平板顯示技術(shù)課件5.2

第5章液晶顯示器件的驅(qū)動技術(shù)

§5-1液晶顯示器件的寫入機(jī)理1液晶顯示器件寫入的基本條件（2）每個電（熱、光）信號均可以在一段時間內(nèi)作用于一個或幾個像素（像素：可以被單獨控制的最小顯示單元，如七段形數(shù)字的一個筆段或矩陣顯示中的一個點。）單元，使像素能組合成一個視覺信號，如數(shù)字、字符、圖形等。

（1）足夠強(qiáng)的電（熱、光）信號作用于液晶，使其改變初始狀態(tài)。2

液晶顯示器件的寫入機(jī)理液晶顯示器件寫入機(jī)理，就是液晶顯示器件依靠什么方法將人們所需顯示的信息用來作用于器件，使器件達(dá)到顯示的目的

13液晶顯示必須時刻牢記下列三個特點:(1)液晶在直流電壓作用下會發(fā)生電解作用,所以必須用交流驅(qū)動,并且限定交流成分中的直流成分不大于幾十個豪伏。(2)由于液晶在電場作用下光學(xué)性能的改變是依靠液晶作為彈性連續(xù)體的彈性形變,影響時間長,所以交變驅(qū)動電壓的作用效果不取決于其峰值,在頻率小于103HZ情況下,液晶透光率的改變只與外加電壓的有效值有關(guān)。(3)液晶單元是容性負(fù)載，液晶的電阻在大多數(shù)情況下，可以忽略不計，是無極性的，即正壓和負(fù)壓的作用效果是一樣的。2表5-1典型液晶且示器件的寫入機(jī)理及特點器件類型寫入機(jī)理寫入特點扭曲向列型(TN型)在被寫入像素的前后電極之間施加一個大于閾值電壓(Vth)的交流信號電壓,使像素電極之間的液晶分子由沿玻璃表面呈900扭曲排列變?yōu)榇怪庇诓ＡП砻媾帕?從而使貼在器件前后表面,成正交設(shè)置的偏振片將外界光吸收,使該像素變成黑色。低電壓、微功耗；視角小，響應(yīng)速度慢，電光響應(yīng)曲線陡度低不適合多路驅(qū)動；多用于字符及低路數(shù)的字符顯示相變型（PC）在被寫入像素的前后電極之間施加一個大于閾值電壓(Vth)的交流信號電壓,使電極之間原來呈散射的平面焦錐結(jié)構(gòu)排列的膽甾相（Ch）液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橥该鲬B(tài)的垂直排列的向列相（Nn）液晶，從而實現(xiàn)顯示。有存儲性能，響應(yīng)快，對比度低3續(xù)表器件類型寫入機(jī)理寫入特點賓主型(GH型)在被寫入像素的前后電極之間施加一個大于閾值電壓(Vth)的交流信號電壓,使像素電極之間摻有二向色染料,并呈沿玻璃表面的液晶分子和染料分子變?yōu)榇怪庇诓ＡП砻?由于二向色染料分子從不同方向看顏色不同,故可使像素部位改變顏色,如使像素從深紅色變成淡紅色。

基本特性與TN型相同,電壓稍高,可實現(xiàn)單彩色顯示電控雙折射型（ECB）在被寫入像素的前后電極之間施加一個不同幅值的交流信號電壓時,會使電極之間原來排列整齊的液晶分子出現(xiàn)不同程度的傾斜,因雙折射效應(yīng)使通過液晶盒的線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光,并對檢偏振片產(chǎn)生干涉,呈現(xiàn)出隨寫入電壓改變的干涉顏色。

