3液晶显示技术.pptx

1第第3章章 液晶显示技术及设备液晶显示技术及设备3.1液晶概述液晶概述 3.2 液晶显示器件液晶显示器件3.3 液晶显示器的技术参数、特点及发展史液晶显示器的技术参数、特点及发展史233.1液晶概述液晶概述液晶（Liquid Crystal Display，LCD）是介于液体和晶体(固态)之间的中间态物质。具有规则性分子排列的有机化合物，是液态晶体的总称把既有液体的流动性特性，又有类似晶体结构的有序性即晶体光学各项异性的晶体命名为流体晶体“液晶”。物理性质：在一定温度范围内有液体的流动性、粘度、形变等力学性质，又有晶体的热、光、电、磁等。几乎都是有机物，分子结构呈棒状或近似棒状的细长形状。如20-47室温下，液晶MBBA(甲氧基亚苄基4-n丁基苯胺)分子长度约为数nm，宽仅有0.1nm左右。4液晶所具有的这种柔软的分子排列正是其用于显示器件、光电器件、传感器件的基础。在用于液晶显示的情下，液晶这种特定的初始分子排列，在电压及热的作用下发生有别于其它分子排列的变化。伴随这种排列的变化，液晶的双折射性、旋旋光性、二色性、光散射性、旋光分散等各种光学性质的变化可转变为视觉变化，实现图像和数字的显示。液晶显示是利用液晶的光变化进行显示，属于非主动发光型显示。5早期：1888年奥地利的植物学家莱尼茨尔（FReinitzer）)发现了胆甾醇的苯甲酸酯和醋酸酯的液晶性。在160土15下呈乳白粘稠状液体，并有美丽的珍珠光泽。1889年德国物理学家莱曼(OLehmann)在偏光显微镜下，观察到乳白液体的双折射现象，认为是一种具有流动性的晶体。定义为“液晶”。1963年美国无线电（RCA)的威廉斯(Rwilliams)发现在向列型液晶层上施加电压会使其变混浊。后制成了液晶平板显示器件。1968年由Heilmeier等人发表的动态散射型(DS)和宾主型(GH型)LCD，1969，RCA公布并出售液晶发明专利1970年初，发明扭曲相列液晶（TN-LCD）电场型，无电化学蜕变，寿命长工作电压低、功耗小广泛用于中小尺寸显示屏，如手表、计算器等问题：行数增加时，对比度变坏，视角变窄61984年，发明超扭曲相列液晶（STN-LCD）电光特性曲线陡，显示行数高（512行）用于中档液晶产品，如手机屏幕、小型电视机、笔记本电脑等1990年代，有源矩阵液晶（AM-LCD）开始大规模应用1970年代首先出现，受限于成品率和制作成本用于大容量信息显示，如高分辨率显示器、大屏幕电视等1999年4代线LCD用玻璃基板的尺寸680 mm880mm发展到2006年8代线的2 200 mm2 400 mm。厚度为2.88mm的12英寸TFT液晶面板,对比度为2000:1,响应时间为8 ms,像素为1280800,背光采用LED,向OLED挑战;并准备建10代生产线,目标是40英寸。日本夏普公司LCD技术处于领先，开发的40962160像素的64英寸LCD对比度为2000:1，确立了LCD超高分辨率的制高点;采用改进MVA技术，已经实现视角改善，光利用率大幅提高。为改善运动图像边缘模糊问题，提高液晶响应速度和扫描频率，引入了背光扫描等措施，并据显示图像控制CCFL、LED背光源和曲线实现了显示屏的高对比度。7三星显示将第五代LCD生产线出售给中国企业，未来几年LCD重心慢慢向中国转移。2016年7月，福州京东方第8.5代新型半导体显示器件生产线主体结构全面封顶；惠科金渝光电第8.5代液晶显示器件项目封顶。华星光电11代新型液晶显示面板生产线也基本上定于2016年底开工建设，加上自2015年底以来投建的合肥京东方10.5代面板线，以及中国电子分别在咸阳、成都投建的8.6代线，已有5条8.5代及以上高世代TFTLCD面板线在中国大陆投建。近一年来，在中国大陆和台湾地区企业的猛烈攻势下，全球大型LCD面板市场上韩国LG DISPLAY、三星DISPLAY“两强独大”局面瓦解。2016年1月三星DISPLAY大型LCD面板出货量702万片，市场占有率仅有14.1，排名下滑到第五位。LG DISPLAY以22.7的占有率位居第一，群创光电（中国台湾地区）（16.6）、京东方（中国大陆）（16.4）、友达光电（中国台湾地区）（14.1）分列第2至4位。82014 年至年至 2016 年，全球液晶显示面板市场份额变化年，全球液晶显示面板市场份额变化9液晶种类液晶种类液晶分子形状为棒状按液晶的形成方式分：溶致液晶：是溶解于水或有机溶剂，具有和液体一样可以流动，又类似于晶体各向异性性质的有机物质。此类液晶在生物体中具有特殊意义，其组成和性质正受到重视。