、液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)16一、 液晶顯示器基本常識(shí)1. 晶顯示器（LCD）目前科技信息產(chǎn)品都朝著輕、薄、短、小的目標(biāo)發(fā)展，在計(jì)算機(jī)周邊中擁有悠久歷史的顯示器產(chǎn)品當(dāng)然也不例外。在便于攜帶與搬運(yùn)為前提之下，傳統(tǒng)的顯示方式如CRT映像管顯示器及LED顯示板等等，皆受制于體積過(guò)大或耗電量甚巨等因素，無(wú)法達(dá)成使用者的實(shí)際需求。而液晶顯示技術(shù)的發(fā)展正好切合目前信息產(chǎn)品的潮流，無(wú)論是直角顯示、低耗電量、體積小、還是零輻射等優(yōu)點(diǎn)，都能讓使用者享受最佳的視覺(jué)環(huán)境。2. 液晶的誕生要追溯液晶顯示器的來(lái)源，必須先從液晶的誕生開(kāi)始講起。在公元1888年，一位奧地利的植物學(xué)家，菲德烈萊尼澤（Friedrich Reinitzer）發(fā)現(xiàn)了一種特殊的物質(zhì)。他從植物中提煉出一種稱為螺旋性甲苯酸鹽的化合物，在為這種化合物做加熱實(shí)驗(yàn)時(shí)，意外的發(fā)現(xiàn)此種化合物具有兩個(gè)不同溫度的熔點(diǎn)。而它的狀態(tài)介于我們一般所熟知的液態(tài)與固態(tài)物質(zhì)之間，有點(diǎn)類似肥皂水的膠狀溶液，但它在某一溫度范圍內(nèi)卻具有液體和結(jié)晶雙方性質(zhì)的物質(zhì)，也由于其獨(dú)特的狀態(tài)，后來(lái)便把它命名為L(zhǎng)iquid Crystal，就是液態(tài)結(jié)晶物質(zhì)的意思。不過(guò)，雖然液晶早在1888年就被發(fā)現(xiàn)，但是真正實(shí)用在生活周遭的用品時(shí)，卻是在80年后的事情了。公元1968年，在美國(guó)RCA公司（收音機(jī)與電視的發(fā)明公司）的沙諾夫研發(fā)中心，工程師們發(fā)現(xiàn)液晶分子會(huì)受到電壓的影響，改變其分子的排列狀態(tài)，并且可以讓射入的光線產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。利用此一原理，RCA公司發(fā)明了世界第一臺(tái)使用液晶顯示的屏幕。爾后，液晶顯示技術(shù)被廣泛的用在一般的電子產(chǎn)品中，舉凡計(jì)算器、電子表、手機(jī)屏幕、醫(yī)院所使用的儀器（因?yàn)橛休椛溆?jì)量的考慮）或是數(shù)字相機(jī)上面的屏幕等等。令人玩味的是，液晶的發(fā)現(xiàn)比真空管或是陰極射線管還早，但世人了解此一現(xiàn)象的并不多，直到1962年才有第一本，由RCA研究小組的化學(xué)家喬卡司特雷諾（Joe Castellano）先生所出版的書(shū)籍來(lái)描述。而與映像管相同的，這兩項(xiàng)技術(shù)雖然都是由美國(guó)的RCA公司所發(fā)明的，卻分別被日本的新力（Sony）與夏普（Sharp）兩家公司發(fā)揚(yáng)光大。3. LCD基本常識(shí) 液晶顯示是一種被動(dòng)的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周圍環(huán)境的光。它顯示圖案或字符只需很小能量。正因?yàn)榈凸暮托⌒突?LCD成為較佳的顯示方式。液晶顯示所用的液晶材料是一種兼有液態(tài)和固體雙重性質(zhì)的有機(jī)物，它的棒狀結(jié)構(gòu)在液晶盒內(nèi)一般平行排列，但在電場(chǎng)作用下能改變其排列方向。 對(duì)于正性TN-LCD，當(dāng)未加電壓到電極時(shí)，LCD處于OFF態(tài)，光能透過(guò)LCD呈白態(tài)；當(dāng)在電極上加上電壓LCD處于ON態(tài)，液晶分子長(zhǎng)軸方向沿電場(chǎng)方向排列，光不能透過(guò)LCD，呈黑態(tài)。有選擇地在電極上施加電壓，就可以顯示出不同的圖案。 對(duì)于STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以對(duì)比度更好，視角更寬。STN-LCD是基于雙折射原理進(jìn)行顯示，它的基色一般為黃綠色，字體藍(lán)色，成為黃綠模。當(dāng)使用紫色偏光片時(shí)，基色會(huì)變成灰色成為灰模。當(dāng)使用帶補(bǔ)償膜的偏光片，基色會(huì)變成接近白色，此時(shí)STN成為黑白模即為FSTN,以上三種模式的偏光片轉(zhuǎn)90，即變成了藍(lán)模，效果會(huì)更佳。4. 液晶顯示器的種類液晶顯示器，英文通稱為L(zhǎng)CD（Liquid Crystal Display），是屬于平面顯示器的一種，依驅(qū)動(dòng)方式來(lái)分類可分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)（Static）、單純矩陣驅(qū)動(dòng)（Simple Matrix）以及主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)（Active Matrix）三種。