沒有閾值,可隨寫入電壓改變的干涉顏色.4續(xù)表器件類型寫入機(jī)理寫入特點超扭曲向列型(STN)在被寫入像素的前后電極之間施加一個大于閾值電壓(Vth)的交流信號電壓,使像素電極之間原來呈1800~2700沿玻璃表面扭曲排列的液晶分子層中間部分的液晶分子變?yōu)閮A斜垂面排列;從而使透過該處的線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光,并在檢偏處產(chǎn)生干涉色,實現(xiàn)顯示。電光響應(yīng)曲線陡度高,適合用于多路動態(tài)驅(qū)動顯示;為有色顯示模式鐵電效應(yīng)型(FLC)在被寫入像素的電極上施加一個電壓脈沖,使電極間原來呈近晶Cm*相,且沿玻璃表面排列的液晶態(tài)旋轉(zhuǎn)一個角度,;從而使通過的線偏振光被檢偏片檢出,達(dá)到顯示目的；因液晶的初始排列和旋轉(zhuǎn)θ角度后的排列都是穩(wěn)定態(tài)，故使器件具有雙穩(wěn)態(tài)存儲特性。具有雙穩(wěn)態(tài)存儲特性和磁滯曲線性響應(yīng)曲線。響應(yīng)速度快；具有一個記憶閾值，電光響應(yīng)曲線陡度高，適宜實現(xiàn)多路動態(tài)驅(qū)動。有源矩陣薄膜場效應(yīng)晶體管型（TFT）以行掃描信號和列尋址信號控制作用于被寫入像素的電極的薄膜場效應(yīng)晶體管型有源電路，使有源電路產(chǎn)生足夠大的通斷比，從而間接控制像素電極間呈TN型的液晶分子排列，達(dá)到顯示的目的經(jīng)TFT有源電路間接控制的TN型器件像素，可實現(xiàn)高路數(shù)多路顯示和視頻圖象顯示5§5-2液晶顯示器件的驅(qū)動方式

液晶顯示器件的驅(qū)動主要可分為以下幾大類:直接驅(qū)動法、有源矩陣驅(qū)動法、射束尋址驅(qū)動法、鐵電液晶驅(qū)動法、彩色液晶驅(qū)動等。

1直接驅(qū)動法

直接驅(qū)動法，是指驅(qū)動電壓直接施加在像素電極上，使液晶顯示直接對應(yīng)于所施驅(qū)動電壓信號的一種驅(qū)動方法。

61.1靜態(tài)驅(qū)動法

圖5-1LCD靜態(tài)驅(qū)動示意圖

靜態(tài)驅(qū)動法:是指在像素前后電極上施加驅(qū)動電壓時呈顯示狀態(tài)，不施加驅(qū)動電壓時則呈非顯示狀態(tài)的一種直接驅(qū)動方法。圖5-2驅(qū)動電路原理7圖5-3直接驅(qū)動中的靜態(tài)驅(qū)動波形8表5-3異或門電路（見圖5-2）的真值表

導(dǎo)通斷開信號(A)電平公用波形{B)電平筆段波形(C)電平液晶驅(qū)動電壓液晶顯示與否0000不顯示0110不顯示1011顯示1101顯示9圖5-4七段式液晶顯示器件的電極排列10圖5-5示波器用矩陣式液晶顯示器的電極排列圖5-6示波器用矩陣式液晶顯示器的靜態(tài)驅(qū)動波形11預(yù)習(xí)思考題:1、最佳偏壓比、最大的選擇比和閾值陡度之間有何關(guān)系？2、動態(tài)驅(qū)動法可分成幾中方法？它們各有何特點？作業(yè)題:5-2液晶顯示必須時刻牢記的三個特點的內(nèi)容是什么？ＴＮ型，ＳＴＮ型，ＴＦＴ型液晶顯示的寫入機(jī)理是什么？121.3動態(tài)驅(qū)動法

液晶顯示的動態(tài)驅(qū)動法:

是循環(huán)地對各行電極施加選擇脈沖，同時所有為顯示數(shù)據(jù)的列電極給出相應(yīng)的選擇或非選擇的驅(qū)動脈沖，從而實現(xiàn)某行所有顯示像素的顯示功能，這種行掃描是逐行順序進(jìn)行的，循環(huán)周期很短，使得液晶顯示屏上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的圖像。我們把液晶顯示的掃描驅(qū)動方式稱為動態(tài)驅(qū)動法。

13圖5-7段形動態(tài)液晶顯示器件引線排列在多位字段式液晶顯示器件上，一般是將背電極分割成若干個部分，而將前電極的若干個段連在一起.14圖5-8字符型點陣液晶顯示器件電極排列

