液晶显示器基本原理

1、Liquid Crystal DisplayWhat is LC ? 母玻璃母玻璃Glass. 偏光的作用偏光的作用 透明的电极透明的电极ITO and 偏光膜偏光膜 配向器配向器Director and 研磨研磨Rubbing 扭曲液晶扭曲液晶TN and 超扭曲液晶超扭曲液晶STN LCD的驱动方法的驱动方法 LCD动作原理动作原理 LCD的特性与应用的特性与应用What is LC ?Between Liquid and Crystal液晶为液体与结晶之合成语。液晶为液体与结晶之合成语。它是正好处于结晶与液体的中间状态，也即是看似它是正好处于结晶与液体的中间状态，也即是看似液体的状态，而

2、动作却又像固体。液体的状态，而动作却又像固体。其分子与原子像液体一样是零散分布，却又像结晶一其分子与原子像液体一样是零散分布，却又像结晶一样，往某一定方向对齐。样，往某一定方向对齐。Smectic and Nematic某些液晶虽然长分子为零散分布，但是，全体又向长某些液晶虽然长分子为零散分布，但是，全体又向长轴方向对齐，此一对齐的东西又在上下方向形成层状轴方向对齐，此一对齐的东西又在上下方向形成层状，此种液晶称为，此种液晶称为Smectic，可以用来做为强诱电，可以用来做为强诱电性的液晶装置。也有长分子只向某一方向对齐的，称性的液晶装置。也有长分子只向某一方向对齐的，称之之Nematic母玻

3、璃母玻璃Glass FLCD of glass用来做液晶显示装置的玻璃板与一般使用的门窗玻璃用来做液晶显示装置的玻璃板与一般使用的门窗玻璃不一样，首先，表面必须很光滑，而且不能有弯曲起不一样，首先，表面必须很光滑，而且不能有弯曲起伏不平现象，平面性要高。伏不平现象，平面性要高。FMaterial of glass一般的玻璃包含有大量的钠元素，要做一般的玻璃包含有大量的钠元素，要做 TFT玻璃表玻璃表面加工时，非常麻烦。因此必须使用无碱性面加工时，非常麻烦。因此必须使用无碱性(alkali) 玻璃。玻璃。玻璃板的制作方法很困难。要求平面性高且薄型化。玻璃板的制作方法很困难。要求平面性高且薄型化。

4、玻璃基板的厚度为玻璃基板的厚度为1.1 mm 或或 0.7mm，最近有作，最近有作0.3mm的的, 而且，厚度必须很均匀。而且，厚度必须很均匀。母玻璃母玻璃Glass Size of glass3代代 的母玻璃的母玻璃size 为为 550 x650 mm 3.5代代 的母玻璃的母玻璃size 为为 600 x720 mm母玻璃大小 (mm x mm)550 x650650 x850750 x900900 x110012吋6991513吋4691515吋4461017吋246919吋244920吋1246畫面大小畫 面 大 小5.0吋6.4吋7吋8.0吋10.4吋370 x470mm15986

5、4母玻璃大小 (mm x mm)2.5代代 的母玻璃的母玻璃size 为为 370 x470 mm 偏光板的作用偏光板的作用我们平常所看到的光，为往各方向振动的波之混合。我们平常所看到的光，为往各方向振动的波之混合。也即是往也即是往360度各种方向振动的光到达我们的眼睛。度各种方向振动的光到达我们的眼睛。能够取出往某一方向振动的光的装置，称之为偏光板能够取出往某一方向振动的光的装置，称之为偏光板。上、下装置有偏光板，互成直角。上、下装置有偏光板，互成直角90的方向，则光的方向，则光线无法透过，呈现黑色。线无法透过，呈现黑色。上、下装置有偏光板，方向相同时则光线能够透过，呈上、下装置有偏光板，方

