数显液晶及其显示原理器件NEW总结

数显液晶及其显示原理器件NEW总结第1页/共65页§5液晶显示器件（LCD）什么是液晶？第2页/共65页液晶的基本知识1、液晶（LC：LiquidCrystal）液晶（液态晶体的简称）处于液态和晶态之间的中间态的一种物质液晶外观是流动的混浊液体，同时又具有光学各向异性

——晶体所特有的双折射特性第3页/共65页液晶的基本知识1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔（F.Reinitzer）首先发现了液晶1968年，美国RCA公司海麦尔（G.H.Heilmeier）首先发现了液晶的电光效应1973年日本SHARP公司制造出世界上第一个液晶显示器件（LCD：LiquidCrystalDevice）第4页/共65页2、液晶的类型液晶的基本知识（1）热致液晶（2）溶致液晶在一定的温度范围内才呈现液晶态的物质将某些物质溶于另一种物质时形成的液晶态物质溶致液晶广泛存在于自然界，特别是生物体内。很多生物体的构造，例如大脑、神经、肌肉、血液等生命的新陈代谢、知觉、信息传递等生命现象都与溶致液晶有关溶致液晶在显示技术中尚无应用热致液晶溶致液晶第5页/共65页热致液晶的基本类型热致液晶近晶型（Smectic）向列型（Nematic）胆甾（zai灾）型（Cholesteric）特异型第6页/共65页作为显示技术应用的液晶都是热致液晶

低于温度T1，就变成固体（晶体），称T1为液晶的熔点，高于温度T2就变成清澈透明各向同性的液态，称T2为液晶的清亮点。LCD能工作的极限温度范围基本上由T1和T2确定。第7页/共65页近晶型（Smectic）液晶热致液晶的基本类型液晶分子呈二维有序性：分子排列成层状，层内分子长轴彼此平行而与层面垂直或相交，重心位于同一平面内，同一层内分子间距没有规则性，分子层相互堆砌，分子只能在层内运动而不能层间运动近晶型液晶的粘度与表面张力都较大，对外界磁场、温度变化不敏感。第8页/共65页向列型（Nematic）液晶热致液晶的基本类型液晶分子只有一维有序：分子长轴彼此平行但分子重心分布无序、不分层，分子可以自由流动，分子在空间排列成线状，始终平行某一方向向列型液晶流动性最大；对外界电磁、温度、应力变化都很敏感，（目前显示器中应用最多的液晶材料）第9页/共65页胆甾型（Cholesteric）液晶热致液晶的基本类型液晶分子排列成层，每层分子长轴方向相同，平行于层，但每层长轴方向转动变化，多层扭转成螺旋形，螺距约为0.3μm，与可见光波长相当胆甾型液晶在外部应力、电、磁等条件变化时，与螺距方向平行传播的光会产生双折射、旋光性等变化第10页/共65页特异型液晶热致液晶的基本类型盘型液晶重入型液晶分子排列呈圆盘状没有电各向异性有光学各向异性在降温过程中近晶型液晶两端都会出现的向列型现象第11页/共65页3、液晶的应用物理性质液晶的基本知识在电的作用下，液晶分子的初始排列发生改变，从而使液晶的光学性质发生变化的现象液晶的电光效应微小的外部能量——电场、磁场、应力、热能等就能实现液晶分子状态间的转变，从而引起液晶的光、电、磁等物理性质的各向异性的改变液晶的异向性第12页/共65页4、液晶电光效应的主要类型液晶的基本知识扭曲向列（TwistedNematic）效应宾主（GH）效应相畸变（PC）效应铁电（FE）效应超扭曲向列（SuperTwistedNematic）效应双重超扭曲向列（DSTN）效应电控双折射（ECB）效应存贮效应电流效应电热效应——动态散射（DynamicScattering）效应电场效应第13页/共65页液晶显示器LiquidCrystalDisplayDevice第14页/共65页1、LCD的基本类型液晶显示器（LCD：LiquidCrystalDisplayDevice

