《LCD基础知识》PPT课件.ppt

LCD基础知识丁永旺,1:液晶的特性2:LCD显示原理3:LCM连接方式,液晶,LC(liquidcrystal)液晶是一种介于液体和固体之间的热力学的中间稳定物质形态,是一种有机复合物，由长棒状的分子构成,长宽之比较大，分子不能弯曲，是一个刚性体，中心一般有一个桥链，分子两头有极性.在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行,其特点是在一定的温度范围内既有液体的流动性和连续性，又有晶体的各向异性.,液晶分子种类其中线状液晶比较适合做显示器,如对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿透；光线穿透液晶的路径可由构成它的分子排列来决定，这又是固体的一种特征。20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。,LCD,LCD(liquidcrystaldisplay)世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。80年代，STN-LCD（超扭曲向列）液晶显示器出现，同时TFT-LCD（薄膜晶体管）液晶显示器技术被研发出来，但液晶技术仍未成熟，难以普及。80年代末90年代初，日本首先掌握了STN-LCD及TFT-LCD生产技术，LCD工业开始高速发展。,LCD分类液晶显示器，是属于平面显示器的一种，根据驱动方式来分类，可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（SimpleMatrix）和主动矩阵驱动（ActiveMatrix）3种。其中，被动矩阵型又可分为扭转向列型（TwistedNematic，TN）、超扭转向列型（SuperTwistedNematic，STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可分为薄膜晶体管型（ThinFilmTransistor，TFT）及二端子二极管型（MetalInsulatorMetal，MIM）两种方式。TN、STN及TFT型液晶显示器因其利用液晶分子扭转的原理不同，在视角、色彩、对比及动画显示品质上有高低层次的差别。,显示原理,彩色濾光板,玻璃基板,像素,主動元素(電晶體),X電極,Y電極,偏光板,液晶是界于液体与固体的物质,其状态就像是乌贼的墨水,這是液晶的存在状态,像米粒般的液晶分子,自然狀态下會依分子的長軸方向規則的排列,当与固定方向的微細沟槽板接触,液晶分子會沿沟槽排列,當放置在相對而,沟槽方向差90度的空間時，液晶分子也會順著方向转90度,當光通過液晶時,光會沿著液晶分子的間隙前進兒而轉90度,當液晶兩端加上電壓時,液晶分子會依電壓方向排直而光同樣沿著液晶分子的間隙直線前進,扭轉型液晶與偏光板組合的液晶顯示,(TN型液晶顯示),偏光濾光板,偏光濾光板,由左向右的光在不通電時會通過通電時被偏光虑光板阻隔,从目前液晶显示技术所应用的范围和层次来看，主动式矩阵驱动技术是以薄膜液晶体管型（TFT）为主流，多应用于笔记本电脑及动画、影像处理产品；而单纯矩阵驱动技术则以扭转向列（TN）和超扭转向列（STN）为主，目前的应用多以文字处理器和消费性产品为主。其中，生产TFT液晶显示器所需的资金投入和技术条件较高，而TN和STN的相对较低.,UFB是UltraFine&Bright的缩写,其特点为超薄和高亮度。在设计上UFB-LCD还采用了特别的光栅设计，可减小像素间距，以获得更佳的图像质量。通常UFBLCD可显示65536种色彩，能够达到128x160像素的分辨率，同时，UFBLCD的对比度还是STN液晶显示屏的两倍，在65536色时亮度与TFT显示屏不相上下，而耗电量比TFT显示屏少，并且售价与STN显示屏差不多，可说是结合这两种现有产品的优点于一身。UFB液晶显示屏使得拥有超大彩色液晶显示屏的多功能手机离我们已经越来越近。总体而言UFB比起TFT还是有一定的差距，而且耗电量也并不尽人意。,目前,手机用显示屏以TFT-LCD为主流,我们就以该类型为主要对象学习一下!STN与TFT区别：1.工作原理STN:增大液晶分子的扭曲角。TFT:为每个像素点设置一个开关电路，做到完全单独的控制一个像素点2.品质STN:亮度较暗，画面的质量较差，颜色不够丰富播放动画时有拖尾现象,耗电量小,价格便宜。TFT:亮度高，画面质量高，颜色丰富播放动画时清晰,耗电量大，价格高。,1.何谓TFT-LCD：TFTThinFilmTransistor薄膜晶体管LCDLiquidCrystalDisplay液晶显示器2.应用：由于TFT-LCD具有体积小、重量轻、低辐射线、低耗电量、全彩化等优点，故已广泛使用于各类显示器材上。