LCD發(fā)展簡史講解

1、液晶及液晶顯示器的發(fā)展簡史熱致液晶的發(fā)現(xiàn)1888年奧地利植物學(xué)家FriedrichReinitzer在加熱苯酸脂晶體時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度升到145.5°C時(shí)晶體融化成為乳白色粘稠的液體。再繼續(xù)加熱到178.5°C時(shí)乳白粘稠的液體變成完全透明的液體。后經(jīng)德國卡爾斯呂愛大學(xué)教授OttoLehmann研究，這種乳白粘稠的液體具有光學(xué)各向異性，因而建議稱之為液體晶體（LiquidCrgstal）。液晶的合成和分類二十世紀(jì)二十年代，德國Heidelberg大學(xué)的LudwigGattermann首先合Halle大學(xué)的DanielVorlander則先后合成了300多種液晶，并指出液晶分子是棒

2、狀的分子。在此基礎(chǔ)上，法國的GeorgeFriedel及F.Grand-jean等對液晶的結(jié)構(gòu)及光學(xué)性能作了詳細(xì)的研究，并于1922年完成了液晶分類的工作，將液晶劃分為：近晶相、向列相和膽甾相。液晶的物理性能研究1917年Manguin發(fā)明了摩擦定向法，用以制作單疇液晶和研究光學(xué)各向異性。1909年E.Bose建立了攢動（Swarm）學(xué)說，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的實(shí)驗(yàn)支持（1918年），后經(jīng)deGennes論述為統(tǒng)計(jì)性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年創(chuàng)立連續(xù)體理論，并得到F.C.Frank完善（1958年）。M.Born（1916年）和K.L

3、ichtennecker（1926年）發(fā)現(xiàn)并研究了液晶的介電各向異性。1932年，W.Kast據(jù)此將向列相分為正、負(fù)性兩大類。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao發(fā)現(xiàn)向列相液晶在電場（或磁場）作用下，發(fā)生形變并存在電壓閾值（Freederichsz轉(zhuǎn)變）。這一發(fā)現(xiàn)為液晶顯示器的制作提供了依據(jù)。液晶在液晶顯示器方向的應(yīng)用研究 1968年美國RCA公司R.Williams發(fā)現(xiàn)向列相液晶在電場作用下形成條紋疇，并有光散射現(xiàn)象。G.H.Heilmeir隨即將其發(fā)展成動態(tài)散射顯示模式，并制成世界上第一個(gè)液晶顯示器（LCD）。 1968年美國Heilmeir等人還提出了賓主效應(yīng)（G

4、H）模式。 1969年Xerox公司提出Ch-N相變存儲模式。 1971年M.F.Schiekel提出電控雙折射（ECB）模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相（TwistedNematic：TN）模式，1980年N.Clark等提出鐵電液晶模式（FLC），19831985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相（SuperTwisredNematic：STN）模式。 1986年Nagata提出用雙層盒（DSTN）實(shí)現(xiàn)黑白顯示技術(shù)；之后又有用拉伸高分子膜實(shí)現(xiàn)黑白顯示的技術(shù)（FSTN）。 1996年以后，又提出采用單個(gè)偏光片的反射式TN（RTN）及反射式STN（RSTN）模式。液晶

5、顯示器產(chǎn)業(yè)的形成、發(fā)展及布局自1968年Heilmeir制成第一個(gè)DSM-LCD開始,美、日等國即開始了LCD的應(yīng)用和生產(chǎn)研究。70年代初期，美國Rockwell公司開始生產(chǎn)DSM-LCD的計(jì)算機(jī)。Optel公司則生產(chǎn)DSM-LCD手表。日本Sharp、Epson等公司此類產(chǎn)品及工藝的成熟度都非常完滿。但DSM-LCD應(yīng)用電流、電壓效應(yīng)，耗電較多，很快被TN-LCD取代。1972年S.Kobayashi等人制成TN-LCD，并迅速工業(yè)化，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算器、手表、測試設(shè)備及汽車顯示等，取得了巨大成功。并促使LCD向大容量、大面積彩色化方向發(fā)展。大容量、大面積的一個(gè)方向是TN顯示模式與半導(dǎo)體結(jié)合

