专题一：液晶显示技术(中)1

1、 专题一：液晶显示（专题一：液晶显示（LCDLCD）技术）技术 专题一：专题一： 液晶显示（液晶显示（LCDLCD）技术）技术1.1.液晶概述液晶概述 1.1 1.1 液晶的分类液晶的分类 1.2 1.2 液晶的物理特性液晶的物理特性 1.3 1.3 液晶的光学特性液晶的光学特性1.4 1.4 液晶的电光效应液晶的电光效应 2.2.液晶显示器件液晶显示器件 2.1 2.1 液晶显示器件的结构及工作原理液晶显示器件的结构及工作原理 2.2 2.2 液晶显示器件的分类液晶显示器件的分类 2.3 2.3 液晶显示器件的驱动技术液晶显示器件的驱动技术 2.4 2.4 有源矩阵液晶显示器件有源矩阵液晶显

2、示器件 2.5 2.5 液晶显示器件的主要材料及制造工艺液晶显示器件的主要材料及制造工艺3.3.液晶显示器的技术参数、特点及新近展液晶显示器的技术参数、特点及新近展 3.1 3.1 液晶显示器的技术参数液晶显示器的技术参数 3.2 3.2 液晶显示器的特点液晶显示器的特点 3.3 3.3 液晶显示技术的新进展液晶显示技术的新进展 2.3 液晶显示器件的驱动技术液晶显示器件的驱动技术 液晶显示的液晶显示的工作原理工作原理 通过前节液晶显示的工作原理可知，外电场（也可以是光通过前节液晶显示的工作原理可知，外电场（也可以是光和热）作用于初始排列的液晶分子上，依靠液晶分子的各向和热）作用于初始排列的液

3、晶分子上，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变化，调异性和偶极矩的特点，使液晶分子的初始排列发生变化，调制通过液晶器件的外界光，使液晶器件发生明与暗、遮与透制通过液晶器件的外界光，使液晶器件发生明与暗、遮与透和变色等效果，达到显示的目的。因此外加电压必须达到一和变色等效果，达到显示的目的。因此外加电压必须达到一定强度，即超过阈值电压和维持一定时间。定强度，即超过阈值电压和维持一定时间。 像素：可以被单独控制的最小显示单元。像素：可以被单独控制的最小显示单元。 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液晶在直流电压作用下会发生电解作用，所以必

4、须用，所以必须用交流交流驱动驱动，并且限定交流成分中直流分量不大于几十个毫伏，直，并且限定交流成分中直流分量不大于几十个毫伏，直流成分越小越好；流成分越小越好；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，所以性连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作交变驱动电压的作用效果用效果不不取决于取决于其峰值，在频率小于其峰值，在频率小于1000Hz的情况下，液晶的情况下，液晶透光率的改变只与外加电压的透光率的改变只与外加电压的有效值有效值有关；有关；液晶单元是液晶单元是容性负载容性负载，液晶的电阻在大多数

5、情况下可以忽，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是略不计，是无极性无极性的，即正电压和负电压的作用效果一样。的，即正电压和负电压的作用效果一样。 2.3 液晶显示器件的驱动技术液晶显示器件的驱动技术2.3.1 液晶显示器件电极的连接液晶显示器件电极的连接液晶显示器液晶显示器件的像素件的像素（按形状）（按形状）普通矩阵普通矩阵点阵形（按驱点阵形（按驱动电路结构）动电路结构）段形段形有源矩阵有源矩阵1、段形显示像素（笔段形）电极连接、段形显示像素（笔段形）电极连接 主要用于显示数字、英文字母及汉字主要用于显示数字、英文字母及汉字等字符。等字符。 电极连接随驱动方式的不同而不同，电极连接随驱动方

6、式的不同而不同，可以每段接一根电极引线（静态显示），可以每段接一根电极引线（静态显示），也可以数段连在一起接一根电极引线也可以数段连在一起接一根电极引线（动态显示）。（动态显示）。2 2、普通点矩阵（无源矩阵）电极排布、普通点矩阵（无源矩阵）电极排布矩矩阵阵电电极极结结构构示示意意图图x1x1x2x2x3x3xnxny1 y2 y3 y4 yny1 y2 y3 y4 yn扫扫描描行行电电极极信号列电极信号列电极2.3.1 2.3.1 液晶显示器件电极的连接液晶显示器件电极的连接点矩阵液晶显示器件的电极排布点矩阵液晶显示器件的电极排布奇数列电极引线和偶数列奇数列电极引线和偶数列电极引线分别从上下

7、两侧电极引线分别从上下两侧引出，主要用于在单边引引出，主要用于在单边引出线太挤，线宽变小，引出线太挤，线宽变小，引线电阻太大，或引线工艺线电阻太大，或引线工艺发生困难的情况。发生困难的情况。同时可扫描两行，同时可扫描两行，等效地增加了每行等效地增加了每行显示时间的占空比。显示时间的占空比。2.3.1 2.3.1 液晶显示器件电极的连接液晶显示器件电极的连接3 3、有源矩阵电极排布、有源矩阵电极排布 每个像素都连着一个每个像素都连着一个有源器件有源器件（二极管、三极管或场效应（二极管、三极管或场效应管）管），矩阵电极和有源器件均在下侧玻璃基板上，上侧基板只，矩阵电极和有源器件均在下侧玻璃基板上，

