LCD发展简史知识分享

1、液晶及液晶显示器的发展简史热致液晶的发现1888年奥地利植物学家FriedrichReinitzer在加热苯酸脂晶体时发现：当温度升到145.5°C时晶体融化成为乳白色粘稠的液体。再继续加热到178.5°C时乳白粘稠的液体变成完全透明的液体。后经德国卡尔斯吕爱大学教授OttoLehmann研究，这种乳白粘稠的液体具有光学各向异性，因而建议称之为液体晶体（LiquidCrgstal）。液晶的合成和分类二十世纪二十年代，德国Heidelberg大学的LudwigGattermann首先合Halle大学的DanielVorlander则先后合成了300多种液晶，并指出液晶分子是棒

2、状的分子。在此基础上，法国的GeorgeFriedel及F.Grand-jean等对液晶的结构及光学性能作了详细的研究，并于1922年完成了液晶分类的工作，将液晶划分为：近晶相、向列相和胆笛相。液晶的物理性能研究1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性o1909年E.Bose建立了攒动（Swarm）学说，并得至UL.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持（1918年），后经deGennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得至VF.C.Frank完善（1958年）。M.Born（1916年）和K

3、.Lichtennecker（1926年）发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场（或磁场）作用下，发生形变并存在电压阈值（Freederichsz转变）。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。液晶在液晶显示器方向的应用研究?1968年美国RC恣司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器（LCD。?1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应（G

4、H模式。?1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。?1971年M.F.Schiekel提出电控双折射（ECB模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相（TwistedNematic:TN）模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式（FLQ,19831985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相（SuperTwisredNematic:STN）模式。?1986年Nagata提出用双层盒（DSTN实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术（FSTN。?1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN（RTM及反射式STN（RSTN模式。液晶显示器产业的形

5、成、发展及布局自1968年Heilmeir制成第一个DSM-LCD开始，美、日等国即开始了LCD的应用和生产研究。70年代初期，美国Rockwell公司开始生产DSM-LCD的计算机。Optel公司则生产DSM-LCD手表。日本Sharp、Epson等公司此类产品及工艺的成熟度都非常完满。但DSM-LCD应用电流、电压效应，耗电较多，很快被TN-LCD取代。1972年S.Kobayashi等人制成TN-LCD,并迅速工业化，被广泛应用于计算器、手表、测试设备及汽车显示等，取得了巨大成功。并促使LCD向大容量、大面积彩色化方向发展。大容量、大面积的一个方向是TN显示模式与半导体结合，采用有源矩阵

6、(ActiveMatrix)的方式。该方式最早于1972年由P.Brody提出。经10多年的研究，到80年代中后期，日本已开始大批量生产以TFT为代表的AM-LCD。目前它是手提电脑的首选显示屏。大容量的另一个方向是采用STN模式。虽然STN模式1983年才提出来，但由于它与TN生产技术有很大程度的工艺相似性，投资规模小，因而到80年代末90年代初已开始产业化，加之FSTN技术的发展，STN-LCD成为中高档、中小尺寸显示的主导。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镶嵌滤色片的混色方法。到1981年T.Uchida等人将其发展到盒内，并逐渐成熟。它与A

7、M或STN结合，成为今天彩色显示的主导。1995年以后，ECB彩色化方案也见之于报导。它利用电压控制显示颜色，工艺简单，但色彩有限。一般只能实现34色。目前，反射式显示模式(RTN,RSTN)正是许多工厂竞相开发的产品方向。日本Sharp、Epson公司已经生产此类产品，主要应用于手机显示屏上。就全球产业布局来说，日本TFT生产占全球80-90%勺市场份额，台湾和韩国生产部分中小尺寸屏。TN、STN生产90%以上在中国大陆、香港、台湾及东南亚地区。LCD结构TMHTNSTN的结构:面偏光片FSTNECB-Multi-colorSTN的结构:DSTN勺结构:ColorSTN的结构:LCD的显示原

8、理TN型扭曲向列相（TN）显示最常见的如用于电子表和计算器上的显示方式就是扭曲向列相（TN）显示，这种显示器件由两片基板玻璃中间注入向列相液晶材料构成，通过特殊的表面处理使分子在顶层与X方向平行，而在底层与X方向垂直，这种结构使液晶层形成了一个90。扭曲，从而得名，图1.即为扭曲结构。这种结构类似于胆笛相结构，所以有时加入一点螺旋添加剂以保证扭曲方向一致。TN显示的最基本原理是一个偏振光原理，当光入射TN盒时，其偏振面顺着液晶方向而扭曲。例如，偏振光平行于样品顶层方向，当穿过液晶盒时，其偏振方向会随着分子旋转，从底面出射时，其偏振面旋转了90°o右图为一个TN盒的示意图，黑线代表分别