其中，被動(dòng)矩陣型又可分為扭轉(zhuǎn)式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭轉(zhuǎn)式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示器；而主動(dòng)矩陣型大致可區(qū)分為薄膜式晶體管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二極管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二種方式。（詳細(xì)的分類請(qǐng)參考附圖）TN、STN及TFT型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉(zhuǎn)原理之不同，在視角、彩色、對(duì)比及動(dòng)畫(huà)顯示品質(zhì)上有高低程次之差別，使其在產(chǎn)品的應(yīng)用範(fàn)圍分類亦有明顯區(qū)隔。以目前液晶顯示技術(shù)所應(yīng)用的範(fàn)圍以及層次而言，主動(dòng)式矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)是以薄膜式電晶體型（TFT）為主流，多應(yīng)用於筆記型電腦及動(dòng)畫(huà)、影像處理產(chǎn)品。而單純矩陣驅(qū)動(dòng)技術(shù)目前則以扭轉(zhuǎn)向列（TN）、以及超扭轉(zhuǎn)向列（STN）為主，目前的應(yīng)用多以文書(shū)處理器以及消費(fèi)性產(chǎn)品為主。在這之中，TFT液晶顯示器所需的資金投入以及技術(shù)需求較高，而TN及STN所需的技術(shù)及資金需求則相對(duì)較低。二、液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)下圖是一個(gè)反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖.從圖中可以看出,液晶顯示器是一個(gè)由上下兩片導(dǎo)電玻璃制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料-膠框（一般為環(huán)氧樹(shù)脂）密封，盒的兩個(gè)外側(cè)貼有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之間的間隔，即通常所說(shuō)的盒厚，一般為幾個(gè)微米（人的準(zhǔn)確性直徑為幾十微米）。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，對(duì)應(yīng)顯示圖形部分，鍍有透明的氧化甸-氧化錫（簡(jiǎn)稱ITO）導(dǎo)電薄膜，即顯示電極。電極的作用主要是使外部電信號(hào)通過(guò)其加到液晶上去。 液晶盒中玻璃片內(nèi)側(cè)的整個(gè)顯示區(qū)覆蓋著一層定向?qū)印６ㄏ驅(qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿影刺囟ǖ姆较蚺帕?，這個(gè)定向?qū)油ǔＪ且槐痈叻肿佑袡C(jī)物，并經(jīng)摩擦處理；也可以通過(guò)在玻璃表面以一定角度用真空蒸鍍氧化硅薄膜來(lái)制備。 在TN型液晶顯示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使長(zhǎng)棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一個(gè)固定方向排列，分子長(zhǎng)軸的方向沿著定向處理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，這樣，在垂直于玻璃片表面的方向，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了90（參見(jiàn)下圖），這就是扭曲向列型液晶顯示器名稱的由來(lái)。實(shí)際上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是與其成一定的角度，這個(gè)角度稱為預(yù)傾角，一般為12。 液晶盒中玻璃片的兩個(gè)外側(cè)分別有偏光片，這兩片偏光片的偏光軸相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且與液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是將高分子塑料薄膜在一定的工藝條件下進(jìn)行加工而成的。 我們通常所見(jiàn)的多是反向型的液晶顯示器，這種顯示器在下邊的偏振片后還貼有一片反光片。這樣，光的入射和觀察都是在液晶盒的同一側(cè)。 