6、，采用有源矩陣(ActiveMatrix)的方式。該方式最早于1972年由P.Brody提出。經(jīng)10多年的研究，到80年代中后期，日本已開始大批量生產(chǎn)以TFT為代表的AM-LCD。目前它是手提電腦的首選顯示屏。大容量的另一個(gè)方向是采用STN模式。雖然STN模式1983年才提出來，但由于它與TN生產(chǎn)技術(shù)有很大程度的工藝相似性，投資規(guī)模小，因而到80年代末90年代初已開始產(chǎn)業(yè)化，加之FSTN技術(shù)的發(fā)展，STN-LCD成為中高檔、中小尺寸顯示的主導(dǎo)。全彩色化方案首先有A.G.Fischer于1972年提出在液晶盒外加R、G、B鑲嵌濾色片的混色方法。到1981年T.Uchida等人將其發(fā)展到盒內(nèi)，并逐

7、漸成熟。它與AM或STN結(jié)合，成為今天彩色顯示的主導(dǎo)。1995年以后，ECB彩色化方案也見之于報(bào)導(dǎo)。它利用電壓控制顯示顏色，工藝簡單，但色彩有限。一般只能實(shí)現(xiàn)34色。目前，反射式顯示模式(RTN，RSTN)正是許多工廠競相開發(fā)的產(chǎn)品方向。日本Sharp、Epson公司已經(jīng)生產(chǎn)此類產(chǎn)品，主要應(yīng)用于手機(jī)顯示屏上。就全球產(chǎn)業(yè)布局來說，日本TFT生產(chǎn)占全球80-90%的市場份額，臺灣和韓國生產(chǎn)部分中小尺寸屏。TN、STN生產(chǎn)90%以上在中國大陸、香港、臺灣及東南亞地區(qū)。LCD結(jié)構(gòu)TN、HTN、STN的結(jié)構(gòu):FSTN、ECB-Multi-colorSTN的結(jié)構(gòu):DSTN的結(jié)構(gòu):補(bǔ)償盒顯示蠢面偏光片補(bǔ)償膛

8、ColorSTN的結(jié)構(gòu):陋巧三色謔光腫電極底偏光片LCD的顯示原理TN型扭曲向列相（TN）顯示最常見的如用于電子表和計(jì)算器上的顯示方式就是扭曲向列相（TN）顯示，這種顯示器件由兩片基板玻璃中間注入向列相液晶材料構(gòu)成，通過特殊的表面處理使分子在頂層與X方向平行，而在底層與X方向垂直，這種結(jié)構(gòu)使液晶層形成了一個(gè)90°扭曲，從而得名，圖1即為扭曲結(jié)構(gòu)。盒時(shí)，其偏振面順著液晶方向而扭曲。例如，偏這種結(jié)構(gòu)類似于膽甾相結(jié)構(gòu)，所以有時(shí)加入一點(diǎn)螺旋添加劑以保證扭曲方向一致。TN顯示的最基本原理是一個(gè)偏振光原理，當(dāng)光入射TN振光平行于樣品頂層方向，當(dāng)穿過液晶盒時(shí)，其偏振方向會隨著分子旋轉(zhuǎn)，從底面出射時(shí)

