LCD-液晶显示器课件PPT
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– 1969，RCA公布并出售液晶发明专利
4
4
液晶显示的发展过程
• 1960年末，发明宾主效应液晶
– 液晶与二色性染料混合 – 工作电压高、功耗大
• 1970年初，发明扭曲相列液晶（TN-LCD）
– 电场型，无电化学蜕变，寿命长 – 工作电压低、功耗小 – 广泛用于中小尺寸显示屏，如手表、计算器等 – 行数增加时，对比度变坏，视角变窄
• 韩国，三星、LG，8.5代线。
– 三星，为保面板第一的位置，拟打造10.6代面板厂。
9
9
2014 年至 2016 年，全球液晶显示面板市场份额变化
10
10
3.1.2 液晶显示的特点
• 被动显示
– 本身不发光，通过调制外界光达到显示目的
• 低压、微功耗、长寿命
– 工作电压2～3V，工作电流微安量级，功率微
– S=1，完全有序 – S=0，完全无序 – 一般液晶，S[0.3, 0.9]
液晶分子长轴与取向矢的空间关系
17
17
有序参数受温度的影响
• 温度越高，有序参数越小
– 熔点以下，晶体，S=1 – 熔点以上，清亮点以下，
• 0<S<1，随温度上升而降低
– 清亮点以上，液体，S=0
• S越大，液晶的介电常数差 和折射率差n越大LCD 具有温度依赖性
第3章 液晶显示技术及设备
• 3.1 液晶简介 • 3.2 液晶的基本物理特性 • 3.3 LCD模式及其特性 • 3.4 LCD驱动 • 3.5 LCD显示器
1
1
3.1 液晶简介
• 3.1.1 液晶显示的发展过程 • 3.1.2 液晶显示的特点
2
2
3.1.1 液晶显示的发展过程
• 19世纪末，发现液晶现象
• 瓦量级（不包括背光源）
– 工作电压电流低，几乎不会劣化，寿命受限于显示器 的其它部件（如背光源）
11
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早期主要缺点及现状
• 早期主要缺点:
– 分辨率低 – 显示视角小
• 不同方向入射光透射率不同 视角小（30~40 ） – 响应速度慢
• 外加电场改变液晶分子排列响应速度慢 （100~200ms）
– 不适合高寒高热地区军用
• 现状:
– 已实现全高清至4倍高清 – 水平视角140 ，垂直视角135 – 响应时间降低至ms量级
12
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3.2 液晶的基本物理特性
• 3.2.1 液晶的定义与分类 • 3.2.2 液晶的连续弹性体理论 • 3.2.3 弗里德里克斯转变(Fredericksz Transition) • 3.2.4 液晶指向矢分布的数值计算方法 • 3.2.5 液晶的单轴光学特性 • 3.2.6 液晶光学特性的数值计算方法
13
13
3.2.1 液晶定义和分类
• 液晶：某些(有机)材料在固体和液体的中间状态
– 外观，流动的浑浊液体 – 物理特性，晶体的各向异性
• 溶致液晶
– 一种溶质溶于一种溶剂形成液晶态物质，目前尚未用 于显示器件。
• 热致液晶
– 当液晶物质加热时，在某一温度范围内呈现各向异性 的熔体。液晶显示器采用工作于室温的热致液晶。
5
5
液晶显示的发展过程
• 1984年，发明超扭曲相列液晶（STN-LCD）
– 电光特性曲线陡，显示行数高（512行） – 用于中档液晶产品，如手机屏幕、小型电视机、笔记
本电脑等
• 1990年代，有源矩阵液晶（AM-LCD）开始大规 模应用
– 1970年代首先出现，受限于成品率和制作成本 – 用于大容量信息显示，如高分辨率显示器、大屏幕电
19
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胆甾相、扭曲相列相
• 相列相液晶，添加旋光物 质胆甾相液晶
• <<h( 螺距) ，透射光是 沿 着螺旋轴旋转的偏振光
• 透射光偏振方向的改变由 分子扭曲角决定扭曲向 列相(TN)液晶
胆甾相分子指向矢旋转示意图
20
20
棒状液晶——近晶相液晶
显示？ 2000s，出现中小尺寸液晶电视。 • 2000s，在大屏幕电视上，PDP相对于液晶更有优势？ 2010s，液晶在电视显示占主导地位。
7
7
液晶显示的典型产品
小尺寸、低分辨率、黑白 大尺寸、高分辨率、彩色 8
8
液晶显示的发展过程
• 目前产业现状
– 日本、韩国、中国三足鼎立，为争夺市场激励竞争
视等
6
6
液晶显示发展的有趣现象
• RCA时期，液晶只能做数字显示，不能做图像显示？ RCA出售液晶专利，停止液晶研究。 1970s开始，日本开始发展液晶显示，根据个人电
子化的需求，将液晶与半导体集成电路技术相结合，挖 到液晶“第一桶金”。 • 1990s，液晶可以做计算机的视频终端，难以做电视
有序参数S随温度的变化趋势
18
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棒状液晶——胆甾相液晶