一幅圖案是由多個很小的選通時區(qū)內(nèi)的瞬間像素組成，所以我們稱之為“時間分割驅(qū)動法”。

將掃描行電極選通的時間與幀周期之比稱為占空比

15尋址列電極圖5-9在矩陣電極上施加了電壓后的顯示狀態(tài)掃描行電極1.3.1平均電壓法

16圖5-10平均電壓法驅(qū)動波形a）電壓平均化法的驅(qū)動波形b）平均電壓法驅(qū)動電壓范圍1—選擇點電壓2—非選擇點電壓3—無串?dāng)_工作區(qū)17選擇點：(1,2)：Vl+V2；半選擇點：(1,1)，(1,3)，(1,4)：Vl-(Vl／b′)；(2,2)，(3,2)，(4,2)：V2；非選擇點：均為V1／b′。b′+1＝b（b>1）選擇點電壓：(1,2)：VLCD半選擇點電壓：(1,1)，(1,3)，(1,4)：(2,2)，(3,2)，(4,2)：非選擇點電壓:18b值選擇點電壓半選擇點電壓非選擇點電壓2VLCD1/2VLCD-1/2VLCD4VLCD1/4VLCD，1/2VLCD-1/4VLCD5VLCD1/5VLCD，3/5VLCD-3/5VLCD13VLCD1/13VLCD，11/13VLCD-11/13VLCD191.3.2最佳偏壓法

20偏壓比b

驅(qū)動器數(shù)N圖5-11占空比1/N與有效電壓和偏壓比圖5-12優(yōu)值與驅(qū)動路數(shù)的關(guān)系21閾值陡度:最大驅(qū)動路數(shù)Nmax與陡度P的關(guān)系

:22圖5-13空間（面積）灰度調(diào)制原理圖5-14幀灰度調(diào)制原理

1.3.3灰度顯示法

（1）空間灰度調(diào)制

（2）時間灰度調(diào)制幀灰度調(diào)制23圖5-15脈寬灰度調(diào)制方式的驅(qū)動波形示意圖

脈沖灰度調(diào)制24圖5-16分割矩陣器件的電極排列圖5-17具有雙屏驅(qū)動模式的分割矩陣型液晶顯示模塊的原理1.3.4提高大容量液晶顯示器件像素質(zhì)量的方法

（1）分割矩陣方式（2）多重矩陣方式

25圖5-18典型雙重矩陣液晶顯示屏的電極排列262有源矩陣驅(qū)動法

有源矩陣液晶顯示器件根據(jù)其有源器件的種類不同有三端型和二端型，而且每一類型又因所用材料、工藝不同還可以分出若干類型。不過比較常用的，技術(shù)發(fā)展最成熟的是一種用薄膜場效應(yīng)晶體管制作的三端型有源矩陣型器件，通常稱為TFT型液晶顯示器件。