）（按电光效应不同分类）液晶显示器件LCD——动态散射型（DS）电场效应型电流效应型电热效应型铁电型（FLC）相变型（PC）正性液晶负性液晶扭曲向列型（TN）沿平面平行排列型垂直排列型扭曲排列型宾主型（GH）STNDSTNNTNSBEOMI超扭曲向列型（STN）电控双折射型（ECB）垂直型（DAP）沿面型混合排列型（HAN）第15页/共65页第16页/共65页2、LCD的基本结构液晶显示器玻璃基片彩色滤光片TFTTFTTFT玻璃基片偏振片偏振片取向膜透明电极LCD

是具有电学双向性的高电阻、电容性器件液晶第17页/共65页液晶玻璃基片彩色滤光片玻璃基片3、LCD显示的基本原理液晶显示器利用液晶材料的电光效应（双折射、宾主效应等），液晶单元起光阀开关作用用外光源照射液晶板三基色（红绿蓝）滤色片对应的三个液晶单元组成一个彩色像素背光源第18页/共65页4、LCD的显示方式液晶显示器直观式显示投影式显示透射式反射式半透射式光写入式热（激光）写入式电（矩阵驱动）写入式第19页/共65页（1）透射式LCD显示方式背光源透射式显示需要照明光源（背光源）透射式LCD的优点:

对比度高、亮度强、彩色重现范围大（透射式显示是LCD的主流）液晶玻璃基片彩色滤光片玻璃基片第20页/共65页（2）反射式液晶玻璃基片彩色滤光片玻璃基片反射板反射式LCD

采用反射板，直接利用自然环境光进行显示，没有专用背光源反射式LCD的显示性能比透射式差，不能在暗场所使用反射式LCD的优点：电消耗小、显示模块薄、紧凑（适合于电池驱动的便携机）LCD显示方式第21页/共65页（3）投影式LCD显示方式DM（二色镜）DMDMDMM（反射镜）MUV-IR滤光片场透镜LCD面板投影透镜屏幕第22页/共65页5、LCD

的驱动方式液晶显示器静态驱动（直接寻址驱动）动态驱动有源矩阵驱动光束扫描驱动多路寻址驱动无源矩阵驱动第23页/共65页（1）静态驱动（直接寻址驱动）LCD驱

动方式将显示图案分成若干笔段对显示的像素电极（段型电极）分别同时施加驱动电压只适用于简单图案(位数有限的数字)显示将显示图案分成若干单元显示的像素电极（单元电极）分时施加驱动电压适用于多位数的段型数字驱动（2）多路寻址驱动第24页/共65页（3）无源矩阵驱动（简单矩阵寻址驱动）点阵型电极n个行(X)电极与m个列(Y)电极将m×n个交叉点构成的像素以m+n个电路实施驱动LCD驱

动方式多用于计算机、手表、游戏机及笔记本电脑等各类家电产品的显示驱动电压为时间分割脉冲。各像素承受一定周期的间歇式电压激励。一般以30Hz以上的帧频对行电极进行逐行扫描，对列电极同步施加亮和不亮的选通信号第25页/共65页（4）有源矩阵驱动（开关矩阵驱动）LCD驱

动方式非线性器件：如非线性电阻、金属—绝缘体—金属隧道二极管（MIM）、非线性薄膜场效应晶体管（TFT）和电荷存贮电容等有源矩阵驱动是在无源矩阵的基础上在每个像素点增加一个具有开关特性的非线性器件。通过适当的选通信号，利用开关器件的开关或非线性特性对像素施加驱动电压，以避免无源驱动因半选通引起的各种不正常显示第26页/共65页有源矩阵驱动LCD类型有源矩阵驱动二端三端MIM（金属-绝缘体-金属隧道二极管）MSM（金属-半绝缘体-金属二极管）DR（二极管环）BTBD（背对背二极管）ZnO变阻器单晶硅MOSFETTFT（薄膜晶体管）目前彩色液晶电视都采用有源矩阵驱动LCD有源矩阵型

