偏振光應(yīng)用-液晶顯示器

偏振光的應(yīng)用——液晶顯示器液晶的雙折射效應(yīng)顯示器基本結(jié)構(gòu)顯示原理偏振光應(yīng)用——液晶顯示器什么是液晶？液晶（LiquidCrystal):在一定溫度范圍內(nèi)，既具有固態(tài)晶體特有的雙折射性，又具有液體特有的流動(dòng)性。液晶分子的形態(tài)：一般都是剛性的棒狀分子，呈現(xiàn)各向異性，即在長軸和短軸兩個(gè)方向上具有不同的物理性質(zhì)：折射率、磁化率、電導(dǎo)率、介電常數(shù)、粘滯系數(shù)等。大小為納米、亞納米尺度。10nm1nm液晶分子形狀oo近晶相液晶分子化學(xué)結(jié)構(gòu)偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶分類分子重心混亂無序,所有長軸(指向矢)一致向列相(Nematic)偏振光應(yīng)用——液晶顯示器近晶相(Smectic)分子有層結(jié)構(gòu)，在一個(gè)層面內(nèi)分子重心無序,長軸取向(指向矢)基本一致,垂直于分子層面.偏振光應(yīng)用——液晶顯示器分子重心在一個(gè)二維平面內(nèi)無序排列，其長軸取向(指向矢)基本一致；層與層之間指向矢旋轉(zhuǎn)成螺旋結(jié)構(gòu)。膽甾相(Cholestevic)偏振光應(yīng)用——液晶顯示器（1）有序參量——指向矢液晶呈圓柱狀，分子的整體方向稱為主軸。指向矢n：表示液晶分子長軸平均趨向的單位矢量。分子的熱運(yùn)動(dòng)使得棒狀分子不完全平行與指向矢，用分子長軸與指向矢夾角

的統(tǒng)計(jì)量表示分子趨向的一致程度，選擇二階勒讓德多項(xiàng)式P2為有序參量S:<‥>代表對(duì)所有分子取平均，S=1表示分子全平行，S=0表示分子完全無序。液晶有序參量：0.3-0.8xzy

na偏振光應(yīng)用——液晶顯示器（2）液晶的連續(xù)體理論微觀用分子統(tǒng)計(jì)理論解釋液晶的光學(xué)性質(zhì)和相變；宏觀連續(xù)體理論（彈性連續(xù)體和電流體動(dòng)力學(xué)理論）：描述液晶分子在電場、磁場作用下指向矢流動(dòng)情況（力與變形關(guān)系問題）。忽略液晶單個(gè)分子行為，看成一個(gè)連續(xù)介質(zhì)，在外力作用下發(fā)生彈性變形。沒有外場作用時(shí)，液晶處于平衡狀態(tài)，其自由能最小；在外場作用下，由于變形而使自由能增加。與三種變形相關(guān)的彈性系數(shù)分別為：k11（展曲）,k22（扭曲）,k33（彎曲）;偏振光應(yīng)用——液晶顯示器（3）液晶的各向異性（相對(duì)于主軸）介電各向異性

，

//

，=

//-

；介電常數(shù)反映在電場作用下介質(zhì)極化程度。折射率各向異性n//，

n

，n=n//-n

彈性系數(shù)各向異性：k11,k22,

k33

;

一般k33k22k11偏振光應(yīng)用——液晶顯示器據(jù)電磁場理論：設(shè)晶體有三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)軸，則有：對(duì)各向同性晶體：介電常數(shù)與折射率的關(guān)系：

在任何方向上電位移矢量D和電場矢量E方向一致,對(duì)單軸晶體:

偏振光應(yīng)用——液晶顯示器折射率橢球用幾何圖形表示晶體折射率；設(shè)x、y、z與介電主軸平行，相應(yīng)的主折射率為折射率橢球方程為：以Z軸為光軸的單軸晶體折射率橢球方程為：當(dāng)光波波法線與z軸平行時(shí)，橢球的x-y平面是半徑為n0的圓，其光波振動(dòng)方向（電矢量）在與Z軸垂直的任意方向上有相同的折射率，不產(chǎn)生雙折射。xyznonz偏振光應(yīng)用——液晶顯示器若光波傳輸方向與光軸不平行，即波法線k與光軸有傾角，電矢量所在平面與橢球的截面是橢圓，橢圓的長、短軸分別是沿k傳播的兩個(gè)平面線偏振光的折射率n0和ne。當(dāng)傾角為90

