液晶显示器的原理课件讲解
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Байду номын сангаас
矩阵显示 任意图形
无源驱动
Passive Matrix型显示方式是使用把电极顺序驱动的多路驱 动方法，选择像素和非选择像素之间的电压差小，明暗比低下, 很难显示广视角图像。
当Δ>0时，若
n
//
E，则
(n
•
E
)2
为最大，W为最小；
即分子倾向沿电场排列
当Δ <0时，若
n
E，则
(n •
E)2
0，
W为最小；
即分子倾向垂直电场排列
图5
3.电阻率与电极效应
液晶的电阻率ρ的 数量级为 108 ~ 1012 • cm，近乎半导 体和绝缘体的边界。ρ作为液晶纯度的表征量， ρ小→ 直流分量大 → 电化学分解 → LCD的寿命降低 ρ大 → 质量好，但ρ太大，则难以制备（产率太低）
液晶屏剖面图
驱动结构图
TFT-LCD阵列基板的整体基本布局
d
c
c
e
h
e
h db
hf
a
g b
h
i
a 像素显示区 b 扫描电极外引线（栅线外引线） c 信 号电极外引线
d 短路环 e 转印电极和对盒标记 f 对版标记（套刻 标记）
无源方式
二端子器 件
液晶显示 器
相变模式
铁电液晶
ECB STN TN pin BTB DR MSI MIM Te
1922年法国G.Friedel将液晶分成三大类
向列相 分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布 胆甾相 分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋
轴的平面内分子排列类似向列相 近晶相 层状结构，分子垂直或斜交于层平面，层内分子
重心无序分布（A、C、C*…）或有序分布（B、G、F、 G…）
近晶C相
p-Si a-Si CdSe
TFT
有源方 式
FET
MOS
三端子器 件
第二节 液晶显示器的显示原理
2、偏光片特性
第四节 液晶显示驱动原理
1、驱动方式比较
液晶显示
有源方式
帧反转
行反转
点反转
高分辨率彩色视频显示 ※ 液晶显示主要采用交流驱动
无源方式
静态驱动法
动态驱动法 多路驱动法
笔段、棒形显示 数字、文字等
小的体积内将大量分子的长轴方向的平均取向作为一个择优取向， 这个择优取向常常用单位n矢量 来表示,它被称为指向矢
(director)。
(2)指向矢的性质
•
n
满足：n
n
1
即 n是一个无量纲的单位矢量
• n= - n
• 多畴 —— 整个液晶层有多个n方向
• 单畴 —— 整个液晶层只有一个 n方向
• 奇点 —— 空间中某些点或线上 n 可以有
电极效应 直流电 → 电极处发生电化学反应 → 液晶材料发生 分解 → LCD损坏 防止办法：利用低频交变电场驱动
(三) 液晶显示器的结构
第一节 液晶显示器件的基本结构
1
2
21
34 5 6
7
22
20 17
18 16
19
15 14 13 12
4
8 9 10 2
1 11
1.偏振片 2.玻璃基板 3.公共电极 4.取向层 5.封框胶 6.液晶 7.隔垫物 8.保护层 9.ITO像素电极 10.栅绝缘层 11.存贮电容底电极 12.TFT漏电极 13.TFT柵电极 14.有机半导体有源层 15.TFT源电极及引线 16.各向异性导电胶（ACF）17.TCP 18.驱动IC 19.印刷电路板（PCB）20.控制IC 21.黑矩阵（BM）22. 彩膜（CF）
多个方向（或 n不确定） 缺陷（向错点、向错线）
向列相液晶分子在不同强度向错线周围排列的情况
s=1/2 s=+1
s=-1/2 s=+1
s=-1
s=3/2
s=+1
s=+2
向列相中向错线的显微照片
2.介电各向异性
在向列相中分别沿与液晶指向矢平行和垂直的方向进
行对测液量晶，沿可某以 一得方到向两加个电不场等E，的相介应电的常电数位 /移/ 和矢量 。D为：
液晶显示器的原理和制造
2016年2月
(一) 序言
一、对显示器的要求
1.性能好且稳定（高亮度、高对比度、 宽视角、快速响应等）
2.高密度信息量 3.可擦除 4.使用方便、安全、可靠 5.寿命长 6.适宜的价格（低成本）
二、液晶显示的原理
基片的表面处理
液晶分子呈有序排列 加电场 液晶分子排列
有一定的光学状态
和晶体之间的中间相（mesophase）