（AM-LCD）a-Si（非晶硅）p-Si（多晶硅）CdSe（硒化镉）Te（碲）第27页/共65页TFT

AM-LCD有源矩阵驱动取样保持电路扫描电路X1X2XnY1Y2Y3Ym••••••••••信号漏极母线栅极母线第28页/共65页（5）光束扫描驱动LCD驱

动方式通过光束的扫描形成像素（光束点相当于一个像素）在面板上没有被分割的像素电极投影显示方式中的光写入式、热（激光）写入式属于光束扫描驱动第29页/共65页易于实现薄型大屏幕，显示信息量大，易于彩色化纯平而无图像畸变，不受电磁干扰没有会聚和聚焦问题无辐射污染工作电压低，功耗小寿命长（6万小时）6、液晶显示技术特点显示视角：电视机可达170°。一般30°~40°响应速度慢（ms数量级）图像亮度、对比度不够价格高液晶显示器第30页/共65页液晶电视机第31页/共65页彩色液晶电视机的组成方框图液晶电视机调谐器中放视频检波视频放大彩色解调时序彩色

取样

开关G

电平放大R

电平放大B

电平放大SVVS取样保持信号驱动器同步电路音频放大SVSH扫描驱动器液晶彩色显示屏第32页/共65页等离子体电视等离子体显示基本原理等离子体显示器(PDP)基本结构与类型彩色PDP工作原理等离子体显示技术特点等离子彩色电视机的组成PlasmaDisplayPanelTelevision第33页/共65页等离子体显示基本原理第34页/共65页等离子体显示基本原理1、等离子体等离子体（Plasma）主要由电子和正离子（或带正电的核）组成的物质宇宙中99%的物质是等离子体（太阳、恒星、星云）地球上天然等离子体非常稀少（闪电、极光、高空电离层）人造等离子体电弧、霓虹灯、日光灯发光时管内物质、原子弹爆炸火球等离子体是良导体（高温气体是绝缘体）第35页/共65页等离子体显示基本原理2、等离子体显示器（PDP：PlasmaDisplayPanel）3、PDP发光机理利用气体放电（电离）而发光的平板显示器件的总称①利用混合惰性气体（Ne氖-Xe氙、He氦-Ne、He-Ne-Xe）在外加电压的作用下放电，使原子受激发而跃迁，发射出真空紫外线（VUV：VacuumUltraviolet）②利用气体放电产生的真空紫外线（<200nm），激发光致荧光粉发射出可见光（类似普通日光灯或氖灯管）第36页/共65页等离子体显示基本原理4、等离子体显示屏一个等离子腔（气体放电发光单元）相当于一个像素中的一种基色。几百万等离子腔排列在一起构成屏幕屏体由相距100~200μm的两块玻璃板（前后基板），分隔成几百万等离子腔密封在两层玻璃之间的等离子腔体内部充有1/500大气压左右的混合惰性气体利用特殊的电极和驱动技术使气体放电产生紫外线，激励RGB荧光粉发出可见光第37页/共65页等离子体显示器(PDP)

基本结构与类型第38页/共65页PDP基本结构与类型1、PDP基本类型PDPDC-PDPAC-PDP对面放电型表面放电型AC/DC-PDP三电极表面放电型（反射式）两电极表面放电型（透射式）第39页/共65页2、PDP基本结构

☆

DC-PDP气体放电PDP基本结构与类型电极曝露于放电空间，电极易受离子撞击冲蚀响应速度快，制作成本低后基板障壁荧光体荧光体阳极障壁阴极前基板第40页/共65页☆AC-PDP气体放电PDP基本结构绝缘层后基板前基板障壁障壁荧光体荧光体绝缘层电极用覆盖绝缘介质层与气体相隔离，寿命长结构复杂，技术要求高，成本高MgO