6、向相同时则光线能够透过，呈现白色。现白色。二片偏光板的作用二片偏光板的作用透明的电极透明的电极ITO and 偏光板偏光板FITO (Indium Tin Oxide)在二片玻璃板之间夹入液晶，为了使光线能够通过此一液晶在二片玻璃板之间夹入液晶，为了使光线能够通过此一液晶或不通过，也即是，为了驱动液晶，必须于其上、下加入电或不通过，也即是，为了驱动液晶，必须于其上、下加入电极。一般的电极为金属电极，而液晶独特的电极为透明电极极。一般的电极为金属电极，而液晶独特的电极为透明电极，使光可透过去。，使光可透过去。将电压加在液晶将电压加在液晶(以没有扭曲功能以没有扭曲功能Untwisted而言而言)上

7、下的透明上下的透明电极，可以使电极，可以使LCD成为全白，或者加入中间值电压，而成为成为全白，或者加入中间值电压，而成为中间调之灰色。如果将电压切除，则中间调之灰色。如果将电压切除，则LCD成为全黑。成为全黑。若以若以 TN 液晶而言，因为它具有扭曲液晶而言，因为它具有扭曲90及偏光能力，所以及偏光能力，所以加电压时为加电压时为LCD为黑色，不加电压为白色。为黑色，不加电压为白色。透明的电极透明的电极ITO and 偏光板偏光板 (polarizer) 偏光板偏光板在二片玻璃板的外侧，也即是在夹有液晶的玻璃板的另外在二片玻璃板的外侧，也即是在夹有液晶的玻璃板的另外一面还需要附上偏光板。如，液晶

8、显示装置的原形算一面还需要附上偏光板。如，液晶显示装置的原形算是出现了是出现了。配向膜配向膜Director and 研磨研磨Rubbing 液晶液晶(TN)上下之玻璃基板之间会扭转上下之玻璃基板之间会扭转90，此主要是利，此主要是利用配向膜达成的。用配向膜达成的。配向膜为在玻璃基板的表面上作为配向膜为在玻璃基板的表面上作为Polyimide (流亚氨流亚氨)薄薄膜，并于此一薄膜上做研磨膜，并于此一薄膜上做研磨 (rubbing)。研磨为利用尼龙研磨为利用尼龙 (nylon) 所做成的转轮所做成的转轮 (roll) ，也即是刷，也即是刷毛，在配向膜表面上摩擦，使得配向膜的表面产生微细毛，在配向

9、膜表面上摩擦，使得配向膜的表面产生微细之伤痕，液晶分子会沿此一伤痕平行排列。之伤痕，液晶分子会沿此一伤痕平行排列。上、下所磨擦的方向正好相差上、下所磨擦的方向正好相差90。动作原理动作原理扭曲液晶扭曲液晶TN and 超扭曲液晶超扭曲液晶STNF TN (Twisted Nematic)此所谓扭曲是指棒形液晶分子的并列方向之扭曲。此所谓扭曲是指棒形液晶分子的并列方向之扭曲。一般的一般的LCD，上、下偏光板的方向为采用互为直角的方式，上、下偏光板的方向为采用互为直角的方式，液晶为夹在此上下偏光板之间。，液晶为夹在此上下偏光板之间。可是，在上下偏光板中间的液晶分子，为了与上下排列方可是，在上下偏光

10、板中间的液晶分子，为了与上下排列方向对齐，会逐渐改变其方向，也即是由下方开始扭曲，总向对齐，会逐渐改变其方向，也即是由下方开始扭曲，总共扭曲共扭曲90后，与上方偏光板方向对齐。此种液晶分子排后，与上方偏光板方向对齐。此种液晶分子排列方向逐渐扭曲的情形称为列方向逐渐扭曲的情形称为Twisted Nematic (TN)扭曲液晶扭曲液晶TN and 超扭曲液晶超扭曲液晶STNF STN (Super Twisted Nematic)液晶扭转角度超过液晶扭转角度超过90以上，此可以达到极细微的显示，以上，此可以达到极细微的显示，一般为在上、下之间扭转约一般为在上、下之间扭转约180 270 TN加入

