LCD发展简史要点

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Friedrich Re initzer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1 78. 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Ot to Lehmann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（Liquid Crgstal ）。液晶的合成和分类二十世纪二十年代，德国 Heidelberg大学的 Ludwi g Gat t er man n首先合 Hal l e大学的Dani el Vor l ander则先后合成了

2、 300多种液晶，并指出液晶分子 是棒状的分子。在此基础上，法国的George Fri edel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1 922年完成了液晶分类的工作，将液 晶划分为：近晶相、向列相和胆甾相。液晶的物理性能研究1917年Mangui n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。1909 年 E. Bose 建立 了 攒动（Swar m）学说，并得至U L. S. Or mst e i n 及 F. Zer n i k e 等人的实验支持（1918年），后经d e Gen n es论述为统计性起伏。G. W. Os een和 H.

3、 Zocher 1933年创立连续体理论，并得至U F. C. Fr ank完善 （1958 年 ）。M. Bor n（1916年）和K. Licht ennecker （ 1926年）发现并研究了液晶的介电各向异性。 1 932年，W. Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1 927年，V. Fr e ed e r i c ks z 和V. Zol i nao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（Fr eeder i chsz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RCA公司R.Williams发现向列相液晶

4、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（GH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（Twisted Nematic : TN）模式，1980 年 N.Clark 等提出铁电液晶模式（FLC），19831985 年 T.Scheffer 等人先后提出超扭曲向列相（ Super Twisred Nematic : STN）

5、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 （RTN及反射式STN（RSTN模式。液晶显示器产业的形成、发展及布局自1 9 68年 Hei I mei r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 Rockwel l 公 司 开 始 生 产 DSM-LCD 的 计 算 机 。 Opt e I公司则生产 DSM- L CD手表。日本Sharp、Epson等公司此类产品及工艺的 成 熟

6、 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 (Active Matrix)的方式。该方式最早于1972年由P. Brody提出。经1 0多年的 研 究

7、 ， 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1 983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. Fi scher 于 1972 年 提 出 在

8、 液 晶 盒 外 加 R、 G、 B 镶 嵌 滤 色 片 的 混 色 方 法 。 到 1981 年 T. Uchi da 等 人 将 其 发 展 到 盒 内 ， 并 逐 渐 成 熟 。 它 与 AM 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、 Ep

9、son 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%的 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TN HTN STN的结构:面偏光片液晶璃极FSTN ECB-Multi-color STN 的结构:DSTN勺结构:-面偏光片电极底偏光片补 偿 盒.& JH1Color STN的结构:底偏光片面偏光片补偿膜RGB三色 滤迷膜 电极LCD的显示原理TN型扭曲向列相（TN）显示

10、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。这种结构类似于胆甾相结构，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 。右图为一个TN盒的示意图， 黑线代表分别贴在显示器上

11、、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鏡子，它将透 射光反射回来。右图为光进入液晶盒后随着扭曲从液晶盒中岀来的光呈现银灰色。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:依靠电

12、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。-返回-Voltage-test-test20.5- 1.0-J l.S 2.02.53 DVoltageSTN型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

13、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，由于超扭曲向列型（STN）显示器 的岀现而得到解决。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岀其开 态和关态的电压非常接近。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

14、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）。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制作过程切割STN 1灌注液晶TN调倉LCD的驱动方式对于TN及STN- L

15、CD 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，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：其驱动电路原理图1.LCD静态驱动示意图图2.驱动电路原理图驱动波形根据此电信号，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.多路驱动图4.电极阵列基本思想电极沿X、Y方向排列成矩阵（如图4）, 按顺序给

16、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：Dut y =Tr / Tf =1 / N。电压平均化从多路驱动的基本思想可以看岀，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 致，非选点电压 Vof f 致。为了使相素在选通电压作用下被

17、选通；而在非选通电压作用下不选通，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Dut y、Bi as满足以下关系时，Vn/V“f取极大值。满足下式的a ,即为驱动路数为N的最佳偏压值。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Bi as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（+）负极性帧（-）扫描电极COM选通

18、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 160 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 45.6mm39.6 X53.6mm背景照明白色LED*5白色LED*1:不包括凸起，如 FPC等部位。*2 :当将全屏幕作为静止图像显示时。不包括背景照明24线显示时*3*4*5当部分显示模式为 室温（25C）下。 可选。*6 :规格如有变化，恕不另行通知我们最新的系列产品-超级扭曲（STN半透式彩色液晶显示模块，是

19、面向持续飞速发展的移动电话市场的最新产品，是手机内置彩色液晶显示屏的最佳选择，具有高图像品质、高密度、紧凑以及低功耗等特色该系列产品适用于大屏 幕型号的非翻盖式手机的 45mm（ 1.7英寸）型号和翻盖式手机的51mm（ 2.0英寸）型号。尺寸为45mm勺显示模块目前已经开始批量生产，而尺寸为51mm勺显示模块预计将于 2001年春季进行大规模生产。51mm（ 2.0英寸）STr半透式彩色液晶显示模块。功能特征* 高密度、大屏幕，适合浏览电子邮件和互联网* 高图像品质利用带有面板所提供的反射镜以及MLS （多行扫描）驱动的 SPD技术，实现高对比和彩色重现效果* 紧凑内置VRAM、升压器和电源

20、电路* 超级低功耗亮区无需背景照明MLS驱动部分显示功能在待机时可减少功耗可清除彩色显示，包括带有背景照明的暗区在内应用范围能够浏览电子邮件和互联网的手机（ Web电话）全新A-GRADE相关需求请：联系我们品牌型号技术指标尺寸像素点阵接口方式可视角度1对度比1I亮度备注日本SHARP专业生产高品质的液晶显示屏SHARP |LQ104V1dG1710.4640*RGB*480TTL70/70/55/55300:1350TFTLQ121S1DG1110.4640*RGB*480TTL70/70/55/55300:1250LQ150X1DG11151024*RGB*768TTL70/70/60/6

21、0300:1220LQ150X1DG51151024*RGB*768TTL70/70/60/60300:1200韩国 LG.PHILIPS专业生产高品质的液晶显示屏，主要提供给PHILIPS使用LG PHILIPSLB121S1-A212.1800*RGB*600TTL60/60/40/45200:1300TFTLM151X0515.11024*RGB*768TTL75/75/55/60300:1250吉林彩晶中国大陆TFT-LCD液晶唯一生产厂家，主要产品为10.4”，类同日本东芝吉林彩晶CJM10C011A10.4640*RGB*480TTL40/40/20/25200:1|250|台湾A

22、U2001年宏基ACER和联友光电 Unipac合并，成为世界第二大液晶生产基地，可提供大、小尺寸液晶屏AUUP040D014160*RGB*234ANALOG45/45/10/30150:1250TFTUP056D015.6320*RGB*234ANALOG45/45/10/30150:1300UP068D016.8384*RGB*234ANALOG45/45/10/30150:1300UR084S 018.4800*RGB*600LVDS40/40/30/10200:1150L170E3171280*RGB*1024LVDS75/75/70/70400:1250M150XN05151024*RGB*768TTL60/60/40/60300:1250A201SN0120.1800*RGB*600TTL80/80/80/80500:1500台湾奇美 CHIMEI主要生产大尺寸液晶显示模块，部分为日本FUJISTU和韩国SAMSUNG 提供OEM产品，品质优秀CHIMEIM15