8、上侧基板只有一个公共电极。有一个公共电极。TFTTFT有源有源矩阵矩阵的电的电极排极排列列2.3.1 2.3.1 液晶显示器件电极的连接液晶显示器件电极的连接 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术直接驱动法：直接驱动法：驱动电压直接施加在像素电极上，使液晶显示驱动电压直接施加在像素电极上，使液晶显示直接对应于所施驱动电压信号的一种驱动方法。直接对应于所施驱动电压信号的一种驱动方法。 按寻址方式，直接驱动法可分为按寻址方式，直接驱动法可分为静态驱动静态驱动和和动态驱动动态驱动两大类。两大类。一、静态驱动技术一、静态驱动技术静态驱动静态驱动: 指在像素前后电极上施加驱动电压时呈显

9、示状态，不施加指在像素前后电极上施加驱动电压时呈显示状态，不施加驱动电压时则呈非显示状态的一种直接驱动方法。适用于总驱动电压时则呈非显示状态的一种直接驱动方法。适用于总电极引线比较少的情况。电极引线比较少的情况。 笔段式数码显示驱动笔段式数码显示驱动（以七段（以七段LCD数码显示为例）数码显示为例） 结构结构七段加一个小数点共八个电极引出线，七段加一个小数点共八个电极引出线，背后的电极称位电极或背电极，互相背后的电极称位电极或背电极，互相连接用一根电极引线。若要显示连接用一根电极引线。若要显示n位数，位数，则共需要（则共需要（8n+1）根电极引线。）根电极引线。七段式七段式LCDLCD的电极排

10、列的电极排列 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术工作原理工作原理 每个数码需配一个译码器（如每个数码需配一个译码器（如74Ls48），驱动电压为），驱动电压为35V，频率，频率为为32Hz，167Hz，200Hz几种。工作几种。工作时，在背电极（时，在背电极（COM）上持续加上）上持续加上连续的方波，在连续的方波，在要显示要显示的笔段上施加的笔段上施加七段式七段式LCD的电极排列的电极排列一个与背电极一个与背电极COM上的电压波形上的电压波形相位相反、幅值相等、频率相相位相反、幅值相等、频率相同同的连续方波，则在被显示笔段的液晶上加有正负交替的两倍的连续方波，则在被显示笔段

11、的液晶上加有正负交替的两倍于方波幅值的电压，它应该大于液晶显示器件的阈值电压于方波幅值的电压，它应该大于液晶显示器件的阈值电压Vth； 在在不需要显示不需要显示的笔段上施加一个与背电极的笔段上施加一个与背电极COM上的电压波形上的电压波形相位相同、幅值相等、频率相同相位相同、幅值相等、频率相同的连续方波，则在该笔段被显的连续方波，则在该笔段被显的液晶上不能形成电场，当然也不能显示。的液晶上不能形成电场，当然也不能显示。问题：怎么实现上述功能呢？（用电路）问题：怎么实现上述功能呢？（用电路） 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术静态驱动器静态驱动器 图中图中CEG1、CEG2分

12、别代表不分别代表不需要显示和要显示的笔段上的电需要显示和要显示的笔段上的电压波形。压波形。COMCOM波形波形CEG1CEG1波形波形CEG2CEG2波形波形COM-CEG1COM-CEG1波形波形COM-CEG2COM-CEG2波形波形输入端输入端A A输入端输入端B B输出端输出端Y Y0 00 00 00 01 11 11 10 01 11 11 10 0 当输入端当输入端A为为高电平高电平时，输入端时，输入端B与输与输出端出端Y的电压正好符合的电压正好符合要显示段要显示段的电压的电压波形要求；当输入端波形要求；当输入端A为为低电平低电平时，输时，输入端入端B与输出端与输出端Y的电压正好

13、符合的电压正好符合不需要不需要显示段显示段的电压波形要求；的电压波形要求；异或门电路的真值表异或门电路的真值表高低电平高低电平控制端控制端A A方波电压方波电压输入端输入端B B=1=1LCDLCD公共电极公共电极笔段笔段电极电极 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术笔段式数码显示驱动笔段式数码显示驱动 静态驱动器静态驱动器 集成电路集成电路CD4055是一位是一位BCD七段七段LCD驱动器，原理如图所示。数驱动器，原理如图所示。数据从输入端据从输入端D0、D1、D2、D3输入，输入，经过缓冲器（经过缓冲器（BUFFER），加到），加到BCD七段译码器，经过

14、转换成七段字型数七段译码器，经过转换成七段字型数据，去控制七个异或门的输出端为集据，去控制七个异或门的输出端为集成块的成块的a、 b、c、d、e、g、f七个电七个电极引脚端。极引脚端。BP1为序列脉冲输入端，与七个异或门的另一个输为序列脉冲输入端，与七个异或门的另一个输入端连接，同时又经过一个非门由入端连接，同时又经过一个非门由PB0脚输出接到显示器的公脚输出接到显示器的公共电极上，即背电极。共电极上，即背电极。CD4055内部没有振荡器，所以使用内部没有振荡器，所以使用CD4055需要外接一个振荡器才能工作。需要外接一个振荡器才能工作。1 10 0静态驱动器电路结构图静态驱动器电路结构图 2

15、.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术二、动态驱动技术二、动态驱动技术1、简单的动态驱动技术、简单的动态驱动技术（笔段式（笔段式LCD） 笔段式数码静态显示，需要电极引线总数为笔段式数码静态显示，需要电极引线总数为(8n+1)，当位数，当位数n较大时，总电极引线数仍然较多。如果采用动态驱动技术，就较大时，总电极引线数仍然较多。如果采用动态驱动技术，就可以大大减少电极引线，从而简化外围电路。可以将各数码的可以大大减少电极引线，从而简化外围电路。可以将各数码的相对应笔段互相连在一起，包括小数点的连线公共引出相对应笔段互相连在一起，包括小数点的连线公共引出8根，根，各数码的背电极单独引