• 指向矢分布具有螺旋结构
– 大部分是胆甾醇的各种衍生 物，以此得名。
– 液晶分子呈扁平形状，排列 成层，层内分子相互平行， 指向矢平行于层平面的分子 长轴方向。
– 相邻两层分子，其指向矢有 一轻微的扭曲角。
– 分子指向矢沿着层的法线方 向排列成螺旋状结构。
• 夏 普 ， 10 代 线 （ 2.85m×3.05m ， 15 块 42 寸 ） ， 2010年量产，2012年亏损1440亿日元，拟出售。
• 中国，7条高世代（8.5代）液晶面板生产线相继 建设和生产，政府在LCD产业累积投入1000亿， 2014年中国LCD电视产量1.4亿台。
– 京东方，3年盈利1次；2015年4月20日，宣布投资¥400 亿（政府、银行融资各45%，京东方出资10%），在合 肥建立10.5代LCD面板生产线，用于高尺寸、超高分辨 率LCD屏。
– 某些有机物（胡萝卜胆固醇的衍生物）加热融化 不 透明浑浊液态 透明液态
– 浑浊液态的有机物具有与晶体相似的性质 “液晶”
3
3
液晶显示的发展过程
• 液晶显示最早研究与应用
– 1961，美国无线电公司（RCA）Williams发现动态散射 (DSM)液晶
– 1968，RCA的Heilmeir基于 DSM 研制出第一个液晶显 示器件
14
14
热致液晶——根据液晶分子结构
• 棒状液晶
• 盘状液晶
棒状分子应用最为广泛
15
15
棒状液晶——向列相液晶
向列相液晶瞬时示意图
16
16
液晶的有序参量
• 指向矢相同，液晶分子排 列也有所不同。
• S=(3<cos2>-1)/2
– 表示液晶分子排Байду номын сангаас的有序程 度
– ：液晶分子长轴相对于指 向矢的偏离角
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液晶显示的发展过程
• 1960年末，发明宾主效应液晶
– 液晶与二色性染料混合 – 工作电压高、功耗大
• 1970年初，发明扭曲相列液晶（TN-LCD）
– 电场型，无电化学蜕变，寿命长 – 工作电压低、功耗小 – 广泛用于中小尺寸显示屏，如手表、计算器等 – 行数增加时，对比度变坏，视角变窄
• 韩国，三星、LG，8.5代线。
– 三星，为保面板第一的位置，拟打造10.6代面板厂。
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2014 年至 2016 年，全球液晶显示面板市场份额变化
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3.1.2 液晶显示的特点
• 被动显示
– 本身不发光，通过调制外界光达到显示目的
• 低压、微功耗、长寿命
– 工作电压2～3V，工作电流微安量级，功率微
– S=1，完全有序 – S=0，完全无序 – 一般液晶，S[0.3, 0.9]
液晶分子长轴与取向矢的空间关系
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有序参数受温度的影响
• 温度越高，有序参数越小
– 熔点以下，晶体，S=1 – 熔点以上，清亮点以下，
• 0<S<1，随温度上升而降低
– 清亮点以上，液体，S=0
• S越大，液晶的介电常数差 和折射率差n越大LCD 具有温度依赖性
第3章 液晶显示技术及设备
• 3.1 液晶简介 • 3.2 液晶的基本物理特性 • 3.3 LCD模式及其特性 • 3.4 LCD驱动 • 3.5 LCD显示器
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3.1 液晶简介
• 3.1.1 液晶显示的发展过程 • 3.1.2 液晶显示的特点
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3.1.1 液晶显示的发展过程
• 19世纪末，发现液晶现象
• 瓦量级（不包括背光源）
– 工作电压电流低，几乎不会劣化，寿命受限于显示器 的其它部件（如背光源）
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早期主要缺点及现状
• 早期主要缺点:
– 分辨率低 – 显示视角小
• 不同方向入射光透射率不同 视角小（30~40 ） – 响应速度慢
• 外加电场改变液晶分子排列响应速度慢 （100~200ms）
– 不适合高寒高热地区军用
• 现状:
– 已实现全高清至4倍高清 – 水平视角140 ，垂直视角135 – 响应时间降低至ms量级
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3.2 液晶的基本物理特性
• 3.2.1 液晶的定义与分类 • 3.2.2 液晶的连续弹性体理论 • 3.2.3 弗里德里克斯转变(Fredericksz Transition) • 3.2.4 液晶指向矢分布的数值计算方法 • 3.2.5 液晶的单轴光学特性 • 3.2.6 液晶光学特性的数值计算方法