晶体 液晶 （各向同性）液体 具有液晶相的物质都是有机化合物
气体
四、液晶的特点
表1
(各向同性)液体
液晶
晶体
宏观
流动性、各向同性
流动性、各向异性
有一定形状、各向异性
微观
位置短程序
位置短程序、方向序
位置长程序
液晶相
晶体
向列相液晶
各向同性相
温 图度1
五、液晶的分类
二、液晶分子的结构
化学家的观点
物理学家的观点
• 形状各向异性, 长度 > 4倍宽度 • 分子长轴有一定刚性 • 分子末端含有极性或可极化的基团
CH3 - (CH2)4
CN
上述分子(5CB) 是 ~2 nm ×0.5 nm
三、液晶的定义
通常物质有三态：固体 液体 气体 液晶是物质的第四态——介乎于各向同性液体
发生变化
光学状态发生变化
撤除电场
产生对比度→显示
三、液晶显示的模式
显示模式
电流效应型 电场效应型
动态散射型（DS） 扭曲向列型（TN） 超扭曲向列型（STN）
介电各向异性型 电控双折射型（ECB） 宾主型（GH） 相变型（PC）
铁电型（FLC）
反铁电型（AFLC） 胆甾型（CH）
(二) 什么是液晶
近晶A相
图2
向列相
•向列相&胆甾相
指向矢
n
螺距
P
通常向列相
向列相 位置无序 胆甾相 位置无序
指向有序
指向有序 图3
手性向列相
指向矢倾向沿某一方向 指向矢排列呈螺旋状
六、液晶的物理性质
1.指向矢
n
(1)定义
图4
在宏观上把液晶当作连续体来处理的理论中，常引用一个平滑
的矢量场来描述液晶分子的排列状态。更确切地说，即在一个无限
一、液晶的发现及命名
1888年奥地利植物学家 F.Reinitzer 在加热胆甾醇 苯甲酸酯结晶试验时发现：
结晶 酯
加热 冷却
乳白色 浑浊液体
加热 冷却
透明 液体
德国物理学家 O.Lehmann 将其称为：Fliessende 英文为：Liquid Crystal 中文即：液晶
Krystalle(德语)
D E (n • E)n
（1）
定义 // 为液晶的介电各向异性。
分子具有与其长轴平行的永久偶极距 > 0 分子具有与其长轴垂直的永久偶极距 < 0
由于介电W各向异 D性• ，dE导致向 E列22 相 分子(n被•2E电 )2场强迫取（向2）：
（2）式中第一项与取向无关，第二项对取向非常重要
矩阵显示 任意图形
无源驱动
Passive Matrix型显示方式是使用把电极顺序驱动的多路驱 动方法，选择像素和非选择像素之间的电压差小，明暗比低下, 很难显示广视角图像。
当Δ>0时，若
n
//
E，则
(n
•
E
)2
为最大，W为最小；
即分子倾向沿电场排列
当Δ <0时，若
n
E，则
(n •
E)2
0，
W为最小；
即分子倾向垂直电场排列
图5
3.电阻率与电极效应
液晶的电阻率ρ的 数量级为 108 ~ 1012 • cm，近乎半导 体和绝缘体的边界。ρ作为液晶纯度的表征量， ρ小→ 直流分量大 → 电化学分解 → LCD的寿命降低 ρ大 → 质量好，但ρ太大，则难以制备（产率太低）
液晶屏剖面图
驱动结构图
TFT-LCD阵列基板的整体基本布局
d
c
c
e
h
e
h db
hf
a
g b
h
i
a 像素显示区 b 扫描电极外引线（栅线外引线） c 信 号电极外引线
d 短路环 e 转印电极和对盒标记 f 对版标记（套刻 标记）
无源方式
二端子器 件
液晶显示 器
相变模式
铁电液晶
ECB STN TN pin BTB DR MSI MIM Te
1922年法国G.Friedel将液晶分成三大类
向列相 分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布 胆甾相 分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋
轴的平面内分子排列类似向列相 近晶相 层状结构，分子垂直或斜交于层平面，层内分子
重心无序分布（A、C、C*…）或有序分布（B、G、F、 G…）
近晶C相
p-Si a-Si CdSe
TFT
有源方 式
FET
MOS
三端子器 件
第二节 液晶显示器的显示原理
2、偏光片特性
第四节 液晶显示驱动原理
1、驱动方式比较
液晶显示
有源方式
帧反转
行反转
点反转
高分辨率彩色视频显示 ※ 液晶显示主要采用交流驱动
无源方式
静态驱动法
动态驱动法 多路驱动法
笔段、棒形显示 数字、文字等