16、出，共各数码的背电极单独引出，共n根。所以总的电极引线数为根。所以总的电极引线数为（n+8）根。）根。 静态驱动显示的特点：亮度高，无闪烁等优点，但当显示器静态驱动显示的特点：亮度高，无闪烁等优点，但当显示器件容量大时，需要的电极引线很多，难以实现。件容量大时，需要的电极引线很多，难以实现。如何来解决这如何来解决这个问题？个问题？ 工作原理：工作原理：工作时，各背电极上电压顺序地接通，称为工作时，各背电极上电压顺序地接通，称为扫描扫描。例如第三位数码的背电极被接通，同时对第三位数码各笔段输例如第三位数码的背电极被接通，同时对第三位数码各笔段输入显示电压或不显示电压，虽然这些电压也同时施加在其他

17、数入显示电压或不显示电压，虽然这些电压也同时施加在其他数码的各笔段上，但由于这些数码的背电极未被接通，所以不起码的各笔段上，但由于这些数码的背电极未被接通，所以不起作用。背电极这样轮流被接通，其上的笔段相应地被显示。作用。背电极这样轮流被接通，其上的笔段相应地被显示。 如果有如果有n个数码，则每个数码被显示的时间只有个数码，则每个数码被显示的时间只有1/n。如果背。如果背电极扫描足够快，每个数码每秒钟显示电极扫描足够快，每个数码每秒钟显示30次以上，人们就会感次以上，人们就会感觉所有的数码都在同时显示似的。觉所有的数码都在同时显示似的。问题：普通点矩阵问题：普通点矩阵LCD的动态驱动是怎么样的

18、呢？的动态驱动是怎么样的呢？ 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术 2、无源矩阵的动态驱动技术、无源矩阵的动态驱动技术矩阵液晶显示器件电极排列矩阵液晶显示器件电极排列 逐行顺序进行扫描，逐行顺序进行扫描，循环周期很短，使得循环周期很短，使得液晶显示屏上呈现出液晶显示屏上呈现出稳定的图像。稳定的图像。 但这个画面上各行但这个画面上各行的像素是在不同时段的像素是在不同时段内被选通的，因此动内被选通的，因此动态驱动技术也称态驱动技术也称时间时间分割显示分割显示。 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术 2、无源

19、矩阵的动态驱动技术、无源矩阵的动态驱动技术 将所有扫描行电极各施加一次扫描电压所需的时间叫将所有扫描行电极各施加一次扫描电压所需的时间叫一帧一帧。 每秒内扫描的帧数叫每秒内扫描的帧数叫帧率帧率。 每扫描行电极选通时间与帧周期之比称为每扫描行电极选通时间与帧周期之比称为占空比占空比，它等于，它等于扫描行电极数的倒数，即扫描行电极数的倒数，即1/N。 在同等电压下，扫描行数的增多将使在同等电压下，扫描行数的增多将使占空比下降占空比下降，从而引，从而引起液晶像素上的交变电场电压的有效值下降，起液晶像素上的交变电场电压的有效值下降，降低了显示质降低了显示质量量。 问题：只要在电极上施加上了相应的交流电

20、压，问题：只要在电极上施加上了相应的交流电压，LCD就一就一定能很好的显示吗？定能很好的显示吗？ 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术 3、无源矩阵的交叉效应、无源矩阵的交叉效应选择点：选择点：显示的像素。显示的像素。半选择点：半选择点：与显示像素在同一行或同一列的像素。与显示像素在同一行或同一列的像素。非选点：非选点：与显示像素不在同一行和同一列的像素。与显示像素不在同一行和同一列的像素。 半选点的电场电压处于液晶的阈值电压附近时，屏上将出现半选点的电场电压处于液晶的阈值电压附近时，屏上将出现不应有的不应有的半显示现象半显示现象；当所施加的电压大于；当所施加的电压大于Vth

21、较多，而液晶较多，而液晶的电光特性曲线不陡峭时，附近的像素也会呈现的电光特性曲线不陡峭时，附近的像素也会呈现显示状态显示状态，使，使得显示得显示对比度下降对比度下降，这种现象叫做，这种现象叫做“交叉效应交叉效应”。这是无源矩。这是无源矩阵阵LCD动态驱动时动态驱动时固有的缺陷。固有的缺陷。 液晶是液晶是容性高电阻率容性高电阻率（10101011cm）材料，夹在材料，夹在X、Y电极中的每一个像素可等效为一个电极中的每一个像素可等效为一个高值电阻与高值电阻与一个一个小电容并联小电容并联的阻抗。于是全部矩阵单元成为立体电路，各像素间就有了的阻抗。于是全部矩阵单元成为立体电路，各像素间就有了 耦合的途

22、径。耦合的途径。 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCD的驱动技术的驱动技术 3、无源矩阵的交叉效应、无源矩阵的交叉效应问题：怎么用电路来分析交叉效应的产生？问题：怎么用电路来分析交叉效应的产生？ 如果如果Va略大于阈值电压略大于阈值电压Vth时，只有时，只有P11变亮，其他像素仍是变亮，其他像素仍是暗态。然而，当外加电压暗态。然而，当外加电压Va足够高时，像素足够高时，像素P12、P2l和和P22上上也会有也会有Va/3电压，所以这些像素也会逐渐转变为亮态。电压，所以这些像素也会逐渐转变为亮态。P11P11：全选点：全选点P12P12、P21P21：半选点：半选点P22P22：非选点：非选点2