,名词解释,1.分辨率(DisplayResolution)显示器上水平方向、垂直方向画素(pixel)之数目注：因一画素具有R、G、B三个子画素(sub-pixel)，故以分辨率1024x768之显示器为例，共具有3072x768个子画素,2.对比(ContrastRatio)显示器最大亮度值(全白)与最小亮度值(全黑)之比值，一般TFT-LCD之对比值为200:1至400:13.视角(ViewingAngle)在大角度观看的情况下，显示器亮暗对比变差会使画面失真，而在可接受的观测角度范围就称为视角。对于液晶显示器来说至少有三种参数来评价一个显示模式的视角范围:(1)对比度(ContrastRatio)(2)灰阶(GrayScale)(3)显色差异(ColorShift)4.反应时间(ResponseTime)从输入信号到输出影像所经历之时间，一般液晶显示器反应时间为2030msec(标准电影格式每画面为40msec),1.简介1-1.TFT-LCD使用之液晶为TN(TwistNematic)型液晶1-2.液晶分子呈椭圆状；TN型液晶一般是顺着长轴方向串接，长轴间彼此平行方式排列1-3.当接触到槽状表面时，液晶分子就会顺着槽的方向排列于槽中,1-4.当液晶被包含在两个槽状表面中间，且槽方向互相垂直，则液晶分子排列方向下表面液晶分子：沿着b方向上表面液晶分子：沿着a方向介于上下表面中间之分子：产生旋转效应,故液晶分子在两槽状表面间，产生90之旋转,2.光与液晶分子产生的效果2-1.当线性偏极光射入上层槽状表面时，此光线随着液晶分子之旋转亦产生旋转2-2.当线性偏极光射出下层槽状表面时，此光线已产生90旋转,2.3上下两表面之间加电压时，液晶分子会顺电场方向排列，成为直立排列之现象,此时入射光线即不受液晶分子影响，已直线射出下表面,3.偏光片之特性3-1.将非偏极光(一般光线)过滤成线性偏极光3-2.当非偏极光通过a方向之偏光片时，光线被过滤成与a方向平行之线性偏极光3-3.线性偏极光继续前进，通过a方向之偏光片时，光线通过；光线通过b方向之偏光片时，光线被完全阻挡,4.将偏光片、槽状表面、液晶组合后的光学效果4-1.当上下偏光片互相垂直时，若未施加电压，光线可通过4-2.当施加电压时，光线被完全阻挡,5.TFT-LCD显像原理5-1.SCANIC传输扫描信号DATAIC传输显像控制信号5-2.当某一sub-pixel导通时，该sub-pixel因无法透光而呈现黑色,内部晶体管电路,5-3.若该sub-pixel未导通，则因光通过CF而显示颜色5-4.经过光的合成效果，显示器即可产生彩色之效果,LCM基本构造,早期液晶显示器只生产LCD屏，驱动部分由客户自己设计制作。目前LCD生产厂家把LCD屏连接到COB板（带IC的PCB板）上，就做成了LCD模块,简称LCM(LCDModule)。LCD模块分字符型模块和图像型模块。字符模块有14行，划分840个字块，分别组成081，161，162404等字符型模块。每个字块由5x7点阵组成。每个字块单独驱动。图像型模块由多行多列的点阵像素组成，每个像素单独驱动，可显示文本、图像或同时显示文本和图像。图像型模块需要IC来控制，这种控制IC有些也装在LCD模块上。,IC与LCD的常见连接方式SMT是英文“Surfacemounttechnology”的缩写即表面安装技术，这是一种较传统的安装方式。其优点是可靠性高，缺点是体积大，成本高，限制LCM的小型化。,COB是英文“ChipOnBoard”的缩写，即芯片被邦定（Bonding）在PCB上，这样可大大地减少模块体积，同时在价格方面也可降低成本。由于IC制造商在LCD控制及相关芯片的生产上正在减小QFP（SMT型IC的一种，四边都有脚的那种）封装的产量，因此，在今后的产品中传统的SMT方式将被逐步取代。,TAB是英文“TapeAutomatedBonding”的缩写即各向异性导电胶(ACF)连接方式,将封装形式为TCP（TapeCarrierPackage带载封装）的IC用各向异性导电胶分别固定在LCD上。这种安装方式可减小LCM的重量、体积、安装方便、可靠性较好！最重要的是可以弯折。,COG是英文“ChipOnGlass”的缩写，即芯片通过ACF（AnisotropicConductiveFilm各向异性导电膜）被直接邦定在玻璃上。这种安装方式可大大减小整个LCD模块的体积，又比TAB方式更低成本，且易于大批量生产，适用于消费类电子产品用的LCD，如：手机,PDA、MP3等便携式电子产品。这种安装方式在IC生产商的推动下，是当今IC与LCD的主要连接方式。,COF是英文ChipOnFilm的缩写即芯片被直接安装在柔性PCB上。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与IC一起安装在柔性PCB上，随着COF薄膜（film）的迅速发展，目前已可以进入大量产阶段。