第3章液晶顯示

1、3章 液晶顯示 重點(diǎn) 液晶分子如何排列 液晶顯示的基本原理 有源矩陣顯示 彩色顯示 液晶屏的制作方法3.1 什么是液晶顯示液晶顯示的用途攜帶器件：計(jì)算器、手表、攜帶電話、電子手冊(cè)、 攜帶情報(bào)工具、游戲機(jī)、萬(wàn)步計(jì)、翻譯辭典辦公用品：文字處理機(jī)、筆記本電腦、PC監(jiān)視器、 復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等家電：液晶電視、攝象機(jī)、數(shù)字相機(jī)、多功能電話、 可視電話、家電的操作顯示盤等車載：指示表類、車載導(dǎo)航儀、液晶電視等其它：體溫計(jì)、血壓計(jì)、自動(dòng)販賣機(jī)等液晶有這么多 的用途?。?.2 液晶的排列向列相液晶的特征重心無(wú)序、長(zhǎng)軸指向有序取向膜和取向處理取向膜的主流：聚酰亞胺 Polyimide 0.1m厚、高分子膜 在玻璃

2、基板上印刷形成取向處理：使液晶取向排列的過(guò)程。為什么液晶會(huì)排列？無(wú)取向膜有取向膜玻璃基板透明電極取向膜水平排列（垂直排列）摩擦處理取向膜透明電極玻璃基板無(wú)摩擦摩擦方向有摩擦玻璃基板的移動(dòng)方向摩擦方向取向膜透明電極玻璃基板摩擦取向機(jī)理的兩種解釋：1 摩擦使表面受傷而產(chǎn)生細(xì)溝， 液晶分子沿溝的方向一致排列。2 摩擦后使取向膜表面產(chǎn)生一種靜電 力，使液晶分子沿力的方向排列。 物理性質(zhì)隨方向不同而不同稱為 各向異性。實(shí)際上，由于摩擦在 取向膜上造成各向異性，這種各 向異性與液晶分子的各向異性相 互作用使得液晶一致排列。3.3 液晶的電壓響應(yīng)正性向列相液晶分子長(zhǎng)軸方向上的介電常數(shù)大于短軸方向上的介電常數(shù)

3、。特點(diǎn)：加電壓時(shí)分子長(zhǎng)軸指向電場(chǎng)方向， 在器件中分子直立。透明電極ITOIndium Tin Oxide銦錫氧化物，作為液晶光閥的開關(guān)電極offonVth: 閾值電壓（液晶分子開始動(dòng)作 所對(duì)應(yīng)的電壓值）正性液晶分子在電場(chǎng)中的動(dòng)作負(fù)性液晶分子在電場(chǎng)中的動(dòng)作offon垂直取向膜上的取向3.4 預(yù) 傾 角無(wú)預(yù)傾角的液晶在電場(chǎng)中的四種立起方式預(yù)傾角摩擦方向摩擦方向沿一個(gè)方向摩擦能夠產(chǎn)生預(yù)傾角3.5 TN 模 式 90扭曲摩擦方向摩擦方向1、兩基板上的摩擦方向互相垂直 90扭曲排列2、摻入手性劑 限定旋轉(zhuǎn)方向3.6 液 晶 光 閥偏光的概念光（橫波）的行進(jìn)方向（a）自然光（b）線偏振光電矢量振動(dòng)面偏振片

4、偏光軸吸收軸直線偏光自然光偏光軸平行偏光軸垂直光透過(guò)亮光截止暗TN 的亮度調(diào)整透過(guò)率中間灰度電壓光源：內(nèi)藏?zé)晒夤?、太?yáng)光3.7 手表計(jì)算器的數(shù)字顯示下基板的電極圖形上基板的電極圖形時(shí)間On狀態(tài)的電壓信號(hào)波形Off狀態(tài)的電壓信號(hào)波形時(shí)間上下基板電極的位相差On VVthoff VVth1973年夏普公司3.8 矩陣的圖象顯示矩陣顯示的信號(hào)輸入方式掃描尋址方式：縱向 x 電極上的信號(hào)同時(shí)輸入；橫向 y 電極上的信號(hào)逐線輸入。視頻動(dòng)畫顯示的要求：每秒更換60幅畫面。如果有300條 y 電極線，那么每線上信號(hào)電壓持續(xù)時(shí)間為1/(60300) 秒，約0.05毫秒。矩陣顯示中的問(wèn)題液晶響應(yīng) 速度慢交叉竄擾