3射束尋址驅(qū)動法27射束尋址驅(qū)動法有許多方式，有代表性的驅(qū)動法有：光寫入驅(qū)動法、激光寫入驅(qū)動法和電子束寫入方式。

（1）光寫入驅(qū)動法具有光寫入性能的液晶光閥是由帶光導(dǎo)層的液晶盒構(gòu)成。其光導(dǎo)層為CdS、CdTe等。光導(dǎo)體具有在光照射下能大幅度降低阻值的特性。在平常環(huán)境光或暗處，光導(dǎo)體的阻值很大，外電路電壓不能被施加到液晶層上，因此液晶不能被驅(qū)動，也不能顯示。當(dāng)光導(dǎo)層被一束強(qiáng)光（信號光束）照射后，被照射的部分電阻變小。從而使外加電壓可以通過，施加到液晶層，液晶被驅(qū)動，實現(xiàn)顯示。28（2）激光寫入法當(dāng)激光束射入呈透明態(tài)、垂面排列的液晶光閥后，由器件的透明導(dǎo)電層吸收變成熱能并傳給液晶，于是，被照射部分的液晶溫度上升，從近晶相（S）經(jīng)由向列（N）相變成各向同性（I）的液體。一旦激光束移向他處，液晶的溫度急劇下降，出現(xiàn)從I到N再到S的相變。由于速冷，在相變過程中形成一種具有光散射的焦錐結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一直保持到圖象擦除。另一方面，沒有照射部分的液晶仍為垂面取向的透明結(jié)構(gòu)。這樣，通過對激光束一邊強(qiáng)度調(diào)制，一邊逐點什么掃描，便可以在整個畫面上形成光散社結(jié)構(gòu)和透明經(jīng)過的穩(wěn)定共蹲，實現(xiàn)圖像寫入。29（3）電子束寫入方式電子束寫入方式是由電子束把圖像寫入液晶光閥的一種方式，它是以液晶光閥取代陰極射線管的瑩光屏而構(gòu)成的。此液晶光閥中的電子束照射的側(cè)基板是由透明電介質(zhì)薄板作成的，當(dāng)介質(zhì)上某個點受到束流為的電子束照射時，則該點將積蓄電荷，其電荷積蓄量。在電子束掃描的情況下，光閥上的各個點受電子束的照射時間極短。30因此，可以近似表示為。是掃描該點是的起始束流（由該點圖像信號決定），t是每個點的照射時間。于是對應(yīng)該點的液晶層將受到其積蓄電荷產(chǎn)生的電壓作用而光學(xué)狀態(tài)變化。

其電壓表達(dá)式為

式中，是每個點的液晶電容，可用表示，其中是液晶的介電常數(shù)，S是每個點的面積，是液晶盒的厚度。對于給定顯示容量的液晶光閥，可把液晶盒的閾值電壓和飽和電壓，液晶的和值，分別代入式（5-13）即可求得對應(yīng)于閾值電壓和飽和電壓所需的束流。由此可確定電子束束流的工作范圍。314鐵電液晶驅(qū)動法

鐵電液晶顯示器件是已知無源矩陣液晶顯示器件中少有的響應(yīng)速度最快，驅(qū)動路數(shù)不受器件本身參數(shù)制約的一類液晶顯示器。鐵電液晶顯示器件因其獨特的原理、性質(zhì)而需要一種特殊的驅(qū)動方式。

鐵電液晶的多路性能、響應(yīng)速度、甚至對比度與器件本身關(guān)系不大，而主要取決于外電路；鐵電液晶的驅(qū)動特性中關(guān)鍵是其特殊閾值和雙穩(wěn)特性，這是配置外部電路的主要依據(jù)。325彩色液晶顯示器件的驅(qū)動

微彩色膜方式是一種將點陣像素分割成3個子像素，并在其對應(yīng)位置的器件內(nèi)表面設(shè)置紅、綠、藍(lán)（R、G、B）3個微型濾色膜。這樣，控制每個子像素光閥，就可以控制R、G、B3個濾色膜是否透光，控制3個子像素光閥的灰度級別，就可以控制R、G、B3個濾色膜透過光的多少，從而利用R、G、B3個子像素通過不同的通光量便可以混合加色為千萬種彩色。

33圖5-23微彩色膜的排列方式34

例5-1查表得知某種液晶的，問該液晶能允許掃描行是多少？相應(yīng)的最佳偏壓比和最大的選擇比各為多少？

解：閾值陡度為

35作業(yè)題預(yù)習(xí)思考題：5-4若要實現(xiàn)掃描行達(dá)到256行，相應(yīng)的最佳偏壓比、最大的選擇比和閾值陡度各為多少？

1、何謂交叉效應(yīng)？產(chǎn)生交叉效應(yīng)的原因是什么？

2、液晶顯示驅(qū)動器有何特性？

36圖5-19TFT型液晶顯示器件的電原理圖圖5-20一個a-SiTFT顯示單元的等效電路圖37圖5-21典型TFT的特性曲線a)漏極電壓與漏極電流的關(guān)系b)漏極電流與柵極電壓的關(guān)系38圖5-22TFT驅(qū)動時序波形39表5-5實現(xiàn)液晶且示彩色化的方式彩