23、2 2 2矩阵液晶显示屏及其等效电路矩阵液晶显示屏及其等效电路随着行、列随着行、列电极数目的电极数目的增大，交叉增大，交叉效应的程度效应的程度会加剧会加剧，且，且变得很复杂。变得很复杂。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术 3 3、无源矩阵的交叉效应、无源矩阵的交叉效应交叉效应的交叉效应的主要原因主要原因: : 液晶器件液晶器件具有双向通导特征具有双向通导特征，外加电压只根据阻抗大小来分，外加电压只根据阻抗大小来分配电压。配电压。电光特性曲线不陡电光特性曲线不陡。问题：交叉效应是否可以抑制呢？问题：交叉效应是否可以抑制呢？4 4、抑制交叉效应的措施、抑制交

24、叉效应的措施交叉效应主要表现在两个方面：交叉效应主要表现在两个方面：选择点与半选择点电压接近，当外加电压超过阈值电压后，选择点与半选择点电压接近，当外加电压超过阈值电压后，半选择点也会逐渐呈现显示状态，使对比度下降；半选择点也会逐渐呈现显示状态，使对比度下降；半选择点与非选择点上电压不一样，如果他们由于交叉效应半选择点与非选择点上电压不一样，如果他们由于交叉效应而变明（或变暗）状态不一样，则造成图面不均匀。而变明（或变暗）状态不一样，则造成图面不均匀。问题：根据问题：根据交叉效应主要表现，用什么方法可以抑制交叉效应？交叉效应主要表现，用什么方法可以抑制交叉效应？ 2.3.2 2.3.2 普通矩

25、阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术4 4、抑制交叉效应的措施、抑制交叉效应的措施 当行数和列数较大时，半选点与非选点的电压差别较大，在当行数和列数较大时，半选点与非选点的电压差别较大，在非选择点上施加适当电压，达到提高非选择点的电压，降低半非选择点上施加适当电压，达到提高非选择点的电压，降低半选择点的电压，则结果是拉开了选择点与半选择点间的电压差，选择点的电压，则结果是拉开了选择点与半选择点间的电压差，而同时又缩小了半选择点与非选择点间的电压差。而同时又缩小了半选择点与非选择点间的电压差。（1 1）平均电压法平均电压法原理：把半选择点上的电压和非选择点上的原理：把半选择点上的电压和非选

26、择点上的电压平均化电压平均化，使之，使之相等相等。 以以4 43 3的矩阵为例，像素记为（行的矩阵为例，像素记为（行号，列号），像素（号，列号），像素（1,21,2）表示第一行）表示第一行与第二列交叉点的像素。与第二列交叉点的像素。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（1 1）平均电压法）平均电压法各电极上施加的电压：各电极上施加的电压： X X电极（选通）施加电压电极（选通）施加电压V1V1； X X电极（非选通）施加电压电极（非选通）施加电压0V0V； Y Y电极（选通）施加电压电极（选通）施加电压-V2-V2； Y Y电极（非选通）施加电压电极（非选

27、通）施加电压V1/aV1/a。各类像素上的电压：各类像素上的电压： 选择点（选择点（1,21,2）：）：V1+V2V1+V2； 行半选择点（行半选择点（1,11,1）、（）、（1,31,3）、（）、（1,41,4）：）：V1- V1/aV1- V1/a； 列半选择点列半选择点（2,22,2）、（）、（3,23,2）：）：V2V2； 非选择点：非选择点：-V1/a-V1/a。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（1 1）平均电压法）平均电压法 设加在选择点的总电压设加在选择点的总电压V0=V1+V2V0=V1+V2，令非，令非选择点电压于列半选择电压绝对值相

28、等，选择点电压于列半选择电压绝对值相等，即即V2=V1/aV2=V1/a，则得，则得020111,1VaVVaaV令令a+1=ba+1=b，则上两式变为：，则上两式变为：02011,1VbVVbbV则各类像素上的电压：则各类像素上的电压： 选择点（选择点（1,21,2）：）：V V0 0； 行半选择点（行半选择点（1,11,1）、（）、（1,31,3）、（）、（1,41,4）：）：(b-2)V(b-2)V0 0/b/b； 列半选择点（列半选择点（2,22,2）、（）、（3,23,2）：）：V V0 0/b/b 非选择点：非选择点：-V-V0 0/b/b。 非选点和部分半选点电压只有选择点电压的

29、非选点和部分半选点电压只有选择点电压的1/b1/b，称，称b b为偏为偏压比。此种方法为压比。此种方法为1/b1/b偏压平均电压法偏压平均电压法。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（1 1）平均电压法）平均电压法 不同不同b b值时平均电压各点上的电压值值时平均电压各点上的电压值b b值值选择点电压选择点电压半选择点电压半选择点电压非选择点电压非选择点电压2 2V0V0V0/2,0V0/2,0-V0/2-V0/24 4V0V0V0/4,V0/2V0/4,V0/2-V0/4-V0/45 5V0V0V0/5, 3V0/5V0/5, 3V0/5-V0/5-V0

30、/51313V0V0V0/13, 11V0/13V0/13, 11V0/13-V0/13-V0/13注：选择点电压注：选择点电压V0=V1+V2V0=V1+V2 平均电压法是动态驱动最基本的方法，采用此法可以减轻平均电压法是动态驱动最基本的方法，采用此法可以减轻交叉效应的影响。交叉效应的影响。问题：驱动电压的范围是多大？问题：驱动电压的范围是多大？ 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（1 1）平均电压法）平均电压法 选点与非选点的电光特性曲线如图。选点与非选点的电光特性曲线如图。平均电压法的平均电压法的LCDLCD电光特性曲线电光特性曲线选择点电压选择点电