5、 cross talk液晶的響應(yīng)時(shí)間液晶的電響應(yīng)時(shí)間大于10毫秒。TFT 可解決液晶響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。交叉竄擾問(wèn)題STNTNSTN 模式的電光響應(yīng)曲線陡度大，可減弱交叉竄擾。STN 排列的獲得：調(diào)整摩擦方向、手性劑的量、預(yù)傾角。適用于文字處理機(jī)、一部分筆記本電腦的顯示器。FSTN：通常STN模式不能顯示黑/白，具有黃或藍(lán)色的底色。加上位相補(bǔ)償膜后，可祛除底色。這種STN稱FSTN。3.9 最新的顯示方法STN 顯示中的問(wèn)題點(diǎn)：1、響應(yīng)速度慢 動(dòng)態(tài)顯示時(shí)出現(xiàn)殘象2、視角窄3、線數(shù)增加后對(duì)比度下降解決辦法：有源矩陣有源矩陣與無(wú)源矩陣象素象素開關(guān)無(wú)源矩陣：無(wú)開關(guān)有源矩陣：有開關(guān) TFT、MIM有源矩

6、陣顯示上側(cè)基板與數(shù)字顯示一樣只有一個(gè)共通電極；下側(cè)基板上有(x y)個(gè)電極對(duì)應(yīng)著每個(gè)象素；每個(gè)象素上有一個(gè)開關(guān)。開關(guān)與信號(hào)線(source line)對(duì)應(yīng)，具有導(dǎo)通/ 非導(dǎo)通的功能。有源矩陣中沒必要使用STN模式，而使用TN模式。其響應(yīng)速度、視角與對(duì)比度都有改善。適用于筆記本電腦、車載導(dǎo)航儀、液晶電視等。3.10 有源矩陣顯示電極開關(guān)信號(hào)電壓液晶電容 接通 切斷電容信號(hào)電壓為負(fù)時(shí)，電流方向相反，電容電壓也反向，但液晶分子的響應(yīng)與電壓方向無(wú)關(guān)。兩個(gè)電極間夾一層液晶形成電容由于TFT的作用，使象素上數(shù)十微秒間觸發(fā)的電壓被電容維持住。 低 低 低 高柵電壓掃描off offoffon信號(hào)掃描柵線與信

7、號(hào)線逐行掃描，掃描后的信號(hào)由電容維持。逐行掃描從上到下完成后就形成一個(gè)畫面。CRT是逐點(diǎn)掃描。無(wú)論是靜態(tài)畫面還是動(dòng)態(tài)畫面，都是由這種反復(fù)掃描形成的。3.11 TFT 的介紹TFT開關(guān)柵線信號(hào)線（源線）象素 的結(jié)構(gòu)溝道保護(hù)膜漏極象素電極單元 TFT 的斷面保護(hù)膜源極N+a-Sia-Si柵極絕緣膜 玻璃基板TFT 的開關(guān)特性的開關(guān)特性開關(guān)特性用 on/off 時(shí)的阻抗比來(lái)表示。普 通電筒的開關(guān)阻抗比為無(wú)窮大，但TFT的 開關(guān)阻抗比則有一定數(shù)值106/1012 。 所以即使在off時(shí)TFT中也有少量電流流過(guò)， 使得象素上存儲(chǔ)的電荷漏掉。實(shí)際上信號(hào)是以60Hz刷新率掃描，TFT的 開關(guān)比已能充分體現(xiàn)開

8、關(guān)性能?，F(xiàn)在多數(shù)TFT-LCD中設(shè)置輔助電容，與 液晶電容相并列，它具有更穩(wěn)定的電荷 存儲(chǔ)性能。TFT薄膜制作的方法3.12清洗玻璃基板PCVD或?yàn)R射法鍍絕緣膜、半導(dǎo)體層、金屬層等旋涂高阻保護(hù)膜預(yù)烘燒使保護(hù)膜硬化紫外線暴光 掩膜板保護(hù)膜顯像液除去暴光部分再次烘燒固化保護(hù)膜金屬腐蝕掉露出的金屬膜(絕緣膜或半導(dǎo)體層)剝離保護(hù)膜得到預(yù)計(jì)的膜圖形重復(fù)上述工藝可制備復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)。制備TFT需要相當(dāng)多的工藝過(guò)程。3.13 彩色顯示的介紹三 基 色 的 加 法 混 色赤綠藍(lán)黃洋紅藍(lán)綠白黑三色組合可形成個(gè)顏色。如果分別調(diào)節(jié)三基色的亮度，可得到任意顏色。加法混色不僅用于液晶顯示，而且還用于等離子體顯示和陰極射