TN、HTN、STN的結(jié)構(gòu)：FSTN、ECB-Multi-color STN的結(jié)構(gòu)：Color STN的結(jié)構(gòu)：三、液晶顯示器件的基本性能 電光性能：LCD光學(xué)透過(guò)率隨電壓變化的曲線，如圖1。 響應(yīng)速度：LCD加電壓后，透過(guò)率變化的快慢程度，如圖2。 對(duì) 比 度：LCD在選態(tài)透過(guò)率與非選態(tài)透過(guò)率的比值。如圖3。 視 角 圖：LCD在不同視角下觀察所獲得的等對(duì)比度曲線圖。如圖4。 溫度性能：由于液晶材料本身的物理性質(zhì)隨溫度變化而變化，因而引起LCD的閾 值、透過(guò)光譜等會(huì)隨溫度漂移。 頻率響應(yīng)：LCD只能工作在一個(gè)適當(dāng)?shù)念l率范圍，太低會(huì)引起顯示閃動(dòng)太高則液晶分子跟不上電場(chǎng)變化。 LCD功耗：指單位顯示面積的電流密度。 壽命：1) 工業(yè)品保證100000小時(shí)。2) 民用品保證50000小時(shí)。3) 其他性能：防紫外、防眩目、防劃傷等。四、液晶顯示器件的基本參數(shù)LCD顯示類型TN型：STN型：顯示模式背景前景黃 綠 模黃綠色藍(lán)黑色藍(lán) 模藍(lán)色白色灰 ?；野咨钏{(lán)色黑白模白色黑色照明方式LCD有三種顯示方式：反射型，全透型和半透型。(1)反射型LCD的底偏光片后面加了一塊反射板，它一般在戶外和光線良好的辦公室使用。(2)全透型LCD的底偏光片是全透偏光片，它需要連續(xù)使用背光源，一般在光線差的環(huán)境使用。(3)半透型LCD是處于以上兩者之間，底偏光片能部分反光，一般也帶背光源，光線好的時(shí)候，可關(guān)掉背光源；光線差時(shí)，可點(diǎn)亮背光源使用LCD。LCD顯示方式還分正性和負(fù)性。正性LCD呈現(xiàn)白底黑字，在反射和半透型LCD中顯示最佳；負(fù)性LCD呈現(xiàn)黑底白字，一般用于全透型LCD，加上背光源，字體清晰，易于閱讀。正顯模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 負(fù)顯模式（黑底白字）NEGATIVE TYPE 溫度特性 類型 TN STN 工作溫度（） 050 -1060 -2070 -3080 050 -2070 儲(chǔ)存溫度（） -2060 -2070 -3080 -4090 -2060 -3080 LCD的采光技術(shù) 顯示器件是被動(dòng)型顯示器件，它本身不會(huì)發(fā)光，是靠調(diào)制外界光實(shí)現(xiàn)顯示的。外界光是液晶顯示器件進(jìn)行顯示的前提條件。因此，在液晶顯示裝配、使用中，巧妙地解決采光，不僅可以保證和提高液晶顯示的質(zhì)量，而且 一般液晶顯示的采光技術(shù)分為自然光采光技術(shù)和外光源設(shè)置技術(shù)。而外光源設(shè)置上，又有背光源、前光源和投影光源三類技術(shù)。 這里，我們就較為常見(jiàn)的背光源作簡(jiǎn)單介紹:一. 背光源采光技術(shù)的兩大任務(wù)是： 1.使液晶顯示器件在有無(wú)外界光的環(huán)境下都能使用； 2.提高背景光亮度，改善顯示效果。二. 分類： 現(xiàn)對(duì)常用的背照明光源，按如下分類說(shuō)明： 光源種類 LED EL（電致發(fā)光） CCFL壽命(小時(shí)) 100,000 (半衰期)20005000 (半衰期）50008000 特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 壽命長(zhǎng) 分光特性好,無(wú)亮斑,薄而輕,耐振抗沖擊 在可見(jiàn)光范圍光譜峰值可任選,亮度高,壽命長(zhǎng)，適于彩色化 缺點(diǎn) 單色光，調(diào)光難 壽命短，電壓高 不能調(diào)光，驅(qū)動(dòng)電壓高，有一定厚度 發(fā)光方式 邊光 背光 一般為邊光 工作電壓 3.84.5V 60200V 5001000V 推薦工作電壓 70110V 工作頻率 - 501000Hz 20KHz 推薦工作頻率 - 400700Hz 工作電流 不定(由LED的數(shù)量決定） 0.10.25mA/cm2 46mA 電容值 - 1001000pF/cm2 工作溫度 -30+50 +1050 存儲(chǔ)溫度 -40+60 -2060 存儲(chǔ)濕度 70%RH 亮度 300035000cd/m2 功耗 不定(由LED的數(shù)量決定) 14W 顏色種類 黃、紅、綠、橙、白 EL是低亮度照明光源，發(fā)光顏色僅綠色、藍(lán)綠色、橙色。 白色 外接元器件 外接5V電源時(shí)須限流 需DC-AC逆變器 需DC-AC逆變器,串聯(lián)限流電阻100K200K 全透型和半全透型LCD一般都需要加背光源，其放置位置根據(jù)實(shí)際情況下面介紹幾種常見(jiàn)的背光源： EL背光LED背光CCFL背光電致發(fā)光(EL)：EL背光源厚度薄，重量輕、發(fā)光均勻。它可用于不同顏色，但最常用于LCD白光背光。EL背光源功耗低，只需電壓80-110VAC，通過(guò)變壓器將5V,12V或24VDC轉(zhuǎn)變得到。