这种连接方式可以方便地使代替TAB，又不用太贵的开模费用。并且可以做一些COG无法做到的小面积应用领域。,常见模块结构与制作方法1.COG模块一般由以下几个部分组成：LCD（含偏光片）、IC、ACF、FPC、硅胶、黑纸，以下逐个介绍各组成部分,LCD：如前述.IC：是整个液晶显示器的驱动部分，接收外界提供电源及单片机（CPU/MCU/MPU）所传过来的信号，而产生各种不同驱动波形到segment线和common线，从而产生不同的图案。这在后面的内容会有详细的介绍。ACF：各向异性导电膜，主体为粘胶，在常温下上具有轻微粘性，在温度为22010时具有很强粘性，使IC与LCD玻璃连接在一起，这种粘胶的里面掺杂有导电金球，这种金球只有410m直径，一旦受到适当压力就会变扁，甚至被压裂。如图示，当金球受热时，最外层的塑胶会被熔化掉，IC金引脚（突起）会压在金球上，金球又与LCD玻璃的引脚（ITO线）连在一起，所以电信号可以从IC传往LCD。ACF一般分为COG用（如AC8501、AC8304），TAB用（AC7106）。,FPC：软性线路板。柔软，可折叠，可适用于要求轻、折叠、体积小的手机、无绳电话机、便携式机器、家电（如MP3）等上。一般来说，FPC一端镀金，另一端镀金或锡，接触LCD一端一定要镀金，以保持良好接触性能。FPC压至LCD一端也是通过ACF来实现的上下导通的。但可以选用金球比较大的AC7106型来压，因为FPCpitch一般0.2mm，而AC7106的导电球大小为10m。,FPC有多种：1,按连接方式可以分为接插型和焊接型：接插型方便客户使用，较少出现焊接型的报废情况，但由于两个原因，导致接插型不被大家认可，一是接插型要配上connector（连接头），价格较贵，二是connector常出现接触不良的问题，甚至出现可靠性问题。逐渐大家改用焊接型的fpc。2,焊接型的fpc(镂空板)由于焊接方便、可靠性好（焊接牢固）等原因被较多人使用，但也有其不好的地方，就是pitch要大于等于0.8mm才好焊接，拆卸易断线，有时客户方不够空间。,硅胶：起绝缘、保护ITO引线等作用。有白色及黑色两种。无特别要求就用黑色。黑纸：起保护IC不让紫外光直射IC的作用。因为IC为半导体其线路部分在紫外光下会紊乱，从而造成不显示或全黑屏问题。,2.TAB模块的结构及生产制造方法TAB模块一般由以下几个部分组成：LCD、IC（TCP封装）、黑纸、TAB胶水。其中IC为TCP封装，是一种带状的封装，卷成整卷，像电影胶片一样，又称为菲林IC。TAB模块也是与COG一样，通过ACF连接的，通常用的ACF型号有AC7106。3.COF模块的制作方法：如下图所示，IC通过ACF压到FPC上，FPC又通过另一种ACF压到LCD玻璃上。,笔段型、字符型、图像型的区别1.笔段型：其显示内容为“8”字及一些图案，而不是点阵。2.字符型与图像型的显示内容都是由点阵组成，所不同的是字符型一般显示英文、数字，显示的字体为5X7点阵或5X8点的字，而图像型则可显示相对任意尺寸大小的字或图像，从IC内部构造来说，字符型IC内带字库（英文，数字，日文及常用符号），图像型则一般不带字库而是提供动态存储器，提供给用户写图案数据。字段型字符型图像型,字符型的字库：主要由数字、符号、英文字母等256个字符组成。其中1-8是留给使用者自由编写的8个字符空白区。可以编写例似“年”、“月”、“日”、“一”、“二”、“三”等简单的汉字及一些字库里找不到的符号。,模块的接口分类液晶显示器是被动显示的元器件，模块的首脑部分就是IC，液晶显示模块的接口就是driverIC的接口。接口就是LCM的驱动IC与使用者CPU之间的连接互相传递信息(数据)的方式。CPU通过接口线路传递数据/指令到LCM，LCM也可以通过接口线路传回给CPU，LCM的IC在接到正确的指令/数据后会作出正确的反应，显示CPU所指定的图像或字符在LCD屏上。LCM接口可以简单地分为并行口、串行和I2C总线。并行接口:指的是4位或8位数据线同时传输指令、数据的接口方式，一般以8位为主，像现有的COB模块就多为并行接口，字符型的有4位/8位两种并行方式，图像型的则都是8位并行口的。8位数据线名为DB0、DB1、DB7。,串行口:指的是一条数据线传输指令、数据的接口方式，多用在COG/TAB/COF方式的模块上。一条数据线通常名为SDA、或SID。I2C总线:则是一种独特方式的串行口，它是有接口简单，易于进行主/从选择，可以接线最少4根的简单接线、除开2根电源线(一正一负)外，只有23根线与CPU连接。一般TAB产品有并/串选择。COG产品可以将PS引出进行并/串选择.,并行口：串行口：,I2C总线:各自优缺点：,术语解释LCD：LiquidCrystalDisplay液晶显示LCM：Liqui