時(shí)ne為最大。xyznonznek偏振光應(yīng)用——液晶顯示器向列相和近晶相液晶的雙折射特性液晶是單軸晶體，向列和近晶相液晶分子指向矢與光軸方向一致；波法線為k的平面偏振波的電矢量可分解為與光軸平行和垂直的兩個(gè)分量，其對(duì)應(yīng)的折射率為ne和n0；并用n//和n

表示：折射率各向異性：n//>n

如5CB液晶（=515nm），ne=1.7063n0=1.5309n=0.1754

方解石（=589.3nm）：

ne=1.4864n0=1.6584n=-0.172znonek向列相和近晶相液晶是光學(xué)正晶體偏振光應(yīng)用——液晶顯示器光在向列相液晶中的傳輸（1）使光波的傳輸方向偏向長軸（指向矢）方向

設(shè)入射光偏振面與液晶分子指向矢在同一個(gè)面內(nèi)，入射光可分解成與液晶分子長軸平行和垂直的兩個(gè)分量。其速度分別是：對(duì)于確定的分子傾角，因所以平行速度分量的增量大于垂直速度分量的增量，合成方向與分子長軸的夾角變小，經(jīng)過多個(gè)液晶層後，光波的傳輸方向偏向長軸方向。

邊界V//v

偏轉(zhuǎn)方向入射方向偏振光應(yīng)用——液晶顯示器光在向列相液晶中的傳輸（2）改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)設(shè)液晶層內(nèi)指向矢方向不變，且在x方向，入射光偏振方向與x軸夾角為

；在液晶層表面，當(dāng)

=0,/2時(shí)，入射光兩個(gè)偏振分量中總有一個(gè)為零，即Ey=0或Ex=0，否則兩個(gè)偏振分量為：指向矢方向不變偏振光應(yīng)用——液晶顯示器設(shè)液晶層厚度為z，經(jīng)過液晶層后的兩個(gè)分量各自產(chǎn)生的相位延遲取決于各自的折射率：當(dāng)

=/4時(shí)，其合成振動(dòng)為：相位差偏振光應(yīng)用——液晶顯示器隨著光線沿z軸方向前進(jìn)，相位差

從零逐漸變大：=0，/4，/2，3/4，，5/4，3/2，7/4，2；光的偏振狀態(tài)按照直線、橢圓、圓、橢圓、直線的順序變化，在

=時(shí)，線偏振改變90?？筛淖兿辔徊?/p>

的因素有：折射率差（n//-n

）和傳播距離z。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器光在向列相液晶中的傳輸（3）使偏振面旋轉(zhuǎn)（指向矢扭曲）設(shè)液晶分子指向矢扭曲扭距為P，液晶層厚度正好是1/4P，指向矢扭曲90。在入射面上入射光偏振面與指向矢一致時(shí)，光波偏振面隨指向矢旋轉(zhuǎn)，出射光偏振面仍保持與指向矢一致；入射光偏振面與指向矢垂直時(shí)，則出射光偏振面保持與指向矢垂直；入射光偏振面與指向矢成角時(shí)，則出射光以橢圓、園、直線等形式射出。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶的旋光作用旋光現(xiàn)象：線偏光通過光軸與表面垂直的晶體時(shí)，光矢量方向隨傳播距離增大而逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)。產(chǎn)生機(jī)理：沿光軸旋轉(zhuǎn)的線偏光是由兩個(gè)頻率相等，傳播速度不同的左、右旋園偏光組成。在旋光介質(zhì)中兩個(gè)園偏光的傳播速度不同，由此產(chǎn)生的的相位差為：相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度為：石英旋光系數(shù)為+21.75弧分/mm，膽甾相液晶旋光系數(shù)高達(dá)1800弧分/mm（：旋光系數(shù)，d:厚度）偏振光應(yīng)用——液晶顯示器二色性選擇反射（散射）：當(dāng)入射園偏光旋轉(zhuǎn)方向與液晶旋光方向一致，則入射光被反射（散射）；若旋光方向相反，則入射光將透過液晶層。膽甾相液晶的螺距P接近入射光波長，因二色性選擇光反射，反射光波長為：反射光頻帶寬：螺距變化反射光波長變化顏色變化用作反射式顯示器，改變螺距因素：溫度，材料，外電場液晶旋光作用的應(yīng)用偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶對(duì)光波的影響微觀：使入射光的傳播方向偏向指向矢（長軸）方向；宏觀：改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)（o光和e光之間產(chǎn)生相位差）；使入射光的偏振面旋轉(zhuǎn)；對(duì)入射的左旋或右旋光有選擇地反射或透射。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶顯示器基本結(jié)構(gòu)和工作原理彩色濾光片玻璃