小的体积内将大量分子的长轴方向的平均取向作为一个择优取向， 这个择优取向常常用单位n矢量 来表示,它被称为指向矢
(director)。
(2)指向矢的性质
•
n
满足：n
n
1
即 n是一个无量纲的单位矢量
• n= - n
• 多畴 —— 整个液晶层有多个n方向
• 单畴 —— 整个液晶层只有一个 n方向
• 奇点 —— 空间中某些点或线上 n 可以有
电极效应 直流电 → 电极处发生电化学反应 → 液晶材料发生 分解 → LCD损坏 防止办法：利用低频交变电场驱动
(三) 液晶显示器的结构
第一节 液晶显示器件的基本结构
1
2
21
34 5 6
7
22
20 17
18 16
19
15 14 13 12
4
8 9 10 2
1 11
1.偏振片 2.玻璃基板 3.公共电极 4.取向层 5.封框胶 6.液晶 7.隔垫物 8.保护层 9.ITO像素电极 10.栅绝缘层 11.存贮电容底电极 12.TFT漏电极 13.TFT柵电极 14.有机半导体有源层 15.TFT源电极及引线 16.各向异性导电胶（ACF）17.TCP 18.驱动IC 19.印刷电路板（PCB）20.控制IC 21.黑矩阵（BM）22. 彩膜（CF）
多个方向（或 n不确定） 缺陷（向错点、向错线）
向列相液晶分子在不同强度向错线周围排列的情况
s=1/2 s=+1
s=-1/2 s=+1
s=-1
s=3/2
s=+1
s=+2
向列相中向错线的显微照片
2.介电各向异性
在向列相中分别沿与液晶指向矢平行和垂直的方向进
行对测液量晶，沿可某以 一得方到向两加个电不场等E，的相介应电的常电数位 /移/ 和矢量 。D为：
液晶显示器的原理和制造
2016年2月
(一) 序言
一、对显示器的要求
1.性能好且稳定（高亮度、高对比度、 宽视角、快速响应等）
2.高密度信息量 3.可擦除 4.使用方便、安全、可靠 5.寿命长 6.适宜的价格（低成本）
二、液晶显示的原理
基片的表面处理
液晶分子呈有序排列 加电场 液晶分子排列
有一定的光学状态
和晶体之间的中间相（mesophase）
晶体 液晶 （各向同性）液体 具有液晶相的物质都是有机化合物
气体
四、液晶的特点
表1
(各向同性)液体
液晶
晶体
宏观
流动性、各向同性
流动性、各向异性
有一定形状、各向异性
微观
位置短程序
位置短程序、方向序
位置长程序
液晶相
晶体
向列相液晶
各向同性相
温 图度1
五、液晶的分类
二、液晶分子的结构
化学家的观点
物理学家的观点
• 形状各向异性, 长度 > 4倍宽度 • 分子长轴有一定刚性 • 分子末端含有极性或可极化的基团
CH3 - (CH2)4
CN
上述分子(5CB) 是 ~2 nm ×0.5 nm
三、液晶的定义
通常物质有三态：固体 液体 气体 液晶是物质的第四态——介乎于各向同性液体
发生变化
光学状态发生变化
撤除电场
产生对比度→显示
三、液晶显示的模式
显示模式
电流效应型 电场效应型
动态散射型（DS） 扭曲向列型（TN） 超扭曲向列型（STN）
介电各向异性型 电控双折射型（ECB） 宾主型（GH） 相变型（PC）
铁电型（FLC）
反铁电型（AFLC） 胆甾型（CH）
(二) 什么是液晶
近晶A相
图2
向列相
•向列相&胆甾相
指向矢
n
螺距
P
通常向列相
向列相 位置无序 胆甾相 位置无序
指向有序
指向有序 图3
手性向列相
指向矢倾向沿某一方向 指向矢排列呈螺旋状
六、液晶的物理性质
1.指向矢
n
(1)定义
图4
在宏观上把液晶当作连续体来处理的理论中，常引用一个平滑
的矢量场来描述液晶分子的排列状态。更确切地说，即在一个无限
一、液晶的发现及命名
1888年奥地利植物学家 F.Reinitzer 在加热胆甾醇 苯甲酸酯结晶试验时发现：
结晶 酯
加热 冷却
乳白色 浑浊液体
加热 冷却
透明 液体
德国物理学家 O.Lehmann 将其称为：Fliessende 英文为：Liquid Crystal 中文即：液晶
Krystalle(德语)
D E (n • E)n
（1）
定义 // 为液晶的介电各向异性。
分子具有与其长轴平行的永久偶极距 > 0 分子具有与其长轴垂直的永久偶极距 < 0
由于介电W各向异 D性• ，dE导致向 E列22 相 分子(n被•2E电 )2场强迫取（向2）：
（2）式中第一项与取向无关，第二项对取向非常重要