热致液晶：当液晶物质加热时，在某温度范围内呈现出各向异性的熔体；此类液晶与显示器件关系密切，所用的大多是热致液晶物质10热致液晶按分子排列方式分为（在偏光镜下观察到的光学图案）：向列相、近晶相、胆甾相三类的分子排列。共同点：具有细长棒状分子结构，沿着分子轴方向相互平行排列(取向有序)。向列相向列相 近晶相近晶相 胆甾相胆甾相11（1）向列相向列相亦称丝状相。它由长、径比很大的棒状分子组成。分子大致平行排列，质心位置杂乱无序，具有类似于普通液体的流动性。特点：向列液晶由于其液晶分子重心杂乱无序，并可在三维范围内移动，表现出液体的特征可流动性。所有分子的长轴大体指向一个方向，使向列液晶具有单轴晶体的光学特性（折射系数，沿着及垂直于这个有序排列的方向而不同），一般是单轴正性。在电学上又具有明显的介电各向异性12（2）胆甾型液晶(cholesteric)又称螺旋状 分子不一定是棒状的，排列具有近晶型液晶的层状结构同一薄层内，所有分子相互平行排列，有固定的取向。不同薄层中分子的取向不相同，相邻两层的分子取向相差15，各层之间的取向渐变可以连成一条空间扭转的螺旋线。这种特殊的螺旋结构使液晶具有了旋光性、选择性光散射和偏振光二色性等光学性质。13液晶整体呈螺旋结构。螺距的长度与可见光波长同数量级。由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，也可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起这个波长光的布拉格散射，呈某一种色彩。在向列相液晶中加入旋光材料，会形成胆甾相，在胆甾相液晶中加入消旋光向列相材料，能将胆甾相转变成向列相。一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改变颜色。胆甾相液晶在显示技术中很有用，扭曲向列（twisted nematic，TN）、超扭曲向列（Super Twisted Nematic，STN）、相变（phase change，PC）显示都是在向列相液晶中加入不同比例的胆甾相液晶而获得的。14（1）近晶型液晶(smectic)又称层状液晶-分子呈棒状，长轴方向基本一致，分层排列。每个分子都垂直于层面或与层面成一定角度排列，其分子层内结合力强、层间结合比较弱，容易相互滑动，具有二维流体性质。粘度与表面张力都较大，手摸有似肥皂的滑涩感，对外界的电、磁、温度变化都不敏感与普通液晶相比，具有高粘度的特性15近晶型A层内分子的位置没有规则，指向矢垂直于层面，近晶型C的指向矢稍有倾斜。近晶型B层内分子的位置也是有序的。163.1.2 液晶的物理性质液晶的物理性质曲率弹性：分子取向有恢复平等排列的能力电磁场中分子取向发生改变分子的轴向和垂直于分子长轴的方向有不同的物理性质：即介电常数：=-0 正型=-0 负型折射率n：nn磁化率：电导率：粘度系数：液晶长轴液晶长轴 液晶液晶短轴短轴 17双折射双折射：入射光在各向异性介质的界面折射时,产生两束折射光的现象称为双折射现象.其中一束折射光始终在入射面内,且遵守折射定律,称为寻常光,简称o光.另一束折射光一般不在入射面内,也不遵守折射定律,沿不同方向有不同的折射率,称为非常光,简称e光。18一般晶体中总有一个或二个方向，当光在晶体中沿此方向传播时，不发生双折射现象，把这个方向叫做晶体的光轴方向光轴方向。只有一个光轴的是单轴晶体单轴晶体，有两个光轴方向的称为双轴晶体。晶体光轴和光线所决定的平面称为晶体的主截面任何光都可分解光矢量振动方向垂直于晶体的主截面的方向，和平行于主截面的方向。前者遵从折射定律，称为o光，后者不遵从，称为e光o光和e光都是线偏振光，电光矢量的振动方向互相垂直。折射率的各向异性，单轴晶体有两个不同的主折射率no和ne通常：ne no，ve vo 即o光的传播速度大在光学上这种液晶称为正光性（正型），反之则为负光性（负型）19在向列型液晶和近晶型液晶中，光轴沿液晶分子长轴方向，通常n/n，所以n 为正值。因此，具有正光性。一般是单轴正性胆甾型液晶，因为与指向矢垂直的螺旋轴相当于光轴，光的波长与螺距相同数量级，胆甾型液晶具有负光性。一般是单轴负性20光学特性光学特性使入射光前进方向沿指向矢(分子长轴)的方向偏转改变入射光的偏振状态(线偏振、椭圆偏振、圆偏振)、或偏振光的振动方向。使入射的左旋、右旋偏振光产生相应的反射或透射。