9、，其偏振面旋轉(zhuǎn)了90°。右圖為一個(gè)TN盒的示意圖，黑線代表分別貼在顯示器上、下表面呈交叉狀態(tài)的偏振片。當(dāng)光射入液晶盒，其偏振面隨分子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)光達(dá)到液晶盒底部，偏振矢量面已旋轉(zhuǎn)了90°,接著穿過第二層偏光片。對于一個(gè)反射TN型液晶顯示器，相當(dāng)于在底部裝有一面鏡子，它將透射光反射回來。右圖為光進(jìn)入液晶盒后隨著扭曲的路線。從液晶盒中出來的光呈現(xiàn)銀灰色。當(dāng)液晶盒受到一個(gè)強(qiáng)度足夠大的電場的作用時(shí)，晶分子將經(jīng)歷一個(gè)弗利德茲轉(zhuǎn)換。右圖為一個(gè)發(fā)生轉(zhuǎn)變的扭曲向列相液晶盒。必須注意的是在這種狀態(tài)下，扭曲受到破壞，液晶層的分子取向與電場平行。當(dāng)偏振光射入這種液晶盒時(shí)，偏振面不隨分子旋轉(zhuǎn)，因而無法

10、透過第二層偏光片。這樣在亮態(tài)的背景下施力口電場的區(qū)域呈現(xiàn)為暗態(tài)。電光效應(yīng)：依靠電場強(qiáng)度的作用扭曲向列相實(shí)現(xiàn)了亮態(tài)和暗態(tài)之間變化。這種顯示類型最主要的一個(gè)特點(diǎn)就是分子對外加壓的響應(yīng)，右邊的曲線圖（電光曲線）是一個(gè)曲型的向列相液晶盒在電壓作用下的響應(yīng)曲線，即分子與玻璃面傾斜度隨夕卜加電壓變化的關(guān)系。對于TN型顯示、電致扭曲形變決定了液晶盒對光的透過率。右圖顯示了透過率與電場作用關(guān)系圖?？紤]到偏光片的作用使反射型TN顯示屏的最大透過率只有50%。垂直線代表液晶盒的開或關(guān)狀態(tài)時(shí)的電壓。一返冋一363VQVQ-test-t,est,2VoltageSTN型超扭曲向列型顯示具有很多行和列的顯示，其開、關(guān)狀

11、態(tài)時(shí)的電壓差別很小，由于這個(gè)原因，TN顯示器不適合多路尋址大信息量顯示的要求。這個(gè)問題在1980年中期，由于超扭曲向列型（STN）顯示器的出現(xiàn)而得到解決。在這種顯示器中，相對于TN液晶盒90°角，它的液晶分子旋轉(zhuǎn)了270°左右。扭曲角的作用可從右圖電光效應(yīng)曲線中可以看出。隨著扭曲角的增大，分子傾角隨外加電壓的變化很陡峭。從右圖的響應(yīng)參數(shù)可以看出其開態(tài)和關(guān)態(tài)的電壓非常接近。雖然一般都希望得到一條陡峭的電光曲線，但也要考慮到中間灰度的問題，考慮到這個(gè)原因，很多供應(yīng)商所用的STN顯示器采用了210。扭曲角，這樣在允許快速尋址的同時(shí)又能滿足灰度顯示的要求。早期的210°扭

12、曲顯示模式通過器件的光譜變化也無法得到理想的顏色：在點(diǎn)亮狀態(tài)，象素顯示傾向于黃顏色，而在關(guān)閉狀態(tài)為藍(lán)紫色。因此，STN除了不受消費(fèi)者的普遍歡迎外，通過濾色片實(shí)現(xiàn)全色顯示的STN也只能得到黑、白兩種顏色。這個(gè)問題通過增加一個(gè)扭曲角正好相反的液晶盒而得到解決，這種器件就是雙層超扭曲向列型顯示器（D-STN）。這種器件在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，第一層的相位變化可以在第二層得到補(bǔ)償，像素顯示為黑色；在點(diǎn)亮狀態(tài)，第一層的相位變化，不能被第二層STN盒補(bǔ)償，成近白光射出。由于兩層液晶盒由相同的材料所組成，在整個(gè)溫度范圍其補(bǔ)償作用是相同的。-返回-LCD制作過程LCD的驅(qū)動方式對于TN及STN-LCD一般采用靜態(tài)驅(qū)動或