9、贴在显示器上、下表面呈交叉状态的偏振片当光射入液晶盒，其偏振面随分子旋转。当光达到液晶盒底部，偏振矢量面已旋转了90°,接着穿过第二层偏光片。对于一个反射TN型液晶显示器，相当于在底部装有一面藤！子，它将透射光反射回来。右图为光进入液晶盒后随着扭曲的路线。从液晶盒中出来的光呈现银灰色。当液晶盒受到一个强度足够大的电场的作用时，晶分子将经历一个弗利德兹转换。右图为一个发生转变的扭曲向列相液晶盒。必须注意的是在这种状态下，扭曲受到破坏，液晶层的分子取向与电场平行。当偏振光射入这种液晶盒时，偏振面不随分子旋转，因而无法透过第二层偏光片。这样在亮态的背景下施加电场的区域呈现为暗态。电光效应：

10、依靠电场强度的作用扭曲向列相实现了亮态和暗态之间变化。这种显示类型最主要的一个特点就是分子对外加压的响应，右边的曲线图（电光曲线）是一个曲型的向列相液晶盒在电压作用下的响应曲线，即分子与玻璃面倾斜度随外加电压变化的关系对于TN型显示、电致扭曲形变决定了液晶盒对光的透过率。右图显示了透过率与电场作用关系图。考虑到偏光片的作用使反射型TN显示屏的最大透过率只有50%。垂直线代表液晶盒的开或关状态时的电压。I1.0-test-test2-返回-STNB超扭曲向列型显示具有很多行和列的显示，其开、关状态时的电压差别很小，由于这个原因，TN显示器不适合多路寻址大信息量显示的要求。这个问题在1980年中期

11、，由于超扭曲向列型（STN）显示器的出现而得到解决。在这种显示器中，相对于TN液晶盒90°角，它的液晶分子旋转了270°左右。扭曲角的作用可从右图电光效应曲线中可以看出。随着扭曲角的增大，分子倾角随外加电压的变化很陡峭。从右图的响应参数可以看出其开态和关态的电压非常接近。daM苴心d虽然一般都希望得到一条陡峭的电光曲线，但也要考虑到中间灰度的问题，考虑到这个原因，很多供应商所用的STN显示器采用了210°扭曲角，这样在允许快速寻址的同时又能满足灰度显示的要求。早期的210°扭曲显示模式通过器件的光谱变化也无法得到理想的颜色：在点亮状态，象素显示倾向于黄颜

12、色，而在关闭状态为蓝紫色。因此，STN除了不受消费者的普遍欢迎外，通过滤色片实现全色显示的STN也只能得到黑、白两种颜色。这个问题通过增加一个扭曲角正好相反的液晶盒而得到解决，这种器件就是双层超扭曲向列型显示器（D-STN）o这种器件在关闭状态时，第一层的相位变化可以在第二层得到补偿，像素显示为黑色；在点亮状态，第一层的相位变化，不能被第二层STN盒补偿，成近白光射出。由于两层液晶盒由相同的材料所组成，在整个温度范围其补偿作用是相同的。-返回-LCD制作过程LCD的驱动万式对于TN及STN-LCD一般采用静态驱动或多路驱动方式。这两种方式相比较各有优缺点。静态驱动响应速度快、耗电少、驱动电压低

13、，但驱动电极度数必须与显示笔段数相同，因而用途不如多路驱动广。£1.静态驱动基本思想在相对应的一对电极间连续外加电场或不外加电场。如图i所示：其驱动电路原理公用渡形O)E>笔段波形笔段电极公用电根图1.LCD静态驱动示意图图2.驱动电路原理图驱动波形导通断开信号共用渡形笔段族形遗晶施加电压断井导通断开根据此电信号，笔段波形不是与公用波形同相就是反相。同相时液晶上无电场，LCD处于非选通状态。反相时，液晶上施加了一矩形波。当矩形波的电压比液晶阈值高很多时，LCD处于选通状态。图3.静态波形£2.多路驱动基本思想X5Xir图4.电极阵列电极沿X、Y方向排列成矩阵（如图4）

14、,按顺序给X电极施加选通波形，给Y电极施加与X电极同步的选通或非选通波形，如此周而复始。通过此操作，X、Y电极交点的相素可以是独立的选态或非选态。驱动X电极从第一行到最后一行所需时间为帧周期Tf（频率为帧频），驱动每一行所用时间Tr与帧周期的比值为占空比：Duty=Tr/Tf=1/No电压平均化从多路驱动的基本思想可以看出，不仅选通相素上施加有电压，非选通相素上也施加了电压。非选通时波形电压与选通时波形电压之比为偏压比Bias=1/a。为了使选通相素之间及非选通相素之间显示状态一致，必须要求选点电压Von一致，非选点电压Voff一致。为了使相素在选通电压作用下被选通；而在非选通电压作用下不选通

15、，必须要求LCD的光电性能有阈值特性，且越陡越好。但由于材料和模式的限制，LCD电光曲线陡度总是有限的。因而反过来要求Von、Voff拉得越开越好，即Von/Voff越大越好。经理论计算，当Duty、Bias满足以下关系时，Von/Voff取极大值。满足下式的a,即为驱动路数为N的最佳偏压值。a=VW+1六级电平驱动在半导体集成电路中，实现最佳偏压一般采用如图5所示的六级电平方式扫描波形1(S1)扫描波尼艺&)信导波形CD1)图5.六级电平图6.六级电平的电路原理图实现六级电平的电路一般采用如图6的Bias电路六级电平驱动时，给于COM电极和SEG电极的电平如下表：正极性帧(+)负极性