偏光板(polarizer)電極

定向膜(polymer)

隔離子(spacer)

液晶(LiquidCrystal)偏振光應(yīng)用——液晶顯示器1.液晶分子沿面排列——界面錨定確定液晶分子特定的初始排列，錨定方法有：直接取向處理法：取向劑直接作用于基片表面間接取向處理法：取向劑先溶解于液晶中，待液晶灌注進(jìn)液晶盒后，取向劑析出吸附于基片表面?；砻孀冃翁幚矸ㄆ窆鈶?yīng)用——液晶顯示器初始狀態(tài)：上下基板錨定方向互相垂直，在基板界面附近的液晶分子指向矢與錨定方向一致，液晶層中間部分的分子指向矢同時(shí)受兩側(cè)基板錨定力的作用，在水平面內(nèi)扭曲轉(zhuǎn)動(dòng)。加電壓后，液晶指向矢在水平面內(nèi)扭曲的同時(shí)，垂直方向也轉(zhuǎn)動(dòng)，液晶層中間部分呈與電場方向一致的垂直狀態(tài)。扭曲角：液晶指向矢在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度。傾角：液晶指向矢在垂直方向旋轉(zhuǎn)的角度。2.TN（TwistedNematic

）-LCD工作原理偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TN-LCD工作原理偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TN-LCD工作原理上下基板表面的偏振片偏振方向互相垂直，入射自然光經(jīng)過上偏振片后成為線偏振光；上下基板錨定方向也互相垂直，與偏振片偏振方向一致，初始狀態(tài)的液晶分子指向矢從上基板到下基板扭曲90°；在不加外電壓時(shí)，進(jìn)入液晶盒的偏振光偏振面隨液晶分子指向矢旋轉(zhuǎn)90°（旋光作用），與下基板表面偏振片方向一致，能透過下基板表面偏振片；在外電場的作用下，液晶盒內(nèi)的液晶分子指向矢產(chǎn)生垂直偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入液晶盒的偏振光偏振面不再隨液晶分子指向矢旋轉(zhuǎn)，與下基板表面偏振片方向成90°，不能透過下基板表面偏振片。外電場的開關(guān)可以控制光的通斷。關(guān)鍵點(diǎn)：分子狀態(tài)；液晶的旋光作用；偏振片；偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶驅(qū)動(dòng)器基本要求和技術(shù)基本要求在每個(gè)像素前后電極之間施加一個(gè)大于閾值的交變電場。（直流電場會(huì)使液晶材料產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，并使電極老化。）技術(shù)提供合適的驅(qū)動(dòng)電壓——波形、相位、頻率、占空比、有效值。將像素組合成數(shù)字、字符、圖形、圖像偏振光應(yīng)用——液晶顯示器靜態(tài)驅(qū)動(dòng)ABPSEG000不顯示011不顯示101顯示110顯示結(jié)果：由異或門控制液晶盒兩側(cè)電壓，實(shí)現(xiàn)A=0時(shí)不顯示、A=1時(shí)顯示的效果。缺點(diǎn)：每個(gè)筆段像素要配一個(gè)異或門驅(qū)動(dòng)端。外引線過多。解決：點(diǎn)陣形式、動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)偏振光應(yīng)用——液晶顯示器矩陣結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)（時(shí)間分割、多路驅(qū)動(dòng)法）概念：行電極——掃描電極（逐行掃描）列電極——尋址電極顯示過程：行電極按時(shí)間順序逐行加掃描電壓，在行電極被選通同時(shí)，列電極同步輸入選通和非選通電壓（數(shù)據(jù)），在行列交叉點(diǎn)上合成驅(qū)動(dòng)電壓。一幀：所有行電極加上一次掃描電壓的時(shí)間。幀頻：單位時(shí)間內(nèi)掃描的幀數(shù)（70幀/秒）。占空比：掃描一行時(shí)間與幀周期之比。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器逐行掃描過程條件：施加交變電壓；電壓有效值決定液晶分子的排列；掃描過程：當(dāng)某一行被選通時(shí)，列電極負(fù)電平為像素被選通（ON）狀態(tài)，正電平為非選通（OFF）狀態(tài)。問題：交叉效應(yīng)