若对扭曲螺距h与入射光波长相近的胆甾型液晶：当与扭曲方向相反的入射偏振光(左旋光)入射时则产生光透射若右旋光入射时则被反射，并且是满足=nh范围内的光波被反射，呈现彩色花纹213.1.3 液晶的电气光学效应液晶的电气光学效应液晶材料在被施加电场(或电流)时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。液晶的电光效应在液晶显示器的设计中被广泛采用目前发现的电光效应种类很多，产生电光效应的机理也较为复杂，但就其本质来讲都是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变形的结果。22电控双折射效应电控双折射效应：对液晶施加电场，使液晶的排列方向发生变化，从而使液晶的光轴随外电场改变，光轴的倾斜随电场的变化而变化，因而两双折射光束间的相位差也随之变化，当入射光为复色光时，出射光的颜色也随之变化。因此液晶具有比晶体灵活多变的电旋光性质。是通过是通过外加外加电场电场来控制液晶盒来控制液晶盒的双折射率。的双折射率。作为多色、彩色液晶显示作为多色、彩色液晶显示方式非常重要方式非常重要动态散射动态散射：当在液晶两极加电压时，电压超过某阈值时，液晶不稳定性加强，折射率随时间变化，从而产生强烈的光散射，透明的液晶变得混浊不透明。断电后液晶又恢复了透明状态，这就是液晶的动态散射（dynamic scattering）。液晶材料的动态散射是制造显示器件的重要依据。液晶盒要有足够的厚度（6m）无存储作用：施加电压在阈值电压上下变换；有存储作用：在向列相液晶中加入胆甾相液晶（一般质量比为90:10），当施加100Hz电压时，在电压超过阈值产生动态散射后，即使除去电压也仍然保留原有的光散射现象。（存储状态）23偏振片偏振片透明电极透明电极偏振片偏振片旋旋光光效效应应：在液晶盒中充入向列型液晶，把两玻璃片绕在与它们互相垂直的轴相扭转90，向列型液晶的内部就发生了扭曲，这样就形成了一个具有扭曲排列的向列型液晶的液晶盒。在这样的液晶盒前、后放置起偏振片和检偏器，并使其偏振化方向平行，在不施加电场时，让一束白光射入，液晶盒会使入射光的偏振光轴顺从液晶分子的扭曲而旋转90单纯的TN-LCD本身只有明暗两种情形（或称黑白），可实现白底黑象或者黑底白象的显示。是一种重要的电光效应。广泛地用来制作液晶显示器件。24在外加电场作用下：当UUth时，分子长轴都将沿着电场方向排列，导致90旋光性消失。25宾主效应宾主效应：在液晶中掺入少量棒状二向色性染料，与分子长轴互平行排列。在外加电场下作为“主体”(Host)的液晶分子排列发生变化，使“客体”(Guest)染料分子的排列发生同步变化。以致改变液晶盒的颜色现象。P型二向色性染料：在分子长轴方向上有光吸收峰的染料N型二向色性染料：在分子短轴方向上有光吸收峰的染料根据分子排列的类型、液晶的种类、染料的种类、盒结构等组合，可有多种不同的GH方式。26相转变相转变(PC：Phasechange)效应效应在电场的作用下，螺旋结构分子排列的胆甾型液晶产生垂直分子排列的向列相相变，或从向列相变为胆甾相的相变现象。通常把胆甾型液晶添加到向列型液晶中配成的混合型液晶U=0时，入射光被散射，液晶盒呈现乳白状态。UUth时，由于胆甾型液晶相的螺旋结构松弛，分子长轴将顺着电场方向重新排列，螺旋结构解体，向螺旋矩无限大的垂直排列的向列型液晶相转移,液晶盒呈现透明状态27热光效应是温度变化使液晶的光学性质发生变化的现象。把经过垂面排列处理的近晶型A(SA)液晶镶入透明电极液晶盒中，加热液晶成为各向同性液体。若急剧冷却，分子混乱形成紊乱的焦锥排列，将变成白色混浊状态；若缓慢冷却，液晶排列成整齐垂面排列，将变成透明状态已被广泛用于激光束照射的热写式大容量显示中。若在液晶盒一侧透明电极基板上装置一个加热电极，另一侧基板上安装一个信号电极，加热的同时施加电场，则成为存储型显示方式。283.2 液晶显示器件液晶显示器件液晶显示器工作原理：液晶显示器工作原理：外场作用于液晶盒上，依靠液晶分子的各向异性和偶极矩的特点，使液晶分子的初始排列发生改变，调制通过液晶盒的外界光，使液晶盒发生明与暗、遮与透或变色的效果，达到显示的目的。因此外加电压必须达到一定的强度，即超过液晶显示器件的阈值电压，并维持一定的时间。液晶显示的特点：液晶显示的特点：液晶在直流电压作用下会发生电解作用，所以必须用交流驱动，并且限定交流成分中的直流分量不得大于几十毫伏；由于液晶在电场作用下光学性能的改变是依靠液晶作为弹性连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作用效果不取决于其峰值，在频率小于103Hz情况下，液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关。