第29讲液晶显示基础

1、 电电 视视 技技 术术 1第第2929讲讲 液晶基础知识液晶基础知识主要内容主要内容一、液晶及其分子结构一、液晶及其分子结构二、液晶基本性质及显示原理二、液晶基本性质及显示原理三、液晶显示器件结构三、液晶显示器件结构四、液晶显示器特点四、液晶显示器特点 电电 视视 技技 术术 2一、液晶及其分子结构一、液晶及其分子结构 物质三态物质三态: : 固态、液态、气态固态、液态、气态 液晶液晶( (liquid crystalliquid crystal) )：是能在某个温度范围内兼：是能在某个温度范围内兼有液体和晶体两者特性的物质，也叫液晶相和中介相，有液体和晶体两者特性的物质，也叫液晶相和中介相

2、，又称为物质的第四态。又称为物质的第四态。 液晶电视机是以液晶显示器（液晶电视机是以液晶显示器（lcdlcd）作为屏幕的一）作为屏幕的一种平板电视机，它是采用了液晶控制透光度技术来实种平板电视机，它是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。现色彩的显示器。 电电 视视 技技 术术 3液晶的历史液晶的历史 18881888年，奥地利植物学家莱尼茨尔发现年，奥地利植物学家莱尼茨尔发现胆胆甾醇苯甲酸酯甾醇苯甲酸酯在在145.5145.5熔化时，形成了雾浊熔化时，形成了雾浊的液体，并出现蓝紫色的双折射现象，直至的液体，并出现蓝紫色的双折射现象，直至178.5178.5时才形成各向同性的液体。时才形

3、成各向同性的液体。 其后在其后在莱尼茨尔莱尼茨尔和德国物理学家莱曼的共和德国物理学家莱曼的共同努力下，认为同努力下，认为胆甾醇苯甲酸酯胆甾醇苯甲酸酯在固态和液态在固态和液态之间呈现出的是一种新的物质相态，将其命名之间呈现出的是一种新的物质相态，将其命名为为液晶液晶。 电电 视视 技技 术术 4液晶分子结构液晶分子结构 液晶分子形状：细长棒形，宽约液晶分子形状：细长棒形，宽约1nm1nm，长约，长约10nm10nm。 (a) (a)晶体晶体 （b b）液晶）液晶 （c c）液体）液体 电电 视视 技技 术术 5液晶的种类液晶的种类 液晶种类达数千种，主要类型有：液晶种类达数千种，主要类型有： 热

4、致液晶：通过加热而形成的液晶（分为：热致液晶：通过加热而形成的液晶（分为： 近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。 溶致液晶：有机物在溶剂作用下形成的液晶。溶致液晶：有机物在溶剂作用下形成的液晶。如肥皂水气泡。如肥皂水气泡。 感应液晶：外场（力、电、磁、光等）感应作感应液晶：外场（力、电、磁、光等）感应作用下形成的液晶。用下形成的液晶。 流致液晶：在流动场作用下而形成液晶。流致液晶：在流动场作用下而形成液晶。 电电 视视 技技 术术 6 热致液晶分为向列相（丝状液晶）、胆甾相（螺热致液晶分为向列相（丝状液晶）、胆甾相（螺旋状液晶）和近晶相液晶（层状液晶）。

5、旋状液晶）和近晶相液晶（层状液晶）。 分子结构差异如图示。分子结构差异如图示。 电电 视视 技技 术术 71 1近晶相液晶近晶相液晶近晶相液晶分子排列近晶相液晶分子排列 分子分层排列，有同一的方向，比较接近晶体，故分子分层排列，有同一的方向，比较接近晶体，故称为近晶相。称为近晶相。 分子粘度大分子粘度大, ,分分子可以左右、前后滑动，但不能在子可以左右、前后滑动，但不能在上下层间移动，响应速度慢，多用于光记忆材料的发展上下层间移动，响应速度慢，多用于光记忆材料的发展上。上。 电电 视视 技技 术术 8向列相液晶分子排列向列相液晶分子排列2 2向列相液晶向列相液晶 分子位置杂乱，没有分子位置杂乱

6、，没有层状结构，但方向大致一层状结构，但方向大致一致，故称为向列相。致，故称为向列相。 液晶粘度小，分子容液晶粘度小，分子容易顺着长轴方向自由移动。易顺着长轴方向自由移动。是光电子技术和显示上最是光电子技术和显示上最为广泛应用的液晶。为广泛应用的液晶。 电电 视视 技技 术术 9 分子排列特点：在某一平面内分子长轴的指向一致，分子排列特点：在某一平面内分子长轴的指向一致，与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空

7、间成一螺分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空间成一螺旋。旋。 胆甾相液晶分子排列胆甾相液晶分子排列3 3胆甾相液晶胆甾相液晶 电电 视视 技技 术术 10 （1 1）边界取向性质）边界取向性质 在最简单的自由边界上，在最简单的自由边界上，液晶分子的取向可以液晶分子的取向可以垂直、平垂直、平行、倾斜于边界。行、倾斜于边界。 如果边界是一层刻有凹凸如果边界是一层刻有凹凸沟槽的取向膜，则凹凸沟槽对沟槽的取向膜，则凹凸沟槽对液晶分子的取向起主导作用，液晶分子的取向起主导作用，通过摩擦，液晶分子就朝这个通过摩擦，液晶分子就朝这个方向取向。方向取向。二、液晶基本性质及显示原理二、液晶基本性质及显示原理