11、电压之透过率的变化比加入电压之透过率的变化比STN较缓慢，其与相邻部分较缓慢，其与相邻部分的区别较难，也即是，不适合微细之显示之用。的区别较难，也即是，不适合微细之显示之用。STN有一缺点，在有一缺点，在TN的平常白的平常白(Normally white)的背景情的背景情况下，会出现黄色与蓝绿色之着色。对况下，会出现黄色与蓝绿色之着色。对TN而言，只要控制而言，只要控制偏光方向的施旋光性即可，而偏光方向的施旋光性即可，而STN的显示原理为利用液晶的的显示原理为利用液晶的复折射现象，当光通过液晶，受到复折射时，会产生光的复折射现象，当光通过液晶，受到复折射时，会产生光的干扰，而使其着上颜色，此对

12、于彩色化而言会增加其困难干扰，而使其着上颜色，此对于彩色化而言会增加其困难度。解决的方法为，在其上加上相位差板即可解决问度。解决的方法为，在其上加上相位差板即可解决问题，不过此时只是无彩色状况，如要使其有彩色，仍然必题，不过此时只是无彩色状况，如要使其有彩色，仍然必须加上彩色滤光器须加上彩色滤光器 (Color filter) 基板，才能有彩色化。基板，才能有彩色化。LCD的驱动方法的驱动方法所谓驱动方法为如何使液晶显示器所谓驱动方法为如何使液晶显示器(LCD)能够显示出文字能够显示出文字与图形。与图形。静态驱动静态驱动(Static drive)方式方式最初的液晶显示屏幕，由于只是用来显示以

13、七个灯节最初的液晶显示屏幕，由于只是用来显示以七个灯节(Segment)方式所构成的方式所构成的8 字形为主的简单字型，只要使用字形为主的简单字型，只要使用同一个下电极就可以完全驱动的静态同一个下电极就可以完全驱动的静态(Static drive)。例如。例如:电子计算器、电子锅、收音机、行动电话的显示面板。电子计算器、电子锅、收音机、行动电话的显示面板。但是如果要做复杂图形之显示时，所使用的灯节数目要增但是如果要做复杂图形之显示时，所使用的灯节数目要增加，各灯节都须要配线，相当麻烦。加，各灯节都须要配线，相当麻烦。LCD的驱动方法的驱动方法动态驱动动态驱动(Dynamic drive)方式方

14、式要做任意形状的文字或图形的显示，静态驱动有其困难。要做任意形状的文字或图形的显示，静态驱动有其困难。所以就有动态驱动的产生，又称主动驱动所以就有动态驱动的产生，又称主动驱动(Active drive)。动态驱动的基本要素为一个点。在上方的玻璃基板上刻上动态驱动的基本要素为一个点。在上方的玻璃基板上刻上Y方向的条状电极，在下方的玻璃基板上刻上方向的条状电极，在下方的玻璃基板上刻上X方向的电方向的电极，交差点即成为一个画素。由于其形成许多的方格状，极，交差点即成为一个画素。由于其形成许多的方格状，所以也称为矩阵所以也称为矩阵 (matrix)驱动。在驱动。在X与与Y电极交错上加电极交错上加入电压

15、，其颜色会产生变化。入电压，其颜色会产生变化。LCD动作原理动作原理对于光线行进方向会加以改变的性质称为施旋光性。也对于光线行进方向会加以改变的性质称为施旋光性。也即是即是TN液晶，将液晶显示装置的原理为利用扭曲配置的液液晶，将液晶显示装置的原理为利用扭曲配置的液晶分子的施旋光性以及外加电压的控制，而达到显示的目的。晶分子的施旋光性以及外加电压的控制，而达到显示的目的。TN液晶的施旋光性即是表示因为它扭曲的特性，可将光源透液晶的施旋光性即是表示因为它扭曲的特性，可将光源透过。可是加入电压后会使它扭曲的特性消失，而成为直立，过。可是加入电压后会使它扭曲的特性消失，而成为直立，而不能将光源透过，所以以肉眼看来即是黑色的。而不能将光源透过，所以以肉眼看来即是黑色的。LCD的特性与应用的特性与应用LCD具有薄型、轻量、低电压驱动、低消耗电功率之优具有薄型、轻量、低电压驱动、低消耗电功率之优点，最近几年来逐渐被应用在各式各样显示装置，又点，最近几年来逐