第3章-液晶显示2

上、下偏光轴与上、下基片分子长轴 都不互相平行，而是成一个角度,一 般为30度
透射黄色光
无透射光
TN液晶盒与STN液晶盒的比较：

① STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转式向列
液晶分子是将入射光旋转90度， STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180~270度，一般 为270度。


两片偏光片的偏光轴相互平行或相互正交 液晶分子长轴和偏光轴的角度 液晶的扭转角度 ~~~~

要是将上述垂直放置的偏振片改为平行放置， 那么产生的现象会有何不同？
入射自然光
偏光片
入射自然光
液晶分子 排布
电极基板
液晶分子 排布
偏光片 透过光
不通电时
通电时

要是将上述垂直放置的偏振片改为平行放置， 那么产生的现象会有何不同？
STN型液晶


单纯的TN液晶显示器本身只有黑白两种情形， 而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及 光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色 与橘色为主。 如果在单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片， 并将单色显示像素分成三个子像素，分别通过 彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三 原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色 彩。
两片偏光片的偏光轴相互平行
（黑底白字的常黑型） 或相互正交（白底黑字的常白型）
反射式TN型的结构
透射式TN型的结构
反射板
透射式TN型的结构
背光源 背光源
TN液晶的缺点：
①一般只适用于静态或四路以下的动态段式显示 中，目前最好的TN液晶器件也只能实现8～16 路驱动显示。 ②光透过和关闭都不理想。 ③电光响应速度慢（约100ms），只能显示静止 或慢变的画面。

TFT-LCD(薄膜型液晶显示器）： Thin Film Transistor-LCD 常用于液晶显示屏，数码照相机
1. 扭曲向列型（TN-LCD）

最常用的液晶显示，也可能是迄今为止，研究 得最广泛、最完善的显示装置就是用扭曲层列 相（TN）液晶材料制作的。一般用于单色显 示用
白底黑字，常白型
这些地方除了不完全透光外, 需利用 black matrix加以遮蔽, 以免干扰到其它透 光区域的正确亮度. 所以有效的透光区域, 就只剩下如同图所示的区域而已. 这一块有 效的透光区域, 与全部面积的比例就称之为 开口率.
开口率=B/A*100%
B A
当光线从背光板发射出来, 会依序穿过偏光板, 玻 璃, 液晶, 彩色滤光片等等. 假设各个零件的穿透 率如以下所示:
Black Matrix目的: 遮蔽漏光区域，以免看到 漏光导致对比度下降 Black Matrix材料: Cr, CrO2, resin
液晶显示器中有一个很重要的规格就是亮度, 而决定亮 度最重要的因素就是开口率. 开口率是什么呢? 简单的来 说就是光线能透过的有效区域比例.
当光线经由背光板发射出来时, 并不是所 有的光线都能穿过面板, 例如：LCD source驱动芯片及gate驱动芯片用的信号 走线,以及TFT本身, 还有储存电压用的储存 电容等等都不透光.
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TN液晶显示器件的阈值电压与介电各向异性 Δε和弹性常数K11、K22、K33有关：
K11 ( K 33 2 K 22 ) / 4 Vth 0 由式可知： ①Vth与液晶盒厚度无关； ②选择大的Δε和小弹性常数可使Vth变小。
More ideas about design？
3. 薄膜晶体管（TFT-LCD）
Thin Film Transistor簿片式晶体管LCD（即通常所 说的真彩LCD），意即每个液晶像素点都是由集成在 像素点后面的场效应薄膜晶体管（TFT）来驱动，从 而可以做到高速度、高亮度、高对比度来显示屏幕信 息。
3. 薄膜晶体管（TFT-LCD）


② TN起偏镜的偏光轴与上基片表面液晶分子长轴平行,检
偏镜的偏光轴与下基片表面液晶分子长轴平行,即上下偏光轴 互相成90度角; STN液晶盒中,上、下偏光轴与上、下基片分子长轴都不互 相平行,而是成一个角度,角度大约为30度。
③TN液晶盒是利用液晶分子旋光特性工作的，而STN液晶 盒由于经起偏镜的入射线偏振光与液晶分子成角度，使入射 光被分解为正常束和异常束两种，通过液晶盒两束光产生光 程差，在通过检偏镜时发生干涉。所以STN液晶盒是利用液 晶的双折射特性工作的。
3. 薄膜晶体管（TFT-LCD）





TFT-LCD的结构 TFT-LCD的工作原理 色彩分析 透光率 场效应薄膜晶体管TFT分析 背光组部件分析 信号电极和扫描电极分析 生产流程
关于薄膜场效应晶体管
硅基:非晶Si-TFT,多晶硅-TFT，SiC
无机TFT 有机TFT 化合物:CdS-TFT,CdSe-TFT 氧化物:ZnO-TFT
TFT-LCD的工作原理
normally white （加电时将光阻断）
3. 薄膜晶体管（TFT-LCD）