液晶单元是容性负载，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是无极性的，即正压和负压的作用效果是一样的。293.2.1 液晶显示器件的构造液晶显示器件的构造图图3.6 典型典型LCD结构截面结构截面303.2.2 液晶显示器件的显像原理液晶显示器件的显像原理单色液晶显示器的原理单色液晶显示器的原理（TN型）型）LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直（相交成90）。而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种90扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。图图3.7 光线穿透示意图光线穿透示意图31在光线穿出第一个偏振片后，再被液晶分子扭转90，最后从第二个偏振片中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住，如图3.8所示。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。图图3.8 光线阻断示意图光线阻断示意图32问题：响应速度慢 100ms量级视角特性差 45分辨率低，一般只能做到几十路33彩色彩色LCD显示器工作原理显示器工作原理在彩色LCD面板中，每一个像素都是由3个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色、绿色或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。34液晶显示器件的显示方式液晶显示器件的显示方式1）直观式显示方式：这是直接观看显示面的方式。分为：反射型透射型透射反射兼用型。35反射式：1.顶偏光器顶偏光器2.延迟膜延迟膜3.延迟膜延迟膜4.顶玻璃顶玻璃5.列电极列电极6.液晶液晶7.行电极行电极8.过量涂层过量涂层9.颜色过滤器颜色过滤器10.反射层反射层11.底玻璃底玻璃36透射式1.顶偏光器顶偏光器2.延迟膜延迟膜3.顶玻璃顶玻璃4.列电极列电极5.液晶液晶6.行电极行电极7.过量涂层过量涂层8.颜色过滤器颜色过滤器9.底玻璃底玻璃10.延迟膜延迟膜11.底偏光器底偏光器12.背光背光37透反式：反射式和透射式的结合1.顶偏光器顶偏光器2.延迟膜延迟膜3.延迟膜延迟膜4.散射膜散射膜5.顶玻璃顶玻璃6.列电极列电极7.液晶液晶8.行电极行电极9.过量涂层过量涂层10.颜色过滤器颜色过滤器11.单向透视玻璃单向透视玻璃12.底玻璃底玻璃13.延迟膜延迟膜14.底偏光器底偏光器15.背光系统背光系统382）投影式显示方式：投影式显示方式：投影式是将LCD上写入的光学图像放大，投影到投影屏上的方式，也称为液晶光阀液晶光阀（LV）。图像的亮度可以通过加大投影用光源的光强来提高。将光信息写入LCD的激励方式中有光写入方式、热（激光）写入方式和电写入（矩阵驱动）方式。其中，利用热写入方式还要并用电场效应。39a光写入方式：液晶和光导电体双层结构，电压通过透明电极均匀施加。光照部分因光导电层的电阻下降而将电压施加到液晶层，产生电光效应。40b热（激光）写入方式热（激光）写入方式:将液晶加热到相变温度以上，然后急剧冷却，那么该部分由透明组织变成排列紊乱的不透明组织。利用红外激光束的偏转，在LCD面板上进行扫描加热，就可在LCD上写入高分辨率的图像。写入的图像可用照射光源和光学系统进行放大投影。在层列液晶中有两种常温下的层列相用于显示，即透明以及各向同性相紊乱排列的不透明组织，这种方式一般都有存储功能。写入所用的是数毫瓦到500mW的半导体激光器，擦除是通过对液晶层施加高电场（数十千伏/厘米）或在向列相温度以上的冷却中施加低电场而进行。41c电写入（矩阵驱动）方式：简单矩阵型有STN模式、胆甾类液晶的相变模式等。实际应用的是有源矩阵型，其中有非晶硅薄膜晶体管（a-Si TFT）驱动LCD、多晶硅薄膜晶体管（P-Si TFT）驱动LCD、单晶硅MOS晶体管（LCOS）驱动LCD。液晶主要采用TN模式。最常用的是TFT-LCD型投影液晶面板。