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3.2.1 液晶定义和分类
• 液晶：某些(有机)材料在固体和液体的中间状态
– 外观，流动的浑浊液体 – 物理特性，晶体的各向异性
• 溶致液晶
– 一种溶质溶于一种溶剂形成液晶态物质，目前尚未用 于显示器件。
• 热致液晶
– 当液晶物质加热时，在某一温度范围内呈现各向异性 的熔体。液晶显示器采用工作于室温的热致液晶。
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液晶显示的发展过程
• 1984年，发明超扭曲相列液晶（STN-LCD）
– 电光特性曲线陡，显示行数高（512行） – 用于中档液晶产品，如手机屏幕、小型电视机、笔记
本电脑等
• 1990年代，有源矩阵液晶（AM-LCD）开始大规 模应用
– 1970年代首先出现，受限于成品率和制作成本 – 用于大容量信息显示，如高分辨率显示器、大屏幕电
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胆甾相、扭曲相列相
• 相列相液晶，添加旋光物 质胆甾相液晶
• <<h( 螺距) ，透射光是 沿 着螺旋轴旋转的偏振光
• 透射光偏振方向的改变由 分子扭曲角决定扭曲向 列相(TN)液晶
胆甾相分子指向矢旋转示意图
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棒状液晶——近晶相液晶
显示？ 2000s，出现中小尺寸液晶电视。 • 2000s，在大屏幕电视上，PDP相对于液晶更有优势？ 2010s，液晶在电视显示占主导地位。
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液晶显示的典型产品
小尺寸、低分辨率、黑白 大尺寸、高分辨率、彩色 8
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液晶显示的发展过程
• 目前产业现状
– 日本、韩国、中国三足鼎立，为争夺市场激励竞争
视等
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液晶显示发展的有趣现象
• RCA时期，液晶只能做数字显示，不能做图像显示？ RCA出售液晶专利，停止液晶研究。 1970s开始，日本开始发展液晶显示，根据个人电
子化的需求，将液晶与半导体集成电路技术相结合，挖 到液晶“第一桶金”。 • 1990s，液晶可以做计算机的视频终端，难以做电视
有序参数S随温度的变化趋势
18
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棒状液晶——胆甾相液晶
• 指向矢分布具有螺旋结构
– 大部分是胆甾醇的各种衍生 物，以此得名。
– 液晶分子呈扁平形状，排列 成层，层内分子相互平行， 指向矢平行于层平面的分子 长轴方向。
– 相邻两层分子，其指向矢有 一轻微的扭曲角。
– 分子指向矢沿着层的法线方 向排列成螺旋状结构。
• 夏 普 ， 10 代 线 （ 2.85m×3.05m ， 15 块 42 寸 ） ， 2010年量产，2012年亏损1440亿日元，拟出售。
• 中国，7条高世代（8.5代）液晶面板生产线相继 建设和生产，政府在LCD产业累积投入1000亿， 2014年中国LCD电视产量1.4亿台。
– 京东方，3年盈利1次；2015年4月20日，宣布投资¥400 亿（政府、银行融资各45%，京东方出资10%），在合 肥建立10.5代LCD面板生产线，用于高尺寸、超高分辨 率LCD屏。
– 某些有机物（胡萝卜胆固醇的衍生物）加热融化 不 透明浑浊液态 透明液态
– 浑浊液态的有机物具有与晶体相似的性质 “液晶”
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液晶显示的发展过程
• 液晶显示最早研究与应用
– 1961，美国无线电公司（RCA）Williams发现动态散射 (DSM)液晶
– 1968，RCA的Heilmeir基于 DSM 研制出第一个液晶显 示器件
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热致液晶——根据液晶分子结构
• 棒状液晶
• 盘状液晶
棒状分子应用最为广泛
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棒状液晶——向列相液晶
向列相液晶瞬时示意图
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液晶的有序参量
• 指向矢相同，液晶分子排 列也有所不同。
• S=(3<cos2>-1)/2
– 表示液晶分子排Байду номын сангаас的有序程 度
– ：液晶分子长轴相对于指 向矢的偏离角