13、多路驅(qū)動方式。這兩種方式相比較各有優(yōu)缺點(diǎn)。靜態(tài)驅(qū)動響應(yīng)速度快、耗電少、驅(qū)動電壓低，但驅(qū)動電極度數(shù)必須與顯示筆段數(shù)相同，因而用途不如多路驅(qū)動廣。£1靜態(tài)驅(qū)動基本思想在相對應(yīng)的一對電極間連續(xù)外加電場或不外加電場。如圖1所示：其驅(qū)動電路原理如圖2：導(dǎo)通-斷開信號公用渡形O圖1.LCD靜態(tài)驅(qū)動示意圖筆段波形筆段電極公用電極圖2.驅(qū)動電路原理圖驅(qū)動波形IV一廠Y1Y5YnXi=X5導(dǎo)通斷開信號根據(jù)此電信號，筆段波形不是與公用波共用減形形同相就是反相。同相時(shí)液晶上無電場，LCD處于非選通狀態(tài)。反相時(shí)，液晶上施加了一筆段派型矩形波。當(dāng)矩形波的電壓比液晶閾值高很多時(shí)，LCD處于選通狀態(tài)。液晶施加電壓

14、圖3靜態(tài)波形£2.多路驅(qū)動基本思想電極沿X、Y方向排列成矩陣（如圖4）,按順序給X電極施加選通波形，給Y電極施加與X電極同步的選通或非選通波形，如此周而復(fù)始。通過此操作，X、Y電極交點(diǎn)的相素可以是獨(dú)立的選態(tài)或非選態(tài)。驅(qū)動X電極從第一行到最后一行所需時(shí)間為幀周期Tf（頻率為幀頻），驅(qū)動每一行所用時(shí)間Tr與幀周期的比值為占空比：圖4.電極陣列Duty=Tr/Tf=l/N。電壓平均化從多路驅(qū)動的基本思想可以看出，不僅選通相素上施加有電壓，非選通相素上也施加了電壓。非選通時(shí)波形電壓與選通時(shí)波形電壓之比為偏壓比Bias=l/a。為了使選通相素之間及非選通相素之間顯示狀態(tài)一致，必須要求選點(diǎn)電壓V

15、on致，非選點(diǎn)電壓Voff致。為了使相素在選通電壓作用下被選通；而在非選通電壓作用下不選通，必須要求LCD的光電性能有閾值特性，且越陡越好。但由于材料和模式的限制，LCD電光曲線陡度總是有限的。因而反過來要求V、V拉得越開越好，即V/V越大越好。經(jīng)理論計(jì)算，當(dāng)onoffonoffDuty、Bias滿足以下關(guān)系時(shí)，V/V取極大值。滿足下式的a,即為驅(qū)動路數(shù)為N的最onoff佳偏壓值。a=VW十1六級電平驅(qū)動在半導(dǎo)體集成電路中，實(shí)現(xiàn)最佳偏壓般采用如圖5所示的六級電平方式。圖5.六級電平圖6.六級電平的電路原理圖實(shí)現(xiàn)六級電平的電路一般采用如圖6的Bias電路。六級電平驅(qū)動時(shí)，給于COM電極和SEG電

16、極的電平如下表：正極性幀（+）負(fù)極性幀（-）掃描電極COM選通VIV6非選通V5V2信號電極SEG選通V6V1非選通V4V3上敘6級電平，當(dāng)a<5時(shí)，會發(fā)生簡并。女口： a=4時(shí)，V3=V4 a=3時(shí)，V2=V4,V3=V5 a=2時(shí)，V1=V4，V2=V5，V3=V6簡并后，上表中的電平分配關(guān)系依然成立。LCD的基本性能電光性能：LCD光學(xué)透過率隨電壓變化的曲線，如圖1。圖2.LCD加電壓后，透過率隨時(shí)間的孌化響應(yīng)速度：LCD加電壓后，透過率變化的快慢程度，如圖2。對比度：LCD在選態(tài)透過率與非選態(tài)透過率的比值。如圖3。90 視角圖：LCD在不同視角下觀察所獲得的等對比度曲線圖。如圖4