dTFT-LCD型：一个彩色LCD的单板式；将一个黑白型LCD和三原色双色镜组合起来的单板式；将3个黑白型LCD和双色滤光片或棱镜式三基色分离光学系统组合起来的三板式42433.2.3液晶显示器的分类液晶显示器的分类根据液晶驱动方式分类，可将目前LCD产品分为扭曲向列（TN）型、超扭曲向列（STN）型及薄膜晶体管（TFT）型3大类。1）扭曲向列型（Twisted Nematic，TN）扭曲向列（TN）型液晶显示器的基本构造为上下两片导电玻璃基板，其间注入向列型的液晶，上下基板外侧各加上一片偏光板，另外在导电膜上涂布一层、摩擦后具有极细沟纹的配向膜。由于液晶分子拥有液体的流动特性，很容易顺着沟纹方向排列，当液晶填入上下基板沟纹方向，以90垂直配置的内部，接近基板沟纹的束缚力较大，液晶分子会沿着上下基板沟纹方向排列，中间部分的液晶分子束缚力较小，会形成扭转排列，因为使用的液晶是向列型的液晶，且液晶分子扭转90，故称为TN型。44452）超扭曲向列型（超扭曲向列型（Super TN，STN型）型）STN显示组件，其基本工作原理和TN型大致相同，不同的是液晶分子的配向处理和扭曲角度。STN显示组件必须预做配向处理，使液晶分子与基板表面的初期倾斜角增加，此外，STN显示组件所使用的液晶中加入微量胆石醇液晶使向列型液晶可以旋转角度为80270，为TN的23倍，故称为STN型。区分区分项目项目TNSTN扭曲角扭曲角90180270倾斜角倾斜角1247厚厚 度度510 m38 m间隙误差间隙误差0.5 m0.1 m46STN型液晶由于应答速度较快，且可加上滤光片等方式使显示器除了明暗变化以外，亦有颜色变化，形成彩色显示器，其应用如早期笔记簿计算机或现在的PDA及电子辞典等。473）薄膜晶体管型薄膜晶体管型薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）型液晶显示器也采用了两夹层间填充液晶分子的设计。一边夹层的电极是场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET），另一边夹层的电极是共通电极。TFT的显示采用“背透式”照射方式。在FET电极导通时，液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变，也通过遮光和透光来达到显示的目的。FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。TN没有这个特性，液晶分子一旦没有被施压，立刻就返回原始状态，这是TFT液晶和TN液晶显示原理的最大不同。48偏光片玻璃基板CF透明电极液晶信号电极走线电极薄膜晶体管玻璃基板透明电极偏光片49种主要类型种主要类型LCD产品的比较产品的比较项目TNSTNTFT驱动方式单纯矩阵驱动的扭曲向列型单纯矩阵驱动的超扭曲向列型主动矩阵驱动视角大小小（视角+30/观赏角度60）中等（视角+40）大（视角+70）画面对比最小（画面对比在20:1）中等最大画面对比在1501反应速度最慢（无法显示动画）中等（150 ms）最快（40 ms）显示品质最差（无法显示较多像素）中等最佳颜色单色或黑色单色及彩色彩色价格最便宜中等最贵（约STN3倍）适合产品电子表、电子计算机、各种汽车、电器产品的数字显示器移动电话、PDA、电子辞典、掌上型电脑、低档显示器笔记本/掌上型电脑、PC显示器、背投电视、汽车导航系统503.2.4 液晶显示器件的驱动液晶显示器件的驱动液晶驱动技术的特点液晶驱动技术的特点基本为电压驱动除最早期的动态散射(DS)液晶以外必须采用交流驱动液晶在直流电压下会分解交流成分中的直流分量不大于几十毫伏液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关依靠液晶作为弹性连续体的弹性形变，响应时间长(ms)，交变驱动电压的作用效果不取决于峰值液晶单元是容性负载电阻极大，无极性，在正压和负压的作用效果一样LCD驱动方式有静态、动态（多路或简单矩阵）、有驱动方式有静态、动态（多路或简单矩阵）、有源矩阵方式以及光束扫描源矩阵方式以及光束扫描4种方式种方式511）静态驱动）静态驱动图图3.12 LCD的驱动的驱动门电路的输出随着施加于门电路另一侧输入端的控制信号而变化。施加于液晶的电压在导通期间为（VDDVSS）的交流电压，而断开期间则为0 V。52静态驱动方式的七段的电极引线排布1）静态驱动）静态驱动是把所有段电极逐个分别或同时驱动的方式。每个段电极有独立驱动电路元件所有段电极和公共电极间只是在需要显示时间内才施加电压。