8、电电 视视 技技 术术 11 （2 2）液晶的电气性质）液晶的电气性质 在上下电极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子在上下电极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子长轴就会长轴就会沿着电场方向排列沿着电场方向排列。 这一电气性质是实现液晶显示的基础。这一电气性质是实现液晶显示的基础。 电电 视视 技技 术术 12 （3 3）液晶的旋光性质）液晶的旋光性质 若上、下玻璃基板取向膜沟槽相差某一角度，则在若上、下玻璃基板取向膜沟槽相差某一角度，则在玻璃基板中，同一平面液晶分子取向虽然一致，但相邻玻璃基板中，同一平面液晶分子取向虽然一致，但相邻平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲。平面液晶分子的取向逐渐

9、旋转扭曲。 当可见光波长远小于液晶分子在玻璃基板间的旋转当可见光波长远小于液晶分子在玻璃基板间的旋转螺距时，则光矢量会同样随着液晶分子的旋转而跟着旋螺距时，则光矢量会同样随着液晶分子的旋转而跟着旋转。转。 电电 视视 技技 术术 13液晶像素显示原理液晶像素显示原理结构特点：结构特点：上下偏振板光轴方向垂直上下偏振板光轴方向垂直；上下玻璃基板取向膜取向上下玻璃基板取向膜取向垂垂直。直。显示原理：显示原理：当玻璃基板没有加电场时，当玻璃基板没有加电场时，光线跟着液晶作光线跟着液晶作9090o o扭转，通过扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白下方偏光板，液晶面板显示白色。色。当在基板上加电场时，液

10、晶当在基板上加电场时，液晶分子产生取向变化，光线通过分子产生取向变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，显示黑色。下方偏光板遮蔽，显示黑色。白白 黑黑 电电 视视 技技 术术 14三、液晶显示器结构三、液晶显示器结构偏光片偏光片 偏光片偏光片 电极电极 液晶液晶 扩散板扩散板 导光板导光板 玻璃基板玻璃基板 彩色滤色膜彩色滤色膜 定向层定向层 玻璃基板玻璃基板 棱镜片棱镜片 冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯 电电 视视 技技 术术 15 液晶面板液晶面板 偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相互垂直。其作用

11、就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的互垂直。其作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的光波分量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。光波分量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。 玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住液晶。对于住液晶。对于tft-lcdtft-lcd，下层玻璃长有薄膜晶体管，下层玻璃长有薄膜晶体管(thin (thin film transistorfilm transistor，tft)tft)，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。 彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。

12、 电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像素电极与公共电极之间。素电极与公共电极之间。 液晶材料：小分子有机化合物。液晶材料：小分子有机化合物。 定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排列。排列。 电电 视视 技技 术术 16 背光模组背光模组 作用：将光源均匀地传送到液晶面板。作用：将光源均匀地传送到液晶面板。 冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。 导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。亮

13、度均匀。 扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。 棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。 电电 视视 技技 术术 17冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯ccfl结构结构 发光原理发光原理: :当在管子上加高压时，气体电离产生当在管子上加高压时，气体电离产生253.7nm253.7nm紫外光。紫外光激励内部磷光粉涂层，产生紫外光。紫外光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。可见光。 电电 视视 技技 术术 18ccfl电压与电流关系电压与电流关系 ccfl在高压（一般在高压（一般500v以上）、交流（一般以上）、交流（一般40khz左右）电源的

14、驱动下左右）电源的驱动下工作。工作。 灯管启动初期，电流非灯管启动初期，电流非常微弱，随着灯管两端电极常微弱，随着灯管两端电极之间的电压增大，灯管电流之间的电压增大，灯管电流逐渐增大。当灯管两端供电逐渐增大。当灯管两端供电电压大于启动电压电压大于启动电压vstart时，时，灯管启动结束。灯管启动结束。vcon为导通为导通电压，电压，vt、it分别为截止电分别为截止电压与截止电流。压与截止电流。 电电 视视 技技 术术 19ccfl驱动电路 自激推挽自激推挽式式dc-ac逆向变换逆向变换电路电路 类似于节能灯类似于节能灯 电电 视视 技技 术术 20 低压、微功耗低压、微功耗 极低的工作电压，只

15、要极低的工作电压，只要2v-3v2v-3v即可工作，而工作电即可工作，而工作电流仅几个微安，与大规模集成电路的相适应。从而使液流仅几个微安，与大规模集成电路的相适应。从而使液晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟，使电子手表、计晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟，使电子手表、计算器、便携仪表、以至手提电脑等成为可能。算器、便携仪表、以至手提电脑等成为可能。 平板型结构平板型结构 液晶显示器的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄液晶显示器的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒，厚度为几公分。形盒，厚度为几公分。 被动型显示被动型显示 液晶显示器件是一种被动显示。被动显示更适合于液晶显示器件是一种被动显示。被

16、动显示更适合于人眼视觉，更不易引起疲劳。人眼视觉，更不易引起疲劳。四、液晶显示器特点四、液晶显示器特点 电电 视视 技技 术术 21 显示信息量大显示信息量大 与与crtcrt相比，相比，lcdlcd没有荫罩限制；与没有荫罩限制；与pdppdp相比，相比，lcdlcd像素点处不需要像像素点处不需要像pdppdp那样，像素点间要留有一定的隔那样，像素点间要留有一定的隔离区。因此，离区。因此，lcdlcd在同样大小的显示窗面积内，可以容在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素，显示更多的信息。纳更多的像素，显示更多的信息。 易于彩色化易于彩色化 液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色化的确很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。化的确很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。 长寿命长寿命 液晶材料是有机高分子合成材料，驱动电压又很液晶材料是有机高分子合成材料，驱动电压又很低