偏振光應(yīng)用——液晶顯示器簡單驅(qū)動(dòng)存在問題隨掃描行數(shù)的增加，每行驅(qū)動(dòng)時(shí)間減少，像素亮度降低，為此需要增大驅(qū)動(dòng)電壓；增大驅(qū)動(dòng)電壓導(dǎo)致電極間的交叉效應(yīng)更嚴(yán)重，對(duì)比度降低。解決途徑——有源驅(qū)動(dòng)目的在其他行掃描期間仍保持驅(qū)動(dòng)電壓；消除電極間的交叉效應(yīng)。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT-LCDs電路原理圖柵極在行掃描位置，源極在列掃描位置。行掃描電路列信號(hào)電路1H1HCLCCsCsCsCsCsCsCsCsCsCLCCLCCLCCLCCLCCLCCLCCLC漏極柵極源極一個(gè)像素單元偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT的開關(guān)作用TFT的柵極未選通時(shí)，TFT處于截止態(tài)，源極與漏極之間相當(dāng)于開路，外電壓不會(huì)施加到液晶像素上。TFT的柵極被選通，并且源極被同步選通時(shí)，源、漏極之間導(dǎo)通，數(shù)據(jù)信號(hào)被寫入液晶像素電容CLC和補(bǔ)償電容Cs。電容使充好電的電壓保持到下一次畫面的更新。每個(gè)像素都相對(duì)獨(dú)立，并可以連續(xù)控制，不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示色階。克服交叉效應(yīng)的影響。

偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT的結(jié)構(gòu)通過柵極電壓控制源、漏電極之間的電流（溝道電流）；溝道電流取決于多數(shù)載流子密度與遷移率；實(shí)用化的有非晶硅TFT(a-SiTFT)

多晶硅TFT(p-SiTFT)柵極源極漏極半導(dǎo)體層偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT-LCD像素單元及開口率開口率：有效區(qū)域的比例。各種部件的透過率為：偏光板50%，玻璃95%，液晶95%，彩色濾光片27%，若面板開口率為50%，則到達(dá)人眼的光只有背光板發(fā)出光的3%左右。