31、压非选择点电压非选择点电压不发生交叉失真不发生交叉失真的工作电压范围的工作电压范围VthVth1 1VthVth2 2V V5050 V V5050为选择点为选择点亮度的亮度的50%50%的电的电压，为了提高对压，为了提高对比度，选择点电比度，选择点电压应大于压应大于V V5050。但当但当V V大于大于VthVth2 2时，非选点也会时，非选点也会被点亮，所以被点亮，所以VthVth2 2是选择点上是选择点上允许施加的最高允许施加的最高电压。电压。定义定义为工作电压，则为工作电压，则=Vth=Vth2 2-V-V5050问题：平均电压法的问题：平均电压法的b b究竟取多大最好呢？究竟取多大最

32、好呢？(2)(2)最佳偏压法最佳偏压法 由于液晶显示器在电场作用下的响应时间总是大于每行的由于液晶显示器在电场作用下的响应时间总是大于每行的作用时间，并且经常大于一帧时间，所以要使作用时间，并且经常大于一帧时间，所以要使液晶显示液晶显示需要数需要数帧帧电压电压作用的作用的积累积累，电压的作用不取决于电压的瞬时值，而是，电压的作用不取决于电压的瞬时值，而是在数帧时间的在数帧时间的有效值有效值。 如要知道液晶显示器的如要知道液晶显示器的对比度对比度，就要求出某像素点作为全，就要求出某像素点作为全选择点的电压有效值和作为非选择点电压的有效值，它们的比选择点的电压有效值和作为非选择点电压的有效值，它们

33、的比正比于选通状态下的透过率。正比于选通状态下的透过率。 作为全选择点时，在一帧时间内，只有一行的时间施加的作为全选择点时，在一帧时间内，只有一行的时间施加的电压为电压为V0V0，其余，其余N-1N-1行时间内施加的电压为行时间内施加的电压为-V0/b-V0/b，所以作为全，所以作为全选择点的电压有效值（均方值）为：选择点的电压有效值（均方值）为： 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术2222200021111() () ()onVVVVNbNNbNb 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术(2)(2)最佳偏压法最佳偏压法

34、作为非选择点时，在一帧时间内，总有一行的时间处于半作为非选择点时，在一帧时间内，总有一行的时间处于半选择点，施加的电压为（选择点，施加的电压为（b-2b-2）V0/bV0/b，其余，其余N-1N-1行时间内施加的行时间内施加的电压为电压为-V0/b-V0/b，所以，所以非选择点的电压有效值（均方值）为：非选择点的电压有效值（均方值）为：2222220002121121()() () ()offVVbVVNNbNbbNb为了减小交叉效应，获得良好对比度的图象，必须：为了减小交叉效应，获得良好对比度的图象，必须：12,onthoffthVVVV定义一个表示工作电压范围的定义一个表示工作电压范围的裕

35、度裕度 ：) 1()2() 1(22NbNbVVoffon 裕度系数裕度系数 越大越大越好，因此求其极越好，因此求其极大值大值 max。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术(2)(2)最佳偏压法最佳偏压法 如果行数如果行数N N已给定，必有一个已给定，必有一个b b值使值使 = = max。由由 b=0可求得：可求得：1Nb11maxNN 所以，对于每一个最佳偏压比所以，对于每一个最佳偏压比b b，使，使V Vonon/ /V Voffoff值为最大，称值为最大，称之为最佳偏压法。之为最佳偏压法。 将裕度将裕度 和和 max的表达式，分别用函数图象表示出来

36、。的表达式，分别用函数图象表示出来。 偏压比偏压比b裕度裕度 与占空比与占空比1/1/N N和偏压比和偏压比b的关系的关系 驱动路数驱动路数N max与与N的关系的关系 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术由图可知，随着由图可知，随着N N的的增大，裕度增大，裕度 将急骤将急骤趋近于趋近于1 1，即显示对，即显示对比度将趋于比度将趋于0 0，显示，显示器件无法正常显示。器件无法正常显示。问题：怎么解决问题：怎么解决这个问题呢？这个问题呢？ 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术(2)(2)最佳偏压法最佳偏压法 只有只有提高提

37、高液晶显示器件液晶显示器件电光特性曲线电光特性曲线的的陡度陡度，才能工作于，才能工作于扫描行数扫描行数N较大的情况下。为此引入较大的情况下。为此引入阈值陡度阈值陡度P：P= =Vsat/ /Vth 但在液晶产品说明书中更经常给出的是但在液晶产品说明书中更经常给出的是光透过率光透过率为为10%10%和和90%90%的驱动电压的驱动电压V V1010和和V V9090, ,所以所以P也可以表示为也可以表示为V V9090/V/V1010。由上式可推出最大驱动路数由上式可推出最大驱动路数Nmax与陡度与陡度P的关系：的关系：22211maxmaxN22211maxPNP因为因为P200N200线时，

38、即使是线时，即使是STN-LCDSTN-LCD，也会是图像质量下降。可采用分也会是图像质量下降。可采用分割矩阵法来改善。割矩阵法来改善。 等价为两个等价为两个 的矩阵液的矩阵液晶屏，因此也叫晶屏，因此也叫双屏驱动方式。双屏驱动方式。2NM 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（1 1）分割矩阵法）分割矩阵法工作原理：工作原理： 第第1 1行和第（行和第（N/2+1N/2+1）行，第）行，第2 2行和第（行和第（N/2+2N/2+2）行，）行，用同一，用同一扫描信号同时选取，所以只需扫描信号同时选取，所以只需N/2N/2个行扫描驱动器。显示屏的上半部个行扫描驱