EL背光源的半衰期約為2000-5000小時(shí)。 發(fā)光二極管(LED):LED背光源主要用于字符型模塊。比EL壽命更長(zhǎng)（最少5000小時(shí)），光更強(qiáng)，但能耗更大。作為固態(tài)裝置，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可以發(fā)不同顏色的光，最常見(jiàn)的是黃綠光。 冷陰極熒光燈(CCFL):CCFL能夠提供能耗低，光亮強(qiáng)的白光。它由冷陰極熒光管發(fā)光，通過(guò)散射器將光均勻分散在視窗區(qū)。側(cè)背光源體積小，能耗低，但CCFL需要一個(gè)變壓器來(lái)供應(yīng)270-300VAC的電源。它主要用于圖形LCD，壽命達(dá)10000-15000小時(shí)。 LCD的視角 視角簡(jiǎn)單地說(shuō)就是顯示圖案能看得清楚的角度。它是由定向?qū)拥哪Σ练较驔Q定，不能通過(guò)旋轉(zhuǎn)偏光片改變。視角以時(shí)針的鐘點(diǎn)來(lái)命名，如6:00視角，12:00視角等等。6:00視角就是指在6點(diǎn)時(shí)針的平面方向到法線方向這個(gè)區(qū)域LCD顯示效果理想；12:00視角是指12點(diǎn)時(shí)針的平面到法線方向區(qū)域顯示理想。 LCD的視角是由LCD顯示屏在儀器上的位置來(lái)確定。例如計(jì)算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD做成6:00視角最好。有些儀器上的LCD屏裝在低于人眼視線以下，一般做成12:00視角。汽車上的時(shí)鐘一般裝在駕駛員的右邊，做成9:00的視角最佳。 LCD視角示意圖 LCD模塊 早期液晶顯示器只生產(chǎn)LCD屏，驅(qū)動(dòng)部分由客戶自己設(shè)計(jì)制作。目前LCD生產(chǎn)廠家把LCD屏連接到COB板（帶IC的PCB板）上，就做成了LCD模塊。LCD模塊分字符型模塊和圖象型模塊。字符模塊有14行，劃分1640個(gè)字塊，每個(gè)字塊由5x7點(diǎn)陣組成。每個(gè)字塊單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。圖象型模塊由多行多列的點(diǎn)陣象素組成，每個(gè)象素單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，可顯示文本、圖象或同時(shí)顯示文本和圖象。圖象型模塊需要IC來(lái)控制，這種控制IC有些也裝在LCD模塊上。 字符型模塊可使用TN-LCD或者STN-LCD，但圖象型模塊都是采用STN-LCD。大多數(shù)模塊的背光源可用EL或者LED。五、IC與LCD的常見(jiàn)連接方式 IC與LCD的常見(jiàn)連接方式 SMT是英文Surface mount technology的縮寫(xiě)即表面安裝技術(shù)，這是一種較傳統(tǒng)的安裝方式。其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)是體積大，成本高，限制LCM的小型化。COB是英文Chip On Board的縮寫(xiě) 即芯片被邦定（Bonding)在PCB上，這樣可省去PCB板等料件，可大大的模塊減少體積，同時(shí)在價(jià)格方面也可降低成本。由于IC制造商在LCD控制及相關(guān)芯片的生產(chǎn)上正 在減小QFP（SMT的一種）封裝的產(chǎn)量，因此，在今后的產(chǎn)品中傳統(tǒng)的SMT方式將被逐步取代。TAB是英文Tape Aotomated Bonding的縮寫(xiě) 即各向異性導(dǎo)電膠連接方式。將封裝形式為TCP（Tape Carrier Package帶載封裝)的IC用各向異性導(dǎo)電膠分別固定在LCD和PCB上。這種安裝方式可減小LCM的重量、 體積、安裝方便、可靠性較好！ COG 是英文Chip On Glass的縮寫(xiě) 即芯片被直接邦定在玻璃上。這種安裝方式可大大減小整個(gè)LCD模塊的體積，且易于大批量生產(chǎn)，適用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品用的LCD，如：手機(jī)、PDA等便攜式電子產(chǎn)品。這種安裝方式在IC生產(chǎn)商的推動(dòng)下，將會(huì)是今后IC與LCD的主要連接方式。COF 是英文Chip On Film的縮寫(xiě) 即芯片被直接安裝在柔性PCB上。這種連接方式的集成度較高，外圍元件可以與IC一起安裝在柔性PCB上，這是一種新興技術(shù)，目前已進(jìn)入試生產(chǎn)階段。六、LCD專業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋LCD： Liquid Crystal Display 液晶顯示 LCM：Liquid Crystal Module 液晶模塊 TN ：Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏轉(zhuǎn)90 STN： Super Twisted Nematic 超級(jí)扭曲向列。