16、帧(-)扫描电极COM选通V1V6非选通V5V2信号电极SEG选通V6V1非选通V4V3上叙6级电平，当a<5时，会发生简并。如：?a=4时，V3=V4?a=3时，V2=V4V3=V5?a=2时，V1=V4V2=V§V3=V6简并后，上表中的电平分配关系依然成立。LCD的基本性能图1.UCJ光学透过率脸电压变化的曲线110T5013.F8S.6心45.0nnct第A54Ei花卜9TO电光性能：LCD光学透过率随电压变化的曲线，如图1100AbpH8,20130193.2125I6040印010020030。4。500Time暗图2Lcidm电压后,透过率随时间的变化响应速度：L

17、CD加电压后，透过率变化的快慢程度，如图2对比度：LCD在选态透过率与非选态透过率的比值。如图3R*l.luni咒郅e幻Cartrastratio100so60402007911VoltageI1/m4逶过宰四瑛5432I0902TO囹4.等对比度曲蛇囹?视角图：LCD在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图4。?温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起LCD的阈值、透过光谱等会随温度漂移。?频率响应：LCD只能工作在一个适当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶分子跟不上电场变化。?LCD功耗：指单位显示面积的电流密度。?寿命：?工业品保证100000小时。?民用

18、品保证50000小时。?其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。LCD的基本参数LCD显示类型TN型：EIEIEI888T哽正1生哓底暗字）虽示示意闰TH型员性偏底亮字）显示示意图STN型:显示模式背景前景黄绿模黄绿色蓝黑色蓝模蓝色白色灰模灰白色深蓝色黑白模白色黑色照明方式温度特性类型TNSTNIH山WIn工作温度（C）050-1060-2070-3080050-2070储存温度（C）-2060-2070-3080-4090-2060-3080LCM勺基本参数LCD模块电源：精品侦"；"L.|,1|,Vdd-Vo+5VRvVnoV.>/><><1【

19、说明】vd0-v:毂电噩时.Vdd-Vee为1£D的电滤电压；萤电波时.Um-V驻为LCD的电潺电压*Vdd-VSS:模块遇管电路的电演电压巳；lOKWDK对比度调节电阻）:Vsdj和Vls都是V。的另廓。隹意LCD模块与MPU间的连接:DO-D71SM13AAA言冒gS-W/RRA*：i名二）鼬荐器nnst®eaoot理嚣与uu根坟曲邃接囹常用LCMf空制器的资料:HD61202UKS0066UKS0724V08字符型LCD模块的接口定义序号符号电平引脚定义功能1Vss-接地0V2Vdd-电路电源电压Vcc=Vdd=5V=10%3Vee-LCD驱动电压对比度调节电压4RS

20、H/L寄存器选择信号H:数据；L:指令5R/WH/L读/写信号H:读；L:写6E片使能信号下降沿触发7DB0H/L数据位08DB1H/L数据位19DB2H/L数据位210DB3H/L数据位3数据总线11DB4H/L数据位412DB5H/L数据位513DB6H/L数据位614DB7H/L数据位7街时性D模块的指令表指令指令码说明RSR/WD0D1D2D3D4D5D6D7执行周期定制液晶显小模块除要求体积和厚度小，重量轻以外，移动通信和便携式装置还要求液晶显示屏具有高质量的性能。由于公司完全掌握了各种部件的高密度装配技术，精工（SII）具有进行全面计划设计和批量生产定制液晶显示模块的能力。LCD最

21、示屏/板f田电IE驱朝幅度靖应苑用广天颔温度补聘南必婺利用姓BS映璃厚度通LCD（液晶显示）模块技术高密度饕配技术COG（置于甚隅E的芯片）TAB（礴带白动谯搜）COB（置于皴路挺上的芯片）应用热密封连接心连接移动电话PHSLE驱动器很电旧度柢电兢内置电压放大器珑路内置振动姓璐微型芯片集成邃路笑配技术寻呼机LED后时EL后灯楼触校.DC-DC变阪器手职字代总汇模块设订特黑占：高密度安装技律亍使生WttS和厚度薄及重量的走品成舄可能LCD液晶示板可舆雷量低的功效；备恩髓支持包括彳刽S照明项目规格*645mm（1.7英寸）51mm（2.0英寸）对角线长度45mm（1.7英寸）51mm（2.0英寸）点阵120X1RGB143点120XRGB160点点距0.080x0.240mm0.084x0.252mm显示颜色256256反差比*413:114:1功耗1.5mW*2,0.3mW*32.0mW*2,0.3mW*3外部尺寸*137.0>45.6mm39.6X53.6mm背景照明白色LED*5白色LED适用于手机的STN半透式彩色液晶显示模块技术规格*1:不包括凸起，如FPC等部位。*2:当将全屏幕作为