39、动器。显示屏的上半部和下半部列信号是相互独立的，他和下半部列信号是相互独立的，他们同时用不同的信号驱动器驱动。们同时用不同的信号驱动器驱动。行行电电极极列电极列电极上上半半屏屏下下半半屏屏分割矩阵液晶显示器件电极排布分割矩阵液晶显示器件电极排布实现：实现：首先将数据信号同时输送到液晶上半部各列和馈入半帧存储首先将数据信号同时输送到液晶上半部各列和馈入半帧存储器。当半帧存储器被数据信号占满时，上下半部各行刚好被扫描一器。当半帧存储器被数据信号占满时，上下半部各行刚好被扫描一遍。第二遍扫描时，上半部的列信号由半帧存储器逐行供给，而新遍。第二遍扫描时，上半部的列信号由半帧存储器逐行供给，而新来的数据

40、则同时送到液晶下半部各列和馈入半帧存储器；第三遍扫来的数据则同时送到液晶下半部各列和馈入半帧存储器；第三遍扫描时，则数据信号供上半部的各列，同时馈入半帧存储器，而下半描时，则数据信号供上半部的各列，同时馈入半帧存储器，而下半部各列采用第二遍扫描时存入半帧存储器的数据信号，如此重复。部各列采用第二遍扫描时存入半帧存储器的数据信号，如此重复。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（1 1）分割矩阵法）分割矩阵法 每次扫描都是半个屏采用新来的数据列信号，半个屏采用每次扫描都是半个屏采用新来的数据列信号，半个屏采用上次扫描中被半帧存储器存储的老信号。上次扫描中被半帧

41、存储器存储的老信号。相当于相当于每一帧周期内每一帧周期内，屏的屏的每半个部分每半个部分都被同样的数据信号写入都被同样的数据信号写入两次两次，所以每个像素，所以每个像素的电压占空比是普通矩阵液晶屏的两倍，可以方便的提高显示的电压占空比是普通矩阵液晶屏的两倍，可以方便的提高显示质量。质量。 同样原理，有时也可以将显示屏划分为同样原理，有时也可以将显示屏划分为4 4个部分，即所谓个部分，即所谓4 4屏驱动。分割的矩阵越多占空比提高越多，但屏驱动。分割的矩阵越多占空比提高越多，但帧频下降越多，帧频下降越多，处理不当会有处理不当会有闪烁闪烁感。感。 特点：由于特点：由于扫描行数减少一半扫描行数减少一半，

42、可以使占空比数增加一倍，可以使占空比数增加一倍，图图像质量、对比度像质量、对比度会会提高提高不少。但不少。但列驱动电极数增加一倍列驱动电极数增加一倍，在行，在行驱动电路中还引入驱动电路中还引入帧存储电路帧存储电路，帧频下降一倍，处理不当会有，帧频下降一倍，处理不当会有闪烁闪烁感。感。 应用：应用：在在400400线以上线以上的点阵的点阵图形显示模块图形显示模块中被广泛应用。中被广泛应用。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（2 2）多重矩阵法（从器件内部电极排布上）多重矩阵法（从器件内部电极排布上 ）问题：分割矩阵主要从外电路的结构上想办法问题：分割矩阵主

43、要从外电路的结构上想办法, ,能否从器件内能否从器件内部电路电极排布上想办法呢？部电路电极排布上想办法呢？双重矩阵液晶显示屏的电极排列双重矩阵液晶显示屏的电极排列 扫描电极仍是长条形的扫描电极仍是长条形的透明电极，但信号列电极有透明电极，但信号列电极有点像旗帜，是很多透明小方点像旗帜，是很多透明小方形像素电极串，他们依奇偶形像素电极串，他们依奇偶顺序交替地与左右两个细金顺序交替地与左右两个细金属导体条分别连接。采用金属导体条分别连接。采用金属导体条是为了降低引线电属导体条是为了降低引线电阻。双重矩阵液晶屏的一条阻。双重矩阵液晶屏的一条扫描行电极对应两行像素，扫描行电极对应两行像素，而两条信号列

44、电极只对应一而两条信号列电极只对应一列像素。列像素。 在驱动器的数目上，与分割矩阵一样，由于减少了扫描电在驱动器的数目上，与分割矩阵一样，由于减少了扫描电极，提高了占空比，所以图像对比度也改善了。极，提高了占空比，所以图像对比度也改善了。 同样原理，还可以设计成三重、甚至四重矩阵。这种方式同样原理，还可以设计成三重、甚至四重矩阵。这种方式在器件制造上要求有更高的微细加工水平，因此没有分割矩阵在器件制造上要求有更高的微细加工水平，因此没有分割矩阵方式使用得普遍。方式使用得普遍。 以上两种以上两种增加器件占空比增加器件占空比的措施都是为了解决液晶显示在的措施都是为了解决液晶显示在高路数驱动高路数驱

45、动中由于中由于电光响应陡度不够电光响应陡度不够而采用的一种不得已的驱而采用的一种不得已的驱动技巧。动技巧。 随着液晶和液晶显示器件水平的提高，采用这类技巧的必随着液晶和液晶显示器件水平的提高，采用这类技巧的必要性正在降低。只要其电光响应曲线的陡度足够高，能够保证要性正在降低。只要其电光响应曲线的陡度足够高，能够保证多路扫描时，保证其图像对比度和质量不降低，就没必要采用多路扫描时，保证其图像对比度和质量不降低，就没必要采用这类技术。这类技术。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术（3 3