約180270扭曲向列 FSTN：Formulated Super Twisted Nematic 格式化超級(jí)扭曲向列。一層光程補(bǔ)償片加于 STN ，用于單色顯示 TFT：Thin Film Transistor 薄膜晶體管 COB： Chip On Board 通過(guò)邦定將IC裸片固定于印刷線路板上 COF：Chip On FPC 將IC固定于柔性線路板 上 COG ：Chip On Glass 將芯片固定于玻璃上 Backlight ： 背光 LED Light Emitting Diode 發(fā)光二極管 EL Electro Luminescence 電致發(fā)光。EL層由高分子量薄片構(gòu)成 Inverter ： 逆變器 OSD ： On Screen Display 在屏上顯示 DVI ： Digital Visual Interface （VGA）數(shù)字接口 LVDS：Low Voltage Differential Signaling 低壓差分信號(hào) IC：Integrate Circuit 集成電路 TCP ： Tape Carrier Package 柔性線路板 Duty：占空比，高出點(diǎn)亮的閥值電壓的部分在一個(gè)周期中所占的比率 CCFL(CCFT) ： Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷陰極熒光燈 PDP ： Plasma Display Panel 等離子顯示屏 CRT ：Cathode Radial Tube 陰極射線管 VGA ：Video Graphic Array 視頻圖形陣列 PCB ：Printed Circuit Board 印刷電路板 Composite video： 復(fù)合視頻 NTSC ：National Television Systems Committee NTSC制式,全國(guó)電視系統(tǒng)委員會(huì)制式 PAL ： Phase Alternating Line PAL制式(逐行倒相制式) SECAM： SEquential Couleur Avec Memoire SECAM制式(順序與存儲(chǔ)彩色電視系統(tǒng)) VOD ：Video On Demand 視頻點(diǎn)播 DPI ：Dot Per Inch 點(diǎn)每英寸七、液晶顯示原理TN型液晶顯示原理TN型的液晶顯示技術(shù)可說(shuō)是液晶顯示器中最基本的，而之后其它種類的液晶顯示器也可說(shuō)是以TN型為原點(diǎn)來(lái)加以改良。同樣的，它的運(yùn)作原理也較其它技術(shù)來(lái)的簡(jiǎn)單。圖中所表示的是TN型液晶顯示器的簡(jiǎn)易構(gòu)造圖，包括了垂直方向與水平方向的偏光板，具有細(xì)紋溝槽的配向膜，液晶材料以及導(dǎo)電的玻璃基板。 （1）不加電場(chǎng)的情況下，入射光經(jīng)過(guò)偏光板后通過(guò)液晶層，偏光被分子扭轉(zhuǎn)排列的液晶層旋轉(zhuǎn)90度，離開(kāi)液晶層時(shí)，其偏光方向恰與另一偏光板的方向一致，因此光線能順利通過(guò)，整個(gè)電極面呈光亮。 （2）當(dāng)加入電場(chǎng)的情況時(shí)，每個(gè)液晶分子的光軸轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)方向一致，液晶層因此失去了旋光的能力，結(jié)果來(lái)自入射偏光片的偏光，其偏光方向與另一偏光片的偏光方向成垂直的關(guān)系，并無(wú)法通過(guò)，電極面因此呈現(xiàn)黑暗的狀態(tài)。 其顯像原理是將液晶材料置于兩片貼附光軸垂直偏光板之透明導(dǎo)電玻璃間，液晶分子會(huì)依配向膜的細(xì)溝槽方向依序旋轉(zhuǎn)排列，如果電場(chǎng)未形成，光會(huì)順利的從偏光板射入，依液晶分子旋轉(zhuǎn)其行進(jìn)方向，然后從另一邊射出。如果在兩片導(dǎo)電玻璃通電之后，兩片玻璃間會(huì)造成電場(chǎng)，進(jìn)而影響其間液晶分子的排列，使其分子棒進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，光線便無(wú)法穿透，進(jìn)而遮住光源。這樣所得到光暗對(duì)比的現(xiàn)象，叫做扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)，簡(jiǎn)稱TNFE（twisted nematic field effect）。在電子產(chǎn)品中所用的液晶顯示器，幾乎都是用扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)原理所制成。STN液晶顯示原理STN型的顯示原理與TN相類似，不同的是TN扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90度，而STN超扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)是將入射光旋轉(zhuǎn)180270度。 