17、。 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、透過光譜等會隨溫度漂移。 頻率響應(yīng)：LCD只能工作在一個(gè)適當(dāng)?shù)念l率范圍，太低會引起顯示閃動太高則液晶分子跟不上電場變化。LCD功耗：指單位顯示面積的電流密度。 壽命： 工業(yè)品保證100000小時(shí)。 民用品保證50000小時(shí)。 其他性能：防紫外、防眩目、防劃傷等。LCD的基本參數(shù)LCD顯示類型TN型：STN型:TN型正性克底暗字顯示示意開888金性捅底局字）顯乎不意圖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反射型透射型主菴酣刑溫度特性類型TNSTNIIIIIIIVIII工作

18、溫度（C）050-1060-20-70-30-80050-2070儲存溫度（°C）-2060-2070-3080-4090-2060-3080LCM的基本參數(shù)LCD模塊電源:單電源供電雙電源供電【說明】Vdd-Vq：LCD5E動電壓注意敕電濾時(shí).Vdd-VeeLCD的電源電壓；單電濾時(shí).Vdd-VssfLCD的電源電壓。:模塊邏輯電路的電源電壓Rv:10£<0ECt比度調(diào)節(jié)電阻:Vadj和札w都星CW）的別稱oLCD模塊與MPU之間的連接:ns呂coD0-D7EMs-wI111RRDRRws43E)0b)7A1A1A1ALADAD譯碼器鎖存器VmA54_-!-II11

19、A血AndLJcoeg也0R/wAD0-AD7譯碼器DCs-wIIRRD0-D751處理黑與LCD?？斓倪B接團(tuán)船叫處理盟與LCD?？斓倪B接團(tuán)常用LCM控制器的資料：HD61202UKS0066UKS0724V08字符型LCD模塊的接口定義序號符號電平引腳定義功能1Vss一接地0V2Vdd一電路電源電壓Vcc=Vdd=5V±10%3Vee一LCD驅(qū)動電壓對比度調(diào)節(jié)電壓4RSH/L寄存器選擇信號H：數(shù)據(jù)；L：指令5R/WH/L讀/寫信號H：讀；L：寫6E片使能信號下降沿觸發(fā)7DB0H/L數(shù)據(jù)位08DB1H/L數(shù)據(jù)位19DB2H/L數(shù)據(jù)位210DB3H/L數(shù)據(jù)位3數(shù)據(jù)總線11DB4H/L數(shù)

20、據(jù)位412DB5H/L數(shù)據(jù)位513DB6H/L數(shù)據(jù)位614DB7H/L數(shù)據(jù)位7字符型LCD模塊的指令表指令指令碼RSR/WD0D1D2D3D4D5D6D7說明執(zhí)行周期定制液晶顯示模塊除要求體積和厚度小，重量輕以外，移動通信和便攜式裝置還要求液晶顯示屏具有高質(zhì)量的性能。由于公司完全掌握了各種部件的高密度裝配技術(shù)，精工（SII）具有進(jìn)行全面計(jì)劃，設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)定制液晶顯示模塊的能力。LCD展亍屏/板醞度適應(yīng)范用廣無須蠱度補(bǔ)倦有必蔓和用線路酸隅盡度誦LCD液晶顯示）模塊技術(shù)高密度裝配技術(shù)應(yīng)用LCTI驅(qū)動器低電壓及假電流內(nèi)置電壓放丈蠱踐曙內(nèi)置號朋線晡微型芯片集成電躋外IB電路系練LED后打EL后燈議融