46、）对频驱动法）对频驱动法 无论是平均电压法，还是最佳偏压法，对于非选像素点必无论是平均电压法，还是最佳偏压法，对于非选像素点必须加一个偏置电压，它在该点施加电压总的有效值中起作用，须加一个偏置电压，它在该点施加电压总的有效值中起作用，这一点限制了图像对比度的提高。特别是当扫行数速这一点限制了图像对比度的提高。特别是当扫行数速N N增加时，增加时，加在选择像素上的电压加在选择像素上的电压V0V0的占空比变小，偏置电压影响更显著。的占空比变小，偏置电压影响更显著。 如果能在非选像素上施加一个如果能在非选像素上施加一个特殊电压特殊电压，对该点内液晶分，对该点内液晶分子产生一个与通常加偏压时子产生一个

47、与通常加偏压时相反的力矩相反的力矩，使液晶分子完全保持，使液晶分子完全保持在在非显示态非显示态。这样便可。这样便可完全消除交叉效应完全消除交叉效应，使选择点与非选点，使选择点与非选点的电压有效值之比与占空比的电压有效值之比与占空比1/N1/N无关，而实现大容量显示。无关，而实现大容量显示。问题：在非选像素上施加一个什么样的特殊电压？问题：在非选像素上施加一个什么样的特殊电压？ 利用液晶的介电常数与频率有关这一性质施加电压。利用液晶的介电常数与频率有关这一性质施加电压。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术 （3 3）对频驱动法）对频驱动法 当驱动电压频率远当

48、驱动电压频率远低于低于介电转换频率时可使液晶分子稳介电转换频率时可使液晶分子稳定在一种取向上；定在一种取向上； 当驱动电压频率远当驱动电压频率远高于高于介电转换频率时可使液晶分子稳介电转换频率时可使液晶分子稳定在另一种取向上。定在另一种取向上。 可以使用可以使用两种两种不同不同频率频率的驱动电压来改变液晶显示器件的驱动电压来改变液晶显示器件上各显示像素的分子取向，使其达到显示的效果。这种方法上各显示像素的分子取向，使其达到显示的效果。这种方法称为称为对频驱动法对频驱动法或或双频驱动法双频驱动法。 双频驱动分双频驱动分低频低频选取方式和选取方式和高频高频选取方式两种。选取方式两种。 2.3.2

49、2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术 （3 3）对频驱动法）对频驱动法 低频选取低频选取是指使用是指使用低频低频驱动电压作为驱动电压作为显示选择，高频显示选择，高频驱动驱动电压来电压来消除消除背景显示。背景显示。 列信号列信号采用采用低频低频脉冲，脉冲，行行信号采用信号采用高低频混合高低频混合脉冲，使在脉冲，使在被选通的行被选通的行上施加上施加低频低频脉冲，在所有脉冲，在所有未被选通的行未被选通的行上施加上施加高频高频脉冲脉冲。 像素的选取与不选取由作用在行扫描电极上和列信号电极像素的选取与不选取由作用在行扫描电极上和列信号电极上的低频脉冲电压的幅值来决定，而幅值是由加

50、在行列电极上上的低频脉冲电压的幅值来决定，而幅值是由加在行列电极上低频电压的相位决定。低频电压的相位决定。 对于对于被选通的行被选通的行，当行列上的，当行列上的低频低频电压脉冲相位相反时选电压脉冲相位相反时选取点，相位相通时非选取点。取点，相位相通时非选取点。 对于对于未被选通的行未被选通的行，其上施加的是，其上施加的是高频高频电压，不管列上施电压，不管列上施加低频电压脉冲相位如何，这两种脉冲对分子取向的作用是加低频电压脉冲相位如何，这两种脉冲对分子取向的作用是相相反反的，相当于这些像素上无偏压作用。的，相当于这些像素上无偏压作用。（3 3）对频驱动法）对频驱动法 高频高频选取是指使用选取是指

51、使用高频高频驱动电压作为驱动电压作为显示选择，低频显示选择，低频驱动驱动电压来消除背景显示。电压来消除背景显示。 工作原理与低频驱动类似。工作原理与低频驱动类似。优点：优点：克服了平均电压法中固有的矛盾，提高了对比度，扩大克服了平均电压法中固有的矛盾，提高了对比度，扩大了视角。了视角。缺点缺点: :（1 1）截止频率会随环境温度改变，并且变化很大，工作时必）截止频率会随环境温度改变，并且变化很大，工作时必须使高频与低频电压的频率相差足够大，以免在温度变化时，须使高频与低频电压的频率相差足够大，以免在温度变化时，两者中某一个频率接近截止频率。两者中某一个频率接近截止频率。 如果高频电压的频率过高

52、，会大大增加功耗；如果高频电压的频率过高，会大大增加功耗； 如果低频电压的频率过低，则会使帧频率太低。如果低频电压的频率过低，则会使帧频率太低。（2 2）高频电压的幅度必须很高。）高频电压的幅度必须很高。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术6 6、灰度显示、灰度显示灰度显示方式分两大类：空间灰度调制和时间灰度调制。灰度显示方式分两大类：空间灰度调制和时间灰度调制。（1 1）空间灰度调制）空间灰度调制 将一个像素划分为若干个单独可控的将一个像素划分为若干个单独可控的“子像素子像素”，控

53、制子，控制子像素像素被选通数量被选通数量，变可实现灰度空显示。，变可实现灰度空显示。优点：不需要特殊的驱动、控制技巧，优点：不需要特殊的驱动、控制技巧，电路实现简单。电路实现简单。缺点缺点：不可能将一个像素分割成很多个子像素，因此不可能将一个像素分割成很多个子像素，因此不可能实现很不可能实现很多的灰度级显示多的灰度级显示；增加了微细加工的成本，或者以牺牲分辨率为代价；增加了微细加工的成本，或者以牺牲分辨率为代价；增加驱动、控制电路数量。增加驱动、控制电路数量。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术6 6、灰度显示、灰度显示（2 2）时间灰度调制）时间灰度调制