要在這里說(shuō)明的是，單純的TN液晶顯示器本身只有明暗兩種情形（或稱黑白），并沒(méi)有辦法做到色彩的變化。而STN液晶顯示器牽涉液晶材料的關(guān)系，以及光線的干涉現(xiàn)象，因此顯示的色調(diào)都以淡綠色與橘色為主。但如果在傳統(tǒng)單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片（color filter），并將單色顯示矩陣之任一像素（pixel）分成三個(gè)子像素（sub-pixel），分別通過(guò)彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原色比例之調(diào)和，也可以顯示出全彩模式的色彩。另外，TN型的液晶顯示器如果顯示屏幕做的越大，其屏幕對(duì)比度就會(huì)顯得較差，不過(guò)藉由STN的改良技術(shù)，則可以彌補(bǔ)對(duì)比度不足的情況。TFT液晶顯示原理TFT型的液晶顯示器較為復(fù)雜，主要的構(gòu)成包括了，螢光管、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等。首先液晶顯示器必須先利用背光源，也就是螢光燈管投射出光源，這些光源會(huì)先經(jīng)過(guò)一個(gè)偏光板然后再經(jīng)過(guò)液晶，這時(shí)液晶分子的排列方式進(jìn)而改變穿透液晶的光線角度。然后這些光線接下來(lái)還必須經(jīng)過(guò)前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。因此我們只要改變刺激液晶的電壓值就可以控制最后出現(xiàn)的光線強(qiáng)度與色彩，并進(jìn)而能在液晶面板上變化出有不同深淺的顏色組合了。 八、液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)液晶屏幕的驅(qū)動(dòng)方式在TN與STN型的液晶顯示器中，所使用單純驅(qū)動(dòng)電極的方式，都是采用X、Y軸的交叉方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，如下圖所示，因此如果顯示部份越做越大的話，那么中心部份的電極反應(yīng)時(shí)間可能就會(huì)比較久。而為了讓屏幕顯示一致，整體速度上就會(huì)變慢。講的簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就好象是CRT顯示器的屏幕更新頻率不夠快，那是使用者就會(huì)感到屏幕閃爍、跳動(dòng)；或著是當(dāng)需要快速3D動(dòng)畫(huà)顯示時(shí)，但顯示器的顯示速度卻無(wú)法跟上，顯示出來(lái)的要果可能就會(huì)有延遲的現(xiàn)象。所以，早期的液晶顯示器在尺寸上有一定的限制，而且并不適合拿來(lái)看電影、或是玩3D游戲。液晶的光學(xué)傳輸特性取決于分子排列狀態(tài)，改變分子的排列狀態(tài)就可以改變液晶層光學(xué)傳輸特性，這就是液晶電子學(xué)的應(yīng)用基礎(chǔ)。而液晶分子排列的改變可以通過(guò)電、磁、熱等外部場(chǎng)的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們把這種通過(guò)表2-1外場(chǎng)作用來(lái)改變分子排列狀態(tài)的過(guò)程稱為液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)。液晶顯示器常用的驅(qū)動(dòng)方式分為如表2-1所示的幾種類型。目前，在LCD Monitor方面，使用的都是采用TFT（薄膜式晶體管）LCD，它采用的是有源矩陣的驅(qū)動(dòng)方式。因此本節(jié)將先對(duì)TFT器件進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹，再著重介紹有源矩陣的驅(qū)動(dòng)方式。1.薄膜式有源矩陣液晶顯示器介紹由于普通的矩陣液晶顯示器的電光特性對(duì)多路、視頻活動(dòng)圖象顯示是很難滿足要求的，因?yàn)槊總€(gè)像素都等效于一個(gè)無(wú)極電容，顯示中會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。為了改善，又會(huì)限制驅(qū)動(dòng)的路數(shù)。因此在每個(gè)像素上設(shè)計(jì)一個(gè)非線性的有源器件，使每個(gè)像素可以被獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，從而克服了串?dāng)_，解決了大容量多路顯示遇到的困難，提高了畫(huà)面質(zhì)量，使多路顯示畫(huà)面成為可能。有源矩陣液晶顯示器件根據(jù)有源器件的種類可分為如表2-2所列的多種類型。表2-2以下將對(duì)主流的a-siTFT三端有源矩陣液晶顯示器件進(jìn)行介紹。