段电极和公共电极的驱动是同极性的方波脉冲液晶上实际所加的电压成为交流波形(液晶是无极性的)，防止由于直流电压引起液晶的老化。532）动态驱动）动态驱动-简单矩阵驱动简单矩阵驱动/无源矩阵驱动无源矩阵驱动 在静态驱动中，任意文字和图形、图像的显示都要增加必要数目的驱动电路，在成本上不太现实。简单矩阵驱动方式如图3.13所示，是由m+n个至少一侧为透明的条状行电极和列电极组成，将mn个交点构成的像素以m+n个电路实施驱动。因为在一个电极上有多个像素相连接，所以施加电压就成为时间分割脉冲，即各像素承受一定周期的间歇式电压激励。一般以30 Hz以上的帧频对行电极进行逐行扫描（一次一行），对列电极同步施加亮和不亮的信号。将这种驱动方式叫做多路（时间分割）驱动，也叫做无源矩阵驱动。54点阵形上玻璃基片内侧光刻出X方向引线电极下玻璃基片内侧光刻出Y方向引线电极X,Y电极条每个交叉处的电信号控制一个像素。行扫描工作方式X方向，行电极（扫描电极），按时间顺序加选通扫描信号 Xi(i=1,n)Y方向，列电极（信号电极），同时加亮度信号Yj(j=1,m)像素nm个，引线m+n根55无源矩阵驱动的交叉串扰无源矩阵驱动的交叉串扰液晶交叉串扰，在多路驱动的情况下，当选中的一个像素上施加电压时，附近未被选中的像素也会有一定电压。当所施加的电压大于Vth较多，而液晶显示器的电光特性曲线由不够陡峭时，附近未被选中的像素也会呈现显示状态。原因：液晶是容性高电阻率材料，夹在X,Y电极群之间的每个液晶像素可等效为一个高电阻和一个小电容的并联的阻抗，各像素之间有电耦合（相互干扰）的途径。56交叉串扰举例（交叉串扰举例（22矩阵点扫描）矩阵点扫描）理想情况，P11电压2Uth，其它为0实际情况，P11电压2Uth，P12,P22,P21为2Uth/3573)有源矩阵驱动有源矩阵驱动有源矩阵驱动也叫做开关矩阵驱动。这是一种在显示面板的各像素设置开关组件和信号存储电容，以实现驱动的方式，其目的是提高显示性能。这种方式能够获得优异的显示性能，因而，作为直观式或投影式，广泛用于个人计算机等OA设备及电视等视频机。有源矩阵型LCD的结构，以TFT阵列方式为例。a-Si TFT阵列是精密加工技术成形的，即利用甲硅烷的辉光放电分解法在玻璃基板上形成a-Si半导体有源层；利用绝缘膜以及金属层进行和半导体集成电路一样的光刻。可以解决无源矩阵驱动中的交叉串扰问题58每个液晶像素串联非线性有源器件电压信号有源器件液晶像素有源器件作为电控开关，使每个像素独立驱动59偏光片玻璃基板CF透明电极液晶信号电极走线电极薄膜晶体管玻璃基板透明电极偏光片60TFT-LCD有以下特点：从原理上没有像简单矩阵那样的扫描电极数的限制，可以实现多像素化。可以控制交调失真，对比度高。由于液晶激励时间可以很长，亮度高，响应时间也很快。由于在透明玻璃基板上利用溅射、化学气相沉积（chemical vapor deposition，CVD）等方法成膜，可以实现大型化和彩色化。可以同时在显示区域外部形成驱动电路，由于接口数骤减，有利于实现高可靠性和低成本。614)光束扫描驱动光束扫描驱动在投影式显示方式中提到的光写入方式、热（激光）写入方式就是光束扫描驱动方式。这种工作方式的特点是，在面板上并没有被分割的像素电极，光束点相当于一个像素，通过光束的扫描以形成像素。623.3 液晶显示器的技术参数、特点及发展液晶显示器的技术参数、特点及发展3.3.1 液晶显示器的技术参数液晶显示器的技术参数1.可视面积可视面积液晶显示器所标示的可视面积尺寸就是实际可以使用的屏幕对角线尺寸。一个15.1英寸的液晶显示器约等于17英寸CRT屏幕的可视范围。2.点距点距液晶显示器的点距是指在水平方向或垂直方向上的有效观察尺寸与相应方向上的像素之比，点距越小显示效果就越好。现在市售产品的点距一般有点28（0.28mm）、点26（0.26mm）、点25（0.25mm）3种。例如，一般14英寸LCD的可视面积为285.7mm214.3mm，它的最大分辨率为1024768，那么点距就等于可视宽度/水平像素（或者可视高度/垂直像素），即285.7mm/1024=0.279 mm（或者是214.3mm/768=0.279mm）。633.可视角度可视角度液晶显示器的可视角度左右对称，而上下则不一定对称。由于每个人的视力不同，因此以对比度为准，在最大可视角时所测得的对比度越大越好。当背光源的入射光通过偏光板、液晶及取向膜后，输出光便具备了特定的方向特性，也就是说，大多数从屏幕射出的光具备了垂直方向。4.