9、線管（CRT電視）等。液 晶 的 彩 色 顯 示 方 法玻璃基板ITO取向膜黑矩陣遮光膜紅膜綠膜藍(lán)膜CF基板TFT基板液晶層玻璃基板ITO取向膜液晶分子TN模式TFT部分紅膜綠膜藍(lán)膜遮光板(黑矩陣)CF基板TFT基板TFT信號(hào)線象素電極柵線的部分是彩膜的重疊部分 微米厚，置于基板內(nèi)側(cè)每個(gè)象素內(nèi)并排紅藍(lán)綠三片濾光膜，且每片濾光膜都對(duì)應(yīng)一個(gè)TFT開關(guān)，從而可任意調(diào)整每片膜上的光強(qiáng)度進(jìn)行加法混色。彩 膜黑矩陣防止布線區(qū)域漏光，防止外光直接照射TFT導(dǎo)致關(guān)態(tài)電阻率低下。彩膜基板的制作方法形成黑矩陣形成紅色膜形成綠色膜形成藍(lán)色膜4套光刻圖形工藝3.14 液晶屏的制作清洗清洗印刷取向膜200C處理印刷取向

10、膜200C處理摩擦、清洗摩擦、清洗分散spacer封框膠印刷對(duì)盒,加熱固化斷屏注入液晶,封口清洗貼附偏振片液 晶 的 注 入 工 藝液晶液晶屏空氣真空真空空氣真空封口膠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 光源耗電占整個(gè)顯示屏的一半以上 重大課題背 光 源 的 構(gòu) 造 (側(cè)端光源) 射向液晶屏反光罩冷陰極(熒光)管反射板導(dǎo)光板(平面光)擴(kuò)散板(勻光)藍(lán)膜綠膜紅膜藍(lán)綠紅波長(zhǎng)亮度熒光燈管的發(fā)光光譜冷 陰 極 熒 光 燈Sidelight 方式：薄型化燈電源電路：將數(shù)伏電壓升到1000伏 的程度。 也須薄型化。三基色熒光粉：控制熒光粉的成分與量 有效發(fā)光、節(jié)能3.16

11、 液晶屏的驅(qū)動(dòng)畫像信號(hào)控制器柵 極 驅(qū) 動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)電源回路信 號(hào) 線 驅(qū) 動(dòng)12341 2 3 4 5 6柵 線 上 的 電 壓 波 形電壓時(shí)間0V柵線1柵線2柵線334.7sVGA480條柵線，60Hz信 號(hào) 線 上 的 電 壓 波 形電壓時(shí)間信號(hào)線1信號(hào)線2信號(hào)線3 VGA 640條信號(hào)線3(RGB) 240034.7s/專用ICLCD控制器雙向驅(qū)動(dòng)各向異性導(dǎo)電粘膠膜只允許電流在厚度方向上導(dǎo)通，而不允許在面內(nèi)流動(dòng)。IC側(cè)的輸出端液晶屏的端子導(dǎo)電性粒子TFT基板黏結(jié)劑柵源驅(qū)動(dòng)液晶顯示器的整體結(jié)構(gòu)圖偏光片偏光片CF基板TFT基板液晶層源驅(qū)動(dòng)背光源單元電源控制器柵驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器表示顯示性能的用語(yǔ)尺寸：與CRT相同用對(duì)角線長(zhǎng)、以英寸為單 位?；叶龋罕硎玖炼?，以cd/m2為單位。最近有 亮度為300cd/m2的商品出售。象元數(shù)： VGA 640 (3) 480 SVGA 800(3)600 XGA 1024(3)768 SXGA 1280(3)1024 主流對(duì)比度：最亮與最暗兩狀