液晶显示基础

液晶显示基础1第1页，共22页，2023年，2月20日，星期六一、液晶及其分子结构

物质三态:固态、液态、气态液晶(LiquidCrystal)：是能在某个温度范围内兼有液体和晶体两者特性的物质，也叫液晶相和中介相，又称为物质的第四态。

液晶电视机是以液晶显示器（LCD）作为屏幕的一种平板电视机，它是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。2第2页，共22页，2023年，2月20日，星期六液晶的历史

1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔发现胆甾醇苯甲酸酯在145.5℃熔化时，形成了雾浊的液体，并出现蓝紫色的双折射现象，直至178.5℃时才形成各向同性的液体。其后在莱尼茨尔和德国物理学家莱曼的共同努力下，认为胆甾醇苯甲酸酯在固态和液态之间呈现出的是一种新的物质相态，将其命名为液晶。3第3页，共22页，2023年，2月20日，星期六液晶分子结构

液晶分子形状：细长棒形，宽约1nm，长约10nm。(a)晶体（b）液晶（c）液体4第4页，共22页，2023年，2月20日，星期六液晶的种类

液晶种类达数千种，主要类型有：⑴热致液晶：通过加热而形成的液晶（分为：近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。⑵溶致液晶：有机物在溶剂作用下形成的液晶。如肥皂水气泡。⑶感应液晶：外场（力、电、磁、光等）感应作用下形成的液晶。⑷流致液晶：在流动场作用下而形成液晶。5第5页，共22页，2023年，2月20日，星期六热致液晶分为向列相（丝状液晶）、胆甾相（螺旋状液晶）和近晶相液晶（层状液晶）。分子结构差异如图示。6第6页，共22页，2023年，2月20日，星期六1．近晶相液晶近晶相液晶分子排列分子分层排列，有同一的方向，比较接近晶体，故称为近晶相。分子粘度大,分子可以左右、前后滑动，但不能在上下层间移动，响应速度慢，多用于光记忆材料的发展上。7第7页，共22页，2023年，2月20日，星期六向列相液晶分子排列2．向列相液晶分子位置杂乱，没有层状结构，但方向大致一致，故称为向列相。液晶粘度小，分子容易顺着长轴方向自由移动。是光电子技术和显示上最为广泛应用的液晶。8第8页，共22页，2023年，2月20日，星期六分子排列特点：在某一平面内分子长轴的指向一致，与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空间成一螺旋。

胆甾相液晶分子排列3．胆甾相液晶9第9页，共22页，2023年，2月20日，星期六（1）边界取向性质在最简单的自由边界上，液晶分子的取向可以垂直、平行、倾斜于边界。如果边界是一层刻有凹凸沟槽的取向膜，则凹凸沟槽对液晶分子的取向起主导作用，通过摩擦，液晶分子就朝这个方向取向。二、液晶基本性质及显示原理10第10页，共22页，2023年，2月20日，星期六

（2）液晶的电气性质

在上下电极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子长轴就会沿着电场方向排列。这一电气性质是实现液晶显示的基础。11第11页，共22页，2023年，2月20日，星期六（3）液晶的旋光性质若上、下玻璃基板取向膜沟槽相差某一角度，则在玻璃基板中，同一平面液晶分子取向虽然一致，但相邻平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲。当可见光波长远小于液晶分子在玻璃基板间的旋转螺距时，则光矢量会同样随着液晶分子的旋转而跟着旋转。12第12页，共22页，2023年，2月20日，星期六液晶像素显示原理结构特点：上下偏振板光轴方向垂直；上下玻璃基板取向膜取向垂直。显示原理：当玻璃基板没有加电场时，光线跟着液晶作90o扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色。当在基板上加电场时，液晶分子产生取向变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，显示黑色。白黑13第13页，共22页，2023年，2月20日，星期六三、液晶显示器结构偏光片

偏光片

电极

液晶

扩散板

导光板

玻璃基板

彩色滤色膜

定向层

玻璃基板

棱镜片

冷阴极荧光灯

14第14页，共22页，2023年，2月20日，星期六⑴液晶面板偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相互垂直。其作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的光波分量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住液晶。对于TFT-LCD，下层玻璃长有薄膜晶体管(Thinfilmtransistor，TFT)，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像素电极与公共电极之间。液晶材料：小分子有机化合物。定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排列。15第15页，共22页，2023年，2月20日，星期六⑵背光模组作用：将光源均匀地传送到液晶面板。冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。16第16页，共22页，2023年，2月20日，星期六冷阴极荧光灯CCFL结构发光原理:当在管子上加高压时，气体电离产生253.7nm紫外光。紫外光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。

17第17页，共22页，2023年，2月20日，星期六CCFL电压与电流关系CCFL在高压（一般500V以上）、交流（一般40kHz左右）电源的驱动下工作。灯管启动初期，电流非常微弱，随着灯管两端电极之间的电压增大，灯管电流逐渐增大。当灯管两端供电电压大于启动电压Vstart时，灯管启动结束。Vcon为导通电压，VT、IT分别为截止电压与截止电流。18第18页，共22页，2023年，2月20日，星期六CCFL驱动电路

自激推挽式DC-AC逆向变换电路类似于节能灯19第19页，共22页，2023年，2月20日，星期六⑴低压、微功耗

极低的工作电压，只要2V-3V即可工作，而工作电流仅几个微安，与大规模集成电路的相适应。从而使液晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟，使电子手表、计算器、便携仪表、以至手提电脑等成为可能。

⑵平板型结构

液晶显示器的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒，厚度为几公分。⑶被动型显示

液晶显示器件是一种被动显示。被动显示更适合于人眼视觉，更不易引起疲劳。四、液晶显示器特点20第20页，共22页，2023年，2月20日，星期六⑷显示信息量大

与CRT相比，LCD没有荫罩限制；与PDP相比，LCD像素点处不需要像PDP那样，像素点间要留有一定的隔离区。因此，LCD在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素，显示更多的信息。⑸易于彩色化

液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色化的确很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。⑹长寿命

液晶材料是有机高分子合成材料，驱动电压又很低，驱动电流更是微乎其微，因此，LCD寿命很长