保护膜Y（列）电极X（行）电极（对向放电型）电极间电容小，绝缘性能要求低，易于提高分辨率荧光粉处于离子轰击区，容易劣化第41页/共65页☆

AC-PDP（两电极表面放电型/透射式）气体放电PDP基本结构障壁荧光体荧光体绝缘层后基板障壁前基板X（行）电极Y（列）电极表面放电型PDP荧光粉不处于离子轰击区，寿命长容易实现单元工作特性的一致性亮度和发光效率高（相对对向放电型）第42页/共65页☆AC-PDP（三电极表面放电型/反射式）气体放电后基板前基板障壁障壁绝缘层绝缘层荧光体荧光体PDP基本结构反射式结构PDP的荧光粉涂覆在后基板和障壁的侧壁，亮度和发光效率比透射式高，视角大寻址电极A扫描(X)电极维持(Y)电极第43页/共65页彩色PDP

工作原理第44页/共65页彩色

PDP工作原理1、点亮状态Vwr写入电压––––––+++++VS维持电压前基板后基板A障壁障壁绝缘层XY绝缘层A寻址电极X

扫描电极Y

维持电极壁电荷三电极表面放电型彩色AC-PDP工作原理第45页/共65页1、点亮状态三电极表面放电型彩色AC-PDP工作原理后基板A前基板障壁障壁绝缘层A寻址电极XYX

扫描电极Y

维持电极–––+++++––绝缘层Vwr写入电压Vs维持电压Ve擦除电压彩色

PDP工作原理2、熄灭状态第46页/共65页彩色

PDP工作原理3、灰度的控制分离子场技术：将一帧图像的显示时间分成若干段来显示，每段的维持显示时间不同实现不同灰度每场图像分成8个子场(sub-field)，可实现256(28)级灰度控制124816326412812345678（寻址与显示分离的子场驱动技术）第47页/共65页彩色

PDP工作原理4、彩色显示的实现通过控制每个R、G、B

放电单元累计放电时间的长短，控制该单元的亮度，再通过空间混色法实现彩色显示256(28)级灰度控制模式可实现16777216(224)种彩色显示采用数字灰度技术，可实现16位和24位真彩色显示第48页/共65页彩色

PDP工作原理☆弯曲障壁结构（富士通）发光效率高结构精度高，制作难度大第49页/共65页彩色

PDP工作原理☆非对称单元结构（松下）提高色温度（白平衡）单元工作电压偏差范围增大绝缘层前基板绝缘层后基板第50页/共65页彩色

PDP工作原理☆彩色滤色片（CCF：CapsulatedColorFilter松下）提高色纯度和图像对比度扩大彩色再现范围绝缘层后基板绝缘层前基板第51页/共65页5、PDP

驱动方法（2）线扫描驱动（3）面驱动（1）点顺序驱动彩色

PDP工作原理第52页/共65页PDP驱动方法（1）点顺序驱动驱动电路视频处理调制驱动电路第53页/共65页PDP驱动方法（2）线扫描驱动驱动电路视频处理1H存储器第54页/共65页视频处理1场存储器PDP驱动方法（3）面驱动第55页/共65页（4）PDP

驱动电路彩色

PDP工作原理三电极彩色AC-PDP驱动电路方框组成维持电极驱动脉冲产生电路

扫描电极驱动脉冲产生电路

扫描电极驱动器

显示数据缓冲

寻址电极驱动器

•••••••••••••PDP显示数据扫描时序控制信号驱动时序控制信号第56页/共65页等离子体显示技术特点第57页/共65页等离子体显示技术特点易于实现薄型大屏幕，可实现全彩色显示纯平而无图像畸变，不受电磁干扰没有会聚和聚焦问题具有高速响应特性，可以显示速度很快的运动图像视角宽，可达180°图像亮度均匀性好、对比度较高寿命长（4万小时以上）功耗大有较强的高频电磁辐射价格高第58页/共65页等离子彩色电视机的组成第59页/共65页等离子彩色电视机的方框组成PDP输出处理扫描变换处理信号控制信号产生电路A/D

、S/P变换逆γ校正帧存储器时序信号产生电路视频信号

RGB

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YR-YB-Y/YPRPB同步信号Sync.彩色信号处理电路第60页/共65页液晶电视与等离子电视的比较项目液晶电视等离子电视优点薄型大屏幕彩色显示纯平而无图像畸变，不受电磁干扰没有会聚和聚焦问题可视角170°~178°响应速度稍慢，ms数量级高速，µs数量