亮度亮度液晶显示器的最大亮度，通常由背光源来决定，亮度值一般都在200250 cd/m2之间。液晶显示器的亮度若略低，会觉得发暗，而稍亮一些，就会好很多。虽然技术上可以达到更高亮度，但是这并不代表亮度值越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤。645.响应时间响应时间响应时间是指液晶显示器各像素点对输入信号反应的速度，即像素由暗转亮或亮转暗的速度，此值越小越好。如果响应时间太长，就有可能使液晶显示器在显示动态图像时有尾影拖曳的感觉。这是液晶显示器的弱项之一，但随着技术的发展而有所改善。一般将反应速率分为两个部分，即上升沿时间和下降沿时间，表示时以两者之和为准6.色彩度色彩度色彩度是LCD的重要指标。LCD面板上是由1024768个像素点组成显像的，每个独立的像素色彩是由红、绿、蓝（R、G、B）3种基本色来控制。大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基本色（R、G、B）达到6位，即64种表现度，那么每个独立的像素就有646464=262144种色彩。也有不少厂商使用了所谓的帧率控制（Frame Rate Control，FRC）技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基本色（R、G、B）能达到8位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达256256256=16777216种色彩。657.对比度对比度对比度是最大亮度值（全白）与最小亮度值（全黑）的比值。CRT显示器的对比度通常高达5001，以致在CRT显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的。但对LCD来说就不是很容易了，由冷阴极射线管所构成的背光源是很难去做快速的开关动作，因此背光源始终处于点亮的状态。为了要得到全黑画面，液晶模块必须完全把来自背光源的光完全阻挡，但在物理特性上，这些组件无法完全达到这样的要求，总是会有一些漏光发生。一般来说，人眼可以接受的对比值约为2501。8.分辨率分辨率TFT液晶显示器分辨率通常用一个乘积来表示，例如800600、1024768、12801024等，它们分别表示水平方向的像素点数与垂直方向的像素点数，而像素是组成图像的基本单位，也就是说，像素越高，图像就越细腻、越精美。9.外观外观液晶显示板的厚度通常在6.58 cm之间。充满时代感的造型，配以黑色或者标准的纯白色，让人看起来相当舒适。现在一些液晶显示器还可以挂在墙上,充分显示了其轻便性。663.3.2 液晶显示器的特点液晶显示器的特点1.低压微功耗2.平板型结构3.被动显示型4.显示信息量大5.易于彩色化6.无电磁辐射7.长寿命673.3.3 液晶显示技术的发展史液晶显示技术的发展史 1.动态散射模式动态散射模式1968年6月，RCA公司向世界首次公布了LCD的诞生，后，Heilmeier等人对工作区在83100 的，一种称为APAPA的液晶进行研究，并公布了有关液晶最初的电气光学效应中动态散射模式（Dynamic Scattering Mode，DSM）的内容。在提出动态散射模式的同时，也给出了文字显示的实例。初期的液晶钟表、计算器等在这一时期开始流行。682.宾主模式液晶显示也经历了从黑白显示向彩色显示的过渡时期。1974年有人发表了关于相变型G-H模式的研究报告，这是一种不需要偏振片的显示方式。从1975年左右开始，曾进行过以数字的显示或车载使用为目的开发。因是单色显示而使其应用受限，所以当彩色滤光片方式出现时，这种研究就被放弃了。3.扭曲向列模式瑞士的Schadt等人于1971年首次公开了现在最为普遍的工作模式扭曲向列模式。几乎与此同时开发的TN模式液晶显示器件，则是采用低电压、低功耗的CMOS集成电路作驱动器，首先应用在钟表、计算器和其它分段型数字显示器上。液晶的历史也是显示容量随着信息社会的发展而增加的历史。LCD从分段型发展到简单矩阵型，后又发展到小规模文字显示或图形显示。20世纪80年代，随着半导体存储器的开发，在文字处理机中开始采用显示14行的LCD。此后不断努力以求继续增加行数和显示容量。然而，文字处理机和个人计算机至少需要20行显示，TN模式不能用于大容量显示。694.超扭曲向列模式超扭曲向列模式1984年瑞士的Scheffer发表了有关扭曲角为270的超双折射效应（Supertwisted Birefringent Effect，SBE）的研究成果。