圖2-1 TFT有源矩陣驅(qū)動(dòng)LCD的基本結(jié)構(gòu)a-siTFT是一種非晶硅-薄膜晶體管類型的三端有源矩陣液晶顯示器件。它制作容易，基板玻璃成本低，導(dǎo)通比大，可靠性高，容易大面積化。因此受到廣泛應(yīng)用。圖2-1為其基本結(jié)構(gòu)。同一般液晶顯示器件類似，a-SiTFT液晶顯示器件也是在兩片玻璃之間封入液晶，而且液晶顯示器件就是普通的TN型方式。不過(guò)，其玻璃基板則與普通液晶顯示器件大不相同，在下玻璃板上要配制上掃描線和尋址線（即行、列線），將其組合成一個(gè)個(gè)矩陣，在其交點(diǎn)上再制作上TFT有源器件和像素電極，如圖2-2所示。 圖2-2 TFT有源矩陣液晶顯示屏的電極排布為了改善此一情形，后來(lái)液晶顯示技術(shù)采用了主動(dòng)式矩陣（active-matrix addressing）的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，這是目前達(dá)到高資料密度液晶顯示效果的理想裝置，且分辨率極高。方法是利用薄膜技術(shù)所做成的硅晶體管電極，利用掃描法來(lái)選擇任意一個(gè)顯示點(diǎn)（pixel）的開(kāi)與關(guān)。這其實(shí)是利用薄膜式晶體管的非線性功能來(lái)取代不易控制的液晶非線性功能。如上圖，在TFT型液晶顯器中，導(dǎo)電玻璃上畫(huà)上網(wǎng)狀的細(xì)小線路，電極則由是薄膜式晶體管所排列而成的矩陣開(kāi)關(guān)，在每個(gè)線路相交的地方則有著一弄控制匣，雖然驅(qū)動(dòng)訊號(hào)快速地在各顯示點(diǎn)掃瞄而過(guò)，但只有電極上晶體管矩陣中被選擇的顯示點(diǎn)得到足以驅(qū)動(dòng)液晶分子的電壓，使液晶分子軸轉(zhuǎn)向而成亮的對(duì)比，不被選擇的顯示點(diǎn)自然就是暗的對(duì)比，也因此避免了顯示功能對(duì)液晶電場(chǎng)效應(yīng)能力的依靠。2. TFT-LCD的驅(qū)動(dòng)原理由于TFT-LCD矩陣結(jié)構(gòu)是由一塊帶有TFT三端元件陣列和像素電極陣列的基板與另一塊帶有彩色膜和公共電極的基板，以及由此兩基板疊合后夾入的液晶層構(gòu)成，此外，此方式的掃描線和信號(hào)線都設(shè)置在同一個(gè)三端子元件的基板上。掃描線與該行上所有TFT元件的柵極相連，而信號(hào)線與該列上所有的TFT元件的源電極相連。TFT-LCD的等效電路如圖2-3所示。在以行順序驅(qū)動(dòng)方式依次掃描行電極過(guò)程中，當(dāng)某行一旦被選通，則該行上所有的TFT開(kāi)關(guān)元件同時(shí)被行脈沖閉合，變成低阻（Ron）導(dǎo)通狀態(tài)。與行掃同步，各列信號(hào)電荷分別通過(guò)列電極從保持電路送入與導(dǎo)通元件TFT相連的各相應(yīng)像素電容，信號(hào)電壓被記錄在像素電容和儲(chǔ)存電容上。當(dāng)行選一結(jié)束，TFT開(kāi)關(guān)元件即斷開(kāi)（處于高阻Roff狀態(tài)），被記錄的信號(hào)電壓將被保持并持續(xù)驅(qū)動(dòng)像素液晶，直到下幀掃描到來(lái)之前。稱此驅(qū)動(dòng)為準(zhǔn)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)。由此工作過(guò)程可看出，掃描電壓只做TFT元件的開(kāi)關(guān)電壓之用，而驅(qū)動(dòng)液晶的電壓是信號(hào)電壓通過(guò)導(dǎo)通TFT元件對(duì)像素電容充電后在像素電極和公共電極之間形成的電位差VLC。VLC大小決定于信號(hào)電壓Vs?？梢?jiàn)，采用TFT元件作有源矩陣驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電壓和驅(qū)動(dòng)電壓分開(kāi)，從而可達(dá)到開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)特性和液晶像素的電光特性的最佳組合，可獲得高像質(zhì)顯示。 a TFT-LCD等效電路b 單像素TFT工作原理圖2-3 TFT工作原理3. TFT液晶顯示器件寫(xiě)入機(jī)理液晶顯示器件寫(xiě)入機(jī)理，即液晶顯示器件是依靠什么方法將人們所需顯示的信息用來(lái)作用于器件，使器件達(dá)到顯示的目的。1) 液晶顯示器件寫(xiě)入的條件眾所周知，所有液晶顯示器件的顯示原理是依靠外場(chǎng)（包括電、熱、光等）作用于初始排列的液晶分子上。依靠液晶分子的偶極矩和各向異性的特點(diǎn)，使液晶分子的初始排列發(fā)生變化，通過(guò)液晶器件的外界光被調(diào)制，使液晶顯示器件發(fā)生明、暗、遮、透、變色等效果達(dá)到顯示目的。但是要想實(shí)現(xiàn)某一特性的顯示目的，則需要滿足以下兩個(gè)基本條件： 足夠強(qiáng)的電（熱、光）信號(hào)作用于液晶，使其改變其初始排列； 每個(gè)電（熱、光）信號(hào)均可以在一段時(shí)內(nèi)作用于一個(gè)或幾個(gè)像素單元。