偏振光應(yīng)用——液晶顯示器（柵極）（源極）偏振光應(yīng)用——液晶顯示器非晶硅（a-Si）TFT制造工藝采用光刻、等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積PECVD工藝；將源、漏電極直接制作在a-Si上不能保證完好的歐姆接觸，為此加n+a-Si層；偏振光應(yīng)用——液晶顯示器（源極）（柵極）偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT-LCD結(jié)構(gòu)偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT-LCDsPanelStructureClcTFTSubstrateColorFilterSubstrateRGBClcClcRBG偏振光應(yīng)用——液晶顯示器灰度控制★空間灰度調(diào)制（面積灰度調(diào)制）像素劃分成子像素，控制子像素的選通形成灰度級(jí)別。優(yōu)點(diǎn)：不需特殊驅(qū)動(dòng)、控制。缺點(diǎn)：需提高微細(xì)加工或降低分辨率。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器★時(shí)間灰度調(diào)制（一定時(shí)間內(nèi)控制像素選通時(shí)間）⑴幀灰度調(diào)制：如以4幀為單位，同一顯示像素在有的幀內(nèi)被選通，在其余幀內(nèi)不被選通，只要保證足夠的幀頻，就有灰度變化。缺點(diǎn)：因幀頻低而閃爍。（提高幀頻受液晶響應(yīng)速度制約）。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器⑵脈沖灰度調(diào)制：在掃描過程中，在數(shù)據(jù)脈沖上疊加灰度調(diào)制脈沖f,f的寬度劃分為多個(gè)級(jí)別代表不同的灰度。缺點(diǎn)：液晶不能響應(yīng)過窄的F值。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器彩色顯示使用最廣、技術(shù)最成熟的是“微彩色膜方式”。就是將點(diǎn)陣像素分割成三個(gè)子像素，并在對(duì)應(yīng)位置的器件表面設(shè)置上RGB三個(gè)微型濾色膜?？刂芌GB三個(gè)濾色膜透過光的通斷。若僅控制RGB的通斷，則只能組合8種顏色；若控制每個(gè)子像素的灰度級(jí)別，便可混合出上萬種顏色。顏色數(shù)量與灰度的關(guān)系：如每個(gè)RGB子像素有4種灰度變化（用2位二進(jìn)制數(shù)表示），則可有4

4

4=64種顏色（偽彩色）。如每個(gè)RGB子像素有64種灰度變化（用6位二進(jìn)制數(shù)表示），則可有64

64

64=262,144種顏色（真彩色）。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶顯示器模塊

(LCM-LiquidCrystalModul)包括：液晶屏，驅(qū)動(dòng)控制電路，電路板連接件。主要工藝：液晶屏與驅(qū)動(dòng)電路連接（Bonding)，大規(guī)模集成電路IC封裝。偏振光應(yīng)用——液晶顯示器液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)與控制液晶器件：指灌有液晶的液晶盒（兩片玻璃或塑料和電極引腳）液晶顯示模塊：除液晶器件外，還包括驅(qū)動(dòng)器，（控制器），線路板，連接件，結(jié)構(gòu)件，附屬件。點(diǎn)陣式液晶顯示器外圍電路：接口電路控制器行驅(qū)動(dòng)器列驅(qū)動(dòng)器LCD電源偏振光應(yīng)用——液晶顯示器TFT-LCDModuleTTLLVDSPanelLinkSingalControllerDC/DCDirverICinvertorTFT-LCDBLX-PCBYPCBGammaGen.Component偏振光應(yīng)用——液晶顯示器偏振光應(yīng)用——液晶顯示器連接（Bonding)方式導(dǎo)電橡膠（斑馬橡膠條）各向異性導(dǎo)電膠條（ACF）柔性連接帶（FPC）偏振光應(yīng)用——液晶顯示器1.導(dǎo)電橡膠（斑馬橡膠條）偏振光應(yīng)用——液晶顯示器2.各向異性導(dǎo)電膜ACFACF:AnisotropicConductiveFilm同時(shí)具有導(dǎo)電、絕緣、粘結(jié)三個(gè)功能的高分子膜。經(jīng)熱壓后，在膜厚方向具有導(dǎo)電性、在膜面方向具有絕緣性，能同時(shí)使對(duì)置電極部分的永久粘接、電極之間的導(dǎo)電、電極圖形之間的絕緣。主要組成:黏著劑導(dǎo)電粒子偏振光應(yīng)用——液晶顯示器偏振光應(yīng)用——液晶顯示器ConductiveParticle直徑約3微米偏振光應(yīng)用——液晶顯示器Au/NiCoatedPlasticParticleAu/NiPlasticParticleConductiveParticleinInterconnectionAreabetweenLCDandTCPSEMImage偏振光應(yīng)用——液晶顯示器ACF

綁定工藝ConductingparticleAdhesivefilm2.剝離保護(hù)層Circuit3.需連接的電路定位4.最終綁定HeatandPressureHeatinghead(Ex.170℃,20kgf/cm2,

20s)HeatandPressureACF1.預(yù)綁