超扭曲向列模式，从广义上说也包含SBE模式，1985年日本将其实现了产品化，采用了多扫描线选址（Multi Line Addressing，MLA）驱动方式。5.双折射控制模式双折射控制模式双折射控制（Electrically Controlled Birefringence，ECB）模式是指通过电场改变液晶的分子排列，以改变透射率的方式。除了有垂直取向（Deformation of Vertical Aligned Phases，DAP）的LCD，还有其它取向方式。其特点是可以将显示容量变大，但因其视角小，一般用于投影式。此后，有人提出了利用光学方法解决视角小问题的方案，推出了简单矩阵型彩色LCD。还有一种叫做“”盒的方式，从广义上说它属于双折射控制模式。因其响应性好，应用于黑白阴极射线管的彩色显示和立体显示。通过对其赋予灰度特性，并通过光学补偿以改进其视角特性，将其发展成为光学自补偿弯曲（Optically Compensated Bend，OCB）模式，并探索应用于TFT-LCD中。706.高分子分散液晶高分子分散液晶高分子分散液晶,是利用液晶与高分子聚合物的光散射现象的液晶。它是应需要提高亮度的反射型要求而开发的，不需要偏振片。7.存储功能突出的相变模式存储功能突出的相变模式具有存储功能的相变（PC）模式液晶比较适用于功耗低、电池驱动的便携式终端。美国肯特州州立大学开发的有存储功能、比较亮、简单矩阵驱动的反射型高分子稳定胆甾LCD，引起了人们的关注。8.高速响应性突出的铁电液晶高速响应性突出的铁电液晶1980年Clark等人发表论文指出，表面稳定铁电液晶在电场与自发极化的作用下产生液晶响应，其响应速度在几十微秒以内。这引起了人们的关注。反铁电相液晶具有自己修复取向破损的功能，人们也一直关注其在TFT-LCD上的应用。719.液晶技术的新进展液晶技术的新进展（3）低反射液晶显示技术）低反射液晶显示技术在液晶显示屏的最外层施以反射防止涂装技术，液晶显示屏所发出的光泽感、液晶显示屏幕本身的透光率、液晶显示屏的分辨率、防止反射等这四个方面都达到了更好的改善。（4）先进的）先进的“连续料界结晶硅连续料界结晶硅”液晶显示技术液晶显示技术采用“连续料界结晶硅”技术制造的低温多晶硅薄膜晶体管液晶显示方式，具有比旧式LCD屏快600倍的像素反应速度，减少画面出现的延迟现象。（5）超宽视角技术）超宽视角技术平面控制模式（In Plane Switching，IPS）技术是在液晶分子长轴取向上做文章，让观察者任何时候都只能看到液晶分子的短轴，因此在各个角度上观看的画面都不会有太大差别，这样就比较完美地改善了液晶显示器的视角。夏普公司的超级视角（Advance Super View，ASV）技术主要通过缩小液晶面板上颗粒之间的间距、增大液晶颗粒上光圈，并整体调整液晶颗粒的排布来降低液晶电视的反射，增加亮度、可视角和对比度。亮度可达700 cd/m2，对比度1200l，平均灰阶响应速度6 ms，视角176。72（6）超黑晶技术）超黑晶技术通过在屏幕表面加入数层带有特殊化学涂层的光学薄膜物质来进行处理对外光线，最大限度的减少外来光线在屏幕造成的反射，使液晶显示器在强外光的室外环境下仍能显示出亮丽细致的画质效果。（7）超高开口率技术）超高开口率技术超高开口率是用特殊树脂作为总布线和出入口布线的层与层之间绝缘膜，并将像素领域进行扩大。（8）反光低反射技术）反光低反射技术防眩光低反射技术技术原理与超黑晶技术原理相似，通过液晶表面加上特殊的化学涂层，使外界光线在屏幕上的反射发生变化，从而使背光源的光线能更好地透过液晶层，使亮度更高、反射更低。（9）低温多晶硅（）低温多晶硅（LTPS）技术）技术 应用于高档液晶显示器中，分辨力高、组装简单、重量轻、功耗低、亮度高、可靠性高、经久耐用。73（10）LED背光源技术背光源技术 采用LED背光的LCD的体积将进一步缩小。在发光寿命和色彩表现力方面，LED背光技术远胜于CCFL。（11）索尼）索尼200Hz四倍速驱动技术四倍速驱动技术 改善动态画面的显示效果。在中国地区50Hz情况下，能够根据输入信号，在相邻两帧原有画面中创造并插入3帧新画面，使画面播放频率达到200Hz。在观看快速移动的动作场景时，画面更清晰、更流畅。74习题三1.简述LCD显示器与CRT显示器的比较2.简述液晶的电光效应3.液晶材料的物理性质与显示技术之间存在何种关系？4.液晶显示器有哪些驱动方法？5.以22矩阵为例说明交叉串扰产生的原因6.液晶显示器有哪些特点？