使像素能夠組合成一個(gè)視覺(jué)信號(hào)。由于直流電場(chǎng)將會(huì)導(dǎo)致液晶材料的電化學(xué)反映和電極劣化、老化，因此只能在像素電極上建立交流電場(chǎng)，而且應(yīng)該盡可能減少交流電場(chǎng)中的直流成分，實(shí)用中應(yīng)保持直流成分在幾十毫伏以下，所施加的交流電場(chǎng)的強(qiáng)弱以其有效值來(lái)表示。只有所施加的交流電場(chǎng)有效值大于液晶顯示器件的閥值電壓時(shí)，該像素才能呈顯示狀態(tài)。由于液晶顯示器件有類型、規(guī)格、型號(hào)的不同，對(duì)所施加電壓的波形、相位、頻率、占空比、有效值都有不同的要求。而對(duì)于像素控制方面的要求，則包含有以下兩層意思：首先，由于器件像素電極連線的排布不同，要求外部必須配置相應(yīng)的硬件，以提供驅(qū)動(dòng)電壓波形。其次，按照一定的指令將若干個(gè)顯示像素組合成不同的數(shù)字、字符、圖形或圖象。2) 液晶顯示器件的寫(xiě)入機(jī)理在滿足液晶顯示器件寫(xiě)入基本條件下，信息信號(hào)作用與不同類型的液晶顯示器件的機(jī)理也不一樣。這里只介紹有源矩陣薄膜晶體管（TFT）液晶顯示器件的寫(xiě)入機(jī)理。對(duì)于其他類型液晶顯示器件的寫(xiě)入機(jī)理將不做介紹。TFT-LCD的寫(xiě)入機(jī)理：以行掃描信號(hào)和列尋址信號(hào)控制作用于被寫(xiě)入像素電極上的薄膜晶體管有源電路，使有源電路產(chǎn)生足夠大的通斷比（Ron/Roff），從而間接控制像素電極間呈TN型的液晶分子排列，達(dá)到顯示的目的。該寫(xiě)入的特點(diǎn)就是經(jīng)TFT有源電路間接控制的TN型器件顯示像素，可實(shí)現(xiàn)高路數(shù)多路顯示和視頻圖象顯示。4. TFT液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)方法依據(jù)液晶顯示器件寫(xiě)入機(jī)理和顯示像素電極的排布方式即可確定對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的基本條件。液晶顯示器件的種類繁多，驅(qū)動(dòng)的方法也不同。但是無(wú)論哪種類型的器件，還是使用什么不同的驅(qū)動(dòng)方法都是以調(diào)整施加到像素電極上的電壓、相位、頻率、峰值、有效值、時(shí)序、占空比等一系列參數(shù)、特性來(lái)建立起一定的驅(qū)動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)顯示。主要的驅(qū)動(dòng)有很多，在此僅介紹TFT-LCD所采用的有源矩陣驅(qū)動(dòng)法。由于有源矩陣液晶顯示器件的每個(gè)像素點(diǎn)上都有一套有源器件，所以對(duì)這種器件的驅(qū)動(dòng)是對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)上的有源器件的驅(qū)動(dòng)。圖2-4為TFT液晶顯示驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。從圖中可以看出，外電路不能直接將電壓施加到液晶像素上，施加在 圖2-4 TFT驅(qū)動(dòng)時(shí)序波形圖像素上的電壓決定于TFT晶體管的特性。當(dāng)晶體管開(kāi)、關(guān)比達(dá)到106以上時(shí)，則可以滿足液晶功能像素對(duì)通斷比的要求。晶體管TFT是這樣工作的，當(dāng)TFT柵極G掃描被選通時(shí)，VG被接入一個(gè)正高脈沖，此時(shí)同步輸入選址的源極信號(hào)是一個(gè)圍繞一個(gè)中心值為VC的永遠(yuǎn)低于VG選通脈沖幅值的選址數(shù)據(jù)電壓VLD，TFT晶體管被打開(kāi)。從源極到接通液晶像素的漏極之間呈一通路，電壓被加到液晶像素電極和補(bǔ)償電容電極上。這時(shí)即使施加電場(chǎng)撤掉，由于電容作用，其像素上施加的電壓也將保持相當(dāng)時(shí)間，直至下次選通的到來(lái)。若設(shè)置的電容值使其像素選通達(dá)半幀時(shí)間，同時(shí)使下半幀尋址信號(hào)以VC進(jìn)行反相，則可以實(shí)現(xiàn)： 如圖2-6所示，使加在像素上的驅(qū)動(dòng)波形呈交流態(tài)； 驅(qū)動(dòng)路數(shù)與TFT晶體管特性有關(guān)，而與液晶電光響應(yīng)特性無(wú)關(guān)。這將徹底解決液晶多路驅(qū)動(dòng)難題； 從圖中波形還可以看出，這種驅(qū)動(dòng)方式?jīng)]有半選通波形，因此也就沒(méi)有交叉效應(yīng)以及對(duì)比度下降等缺陷； 此外，這種驅(qū)動(dòng)也不受液晶電光響應(yīng)速度的影響，可以顯示視頻活動(dòng)圖象，沒(méi)有閃