21、匪DC-DC變流罌COG（置于區(qū)璃上的芯片）TAB（瞳帶自動謹(jǐn)榷）COE*；置干銭腐板上館芯片）B移動電話PHS尋呼機(jī)阿供臧特點(diǎn):高密度安裝技術(shù)使生產(chǎn)體積和厚度薄及重量輕的產(chǎn)品成為可能;LCD液晶顯示板可與SIILCD驅(qū)動器或公司其它型號的驅(qū)動器一起使用，從而實(shí)現(xiàn)耗電量低的功效；總體支持包括後燈照明，連接接頭和框架。項(xiàng)目規(guī)格*645mm（1.7英寸）51mm（2.0英寸）對角線長度45mm（1.7英寸）51mm（2.0英寸）點(diǎn)陣120xRGBx143點(diǎn)120xRGBx160點(diǎn)點(diǎn)距0.080x0.240mm0.084x0.252mm顯示顏色256256反差比*413:114:1功耗1.5mW*2

22、，0.3mW*32.0mW*2，0.3mW*3外部尺寸*137.0x45.6mm39.6x53.6mm背景照明白色LED*5白色LED適用于手機(jī)的STN半透式彩色液晶顯示模塊技術(shù)規(guī)格*1：不包括凸起，如FPC等部位。*2：當(dāng)將全屏幕作為靜止圖像顯示時(shí)。不包括背景照明。*3：當(dāng)部分顯示模式為24線顯示時(shí)。*4：室溫（25°C）下。*5：可選。*6：規(guī)格如有變化，恕不另行通知。我們最新的系列產(chǎn)品-超級扭曲（STN）半透式彩色液晶顯示模塊，是面向持續(xù)飛速發(fā)展的移動電話市場的最新產(chǎn)品，是手機(jī)內(nèi)置彩色液晶顯示屏的最佳選擇，具有高圖像品質(zhì)、高密度、緊湊以及低功耗等特色該系列產(chǎn)品適用于大屏幕型號的

23、非翻蓋式手機(jī)的45mm（1.7英寸）型號和翻蓋式手機(jī)的51mm（2.0英寸）型號。尺寸為45mm的顯示模塊目前已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，而尺寸為51mm的顯示模塊預(yù)計(jì)將于2001年春季進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。51mm（2.0英寸）STN半透式彩色液晶顯示模塊。功能特征 高密度、大屏幕，適合瀏覽電子郵件和互聯(lián)網(wǎng) 高圖像品質(zhì)利用帶有面板所提供的反射鏡以及MLS（多行掃描）驅(qū)動的SPD技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高對比和彩色重現(xiàn)效果 緊湊內(nèi)置VRAM、升壓器和電源電路 超級低功耗亮區(qū)無需背景照明MLS驅(qū)動部分顯示功能在待機(jī)時(shí)可減少功耗可清除彩色顯示，包括帶有背景照明的暗區(qū)在內(nèi)應(yīng)用范圍能夠?yàn)g覽電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)（Web電話）全新A

24、-GRADE相關(guān)需求請：聯(lián)系我們品牌型號技術(shù)指標(biāo)尺寸像素點(diǎn)陣接口方式可視角度對比度亮度備注日本SHARP專業(yè)生產(chǎn)咼品質(zhì)的液晶顯示屏SHARPLQ104V1DG1110.4"640*RGB*480TTL70/70/55/55300:1350TFTLQ121S1DG1110.4"640*RGB*480TTL70/70/55/55300:1250LQ150X1DG1115"1024*RGB*768TTL70/70/60/60300:1220LQ150X1DG5115"1024*RGB*768TTL70/70/60/60300:1200韓國LGPHILIPS專業(yè)生產(chǎn)咼品質(zhì)的液晶顯示屏，主要提供給PHILIPS使用LGPHILIPSLB121S1-A212.1"800*RGB*600TTL60/60/40/45200:1300TFTLM151X0515.1"1024*RGB*768TTL75/75/55/60300:1250吉林彩晶中國大陸TFT-LCD液晶唯一生產(chǎn)廠家，主要產(chǎn)品為10.4”，類同日本東芝吉林彩晶C