54、 在一个时间单位内，在一个时间单位内，控制控制显示显示选通、截止的时间长短选通、截止的时间长短，从，从而实现灰度显示。而实现灰度显示。a a、帧灰度调制、帧灰度调制 以数帧为一时间单元，控制显示像素选通的帧数，即可实现以数帧为一时间单元，控制显示像素选通的帧数，即可实现灰度调制。例如取灰度调制。例如取4 4帧为一时间单位，从全部选通到全部不选帧为一时间单位，从全部选通到全部不选帧灰度调制原理帧灰度调制原理 通可以实现通可以实现5 5个灰度级别。个灰度级别。 缺点缺点: :会会引起灰度级别的闪引起灰度级别的闪烁烁，由于液晶响应时间速度慢，由于液晶响应时间速度慢，不可能用增加帧频来解决，所不可能用

55、增加帧频来解决，所以必然导致以必然导致活动图象显示变慢。活动图象显示变慢。b b、脉冲灰度调制、脉冲灰度调制 调制数据脉冲的宽度，即可实现一个个像素上的灰度调制。调制数据脉冲的宽度，即可实现一个个像素上的灰度调制。由于液晶对过窄脉冲不能响应，所以一般限于以由于液晶对过窄脉冲不能响应，所以一般限于以4 4位移位寄存位移位寄存器调制器调制1616级灰度，即列信号的宽度有级灰度，即列信号的宽度有1616种组合。种组合。问题：前面我们学习了动态驱动技术及改善措施，那动态显示问题：前面我们学习了动态驱动技术及改善措施，那动态显示是怎么实现的呢？是怎么实现的呢？7 7、动态驱动器原理（点矩阵式）、动态驱动

56、器原理（点矩阵式） 行扫描的循环周期很短，才能使得液晶显示屏上呈现稳定行扫描的循环周期很短，才能使得液晶显示屏上呈现稳定的图像效果。我们把液晶显示的扫描驱动方式称为的图像效果。我们把液晶显示的扫描驱动方式称为动态驱动法动态驱动法，亦称亦称多路寻址驱动法多路寻址驱动法。 在动态驱动方式下，液晶像素的显示效果是由施加在行电在动态驱动方式下，液晶像素的显示效果是由施加在行电极上的选择电压与施加在列电极上的选择电压的极上的选择电压与施加在列电极上的选择电压的合成合成来实现的。来实现的。 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术 2.3.2 2.3.2 普通矩阵普通矩阵L

57、CDLCD的驱动技术的驱动技术7 7、动态驱动器原理（点矩阵式）、动态驱动器原理（点矩阵式）（1 1）行列脉冲序列）行列脉冲序列（5 57 7点阵为例）点阵为例） 设加在液晶选择点上的电压为设加在液晶选择点上的电压为V V0 0，偏压，偏压b=5b=5，电源电，电源电压压V VCCCC一般取一般取5V5V。由平均电压法可得：。由平均电压法可得： 选择点电压为选择点电压为V V0 0，非选点电压为，非选点电压为-V-V0 0/5/5； 行半选点电压为行半选点电压为3V3V0 0/5/5；列半选点电压为；列半选点电压为V V0 0/5/5； 设行列选择电压为设行列选择电压为V1V1或或V6V6，即

58、行上为，即行上为V1V1时列时列上为上为V6V6，或反之。这是液晶交流驱动的要求；，或反之。这是液晶交流驱动的要求；未选择行电压为未选择行电压为V2V2或或V5V5，各对应于选择电压，各对应于选择电压V6V6或或V1V1；未选择列电压为未选择列电压为V3V3或或V4V4，各对应于选择电压，各对应于选择电压V1V1或或V6V6。取取V1=VCCV1=VCC，则选择点电压，则选择点电压V0=V1-V6V0=V1-V6，即，即V6=VCC-V0V6=VCC-V0； 行半选点电压行半选点电压3V0/5=V1-V4=V3-V63V0/5=V1-V4=V3-V6 列半选择点电压列半选择点电压V0/5=V5

59、-V6=V1-V2V0/5=V5-V6=V1-V2 由以上方程解得：由以上方程解得：V1=VCCV1=VCC；V2=VCC-V0/5V2=VCC-V0/5； 点阵液晶电极排布点阵液晶电极排布V3=VCC-2V0/5V3=VCC-2V0/5；V4=VCC-3V0/5V4=VCC-3V0/5；V5=VCC-4V0/5V5=VCC-4V0/5；V6=VCC-V0V6=VCC-V0。V0V0值的选择由液晶显示值的选择由液晶显示器件的阈值电压确定。器件的阈值电压确定。行行列列选通选通未选通未选通选通选通未选通未选通V1V1V5V5V6V6V4V4V6V6V2V2V1V1V3V3 2.3.2 2.3.2

60、普通矩阵普通矩阵LCDLCD的驱动技术的驱动技术com1-seg1com2-seg17 7、动态驱动器原理（点矩阵式）、动态驱动器原理（点矩阵式）（1 1）行列脉冲序列）行列脉冲序列（5 57 7点阵为例）点阵为例）行行列列选通选通未选通未选通选通选通未选通未选通V1V1V5V5V6V6V4V4V6V6V2V2V1V1V3V3扫描行扫描行 从两个周期的平均值来看，直流从两个周期的平均值来看，直流分量为零，符合液晶驱动的要求。所分量为零，符合液晶驱动的要求。所以动态驱动方式是电压分配方法与电以动态驱动方式是电压分配方法与电压转换方向的综合。压转换方向的综合。问题：怎么实现这个功能？问题：怎么实现