TFT-LCD的结构 TFT-LCD的工作原理 色彩呈现 透光率 TFT部件分析 背光组部件分析 信号电极和扫描电极分析 生产流程
如果你有机会, 拿着放大镜, 靠近液晶显示器的话. 你会发现如图中所显示的样子. 我们知道红色, 蓝色以 及绿色, 是所谓的三原色. 也就是说利用这三种颜色, 便可以混合出各种不同的颜色.
存在取向 层的玻璃
TN型器件分子排布与透过光示意图
两个偏光片垂直
入射自然光 偏光片 入射自然光
液晶分子 排布
电极基板
液晶分子 排布
偏光片 透过光 无透射光
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不通电时
通电时
偏光片 入射光
TN-LCD
偏光片 反射镜 入射光
偏光片
TN-LCD
偏光片 反射镜
无电压(U=0V)
施加电压(U>Uth)
TN-LCD在计算器中的应用
利用液晶的雙折射 特性調變穿透光線
液晶分子
Field ON
偏振光的偏振方向和液晶分子长轴平行 液晶分子只有长轴方向极化 光线进入液晶后，只有非寻常光 不发生双折射 偏振光的偏振方向和液晶分子长轴垂直 液晶分子只有短轴方向极化 光线进入液晶后，只有寻常光 不发生双折射 偏振光的偏振方向和液晶分子长轴成30度 + + 入射的偏振方向，可分解成垂直和平 行于液晶的两个偏振方向，造成长， 短轴都极化，因此产生双折射。 + × +
3.2.2 液晶显示器件的显像原理
液晶显示器的基本原理： 液晶被控制在一个个单元格里面。 液晶如同光的阀门，在通电和不通电时，液晶的 排列不一样，从而控制光线是否完全穿透两个偏振 片。 是否通电，通过液晶材料周边的控制电路部分和 驱动电路部分
常见的三种液晶显示器：

TN（twisted nematic扭曲向列型） STN（super twisted nematic超扭曲向列型） TFT （Thin film transitor 薄膜晶体管）



TFT-LCD的结构 TFT-LCD的工作原理 色彩分析 透光率 TFT部件分析 背光模组部件分析 信号电极和扫描电极分析 生产流程
TFT-LCD的结构
TFT-LCD的结构
Polarizer 偏光板
CF
素玻璃基底 滤光膜 导电ITO膜
彩色滤光片 玻璃 LC cell
TFT玻璃
ＴＦＴ
.True Color 256（R）*256（G）*256（B）=16777216 Color
True color
256 color
3. 薄膜晶体管（TFT-LCD）





TFT-LCD的结构 TFT-LCD的工作原理 色彩分析 透光率 TFT部件分析 背光组部件分析 信号电极和扫描电极分析 生产流程
a-Si的剖面结构图
(2)a-Si TFT的特性

场效应器件的静态特性主要是指漏极电流随栅压变化的转移特 性和表现漏极电流随漏源电压变化的输出特性。
漏极 D
G
Hale Waihona Puke Baidu
栅极
S
源极
图一个高性能a-Si TFT的转移特性(a)和输出特性
(3)TFT在LCD中的应用
TFT的栅极G接扫描电压，漏极D接信号电压，源极S接ITO像素电
黑底白字，常黑型
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单色TN型的结构
TN型液晶


玻璃的表面上先镀有一层透明 导电薄膜ITO(氧化铟锡)以作 电极之用，然后在有薄膜电极 的玻璃上涂取向层PI(聚酰亚 胺)，以使液晶顺着一个特定 且平行于玻璃表面的方向排列。 液晶分子沿面排列，但分子长 偏光板 轴在上下基片之间连续扭曲 90°，形成扭曲(TN)排列的液 晶盒。
第三章


液晶显示技术
常见的三种液晶显示器
TN-LCD(扭曲向列型液晶显示器）： Twisted Nematic-LCD 常用于电子手表，计算器．
第三章 液晶显示技术

STN-LCD(超扭曲向列型液晶显示器） Super Twisted Nematic-LCD 常用于手机显示屏,游戏机屏
第三章 液晶显示技术
无/有机复合型TFT
（1）a-Si TFT的结构


薄膜场效应晶体管(TFT)通常是指用薄膜半导体，其栅极 和源、漏极可同在器件的一侧,也可分开在器件的两侧 。 用于液晶显示屏时，衬底是普通钠平板玻璃； 由于中a-Si：H是一种光敏材料，为了避免光电导效应的 重掺磷 影响，其沟道应有完整的遮光措施。 n 型
④TN液晶盒工作于黑白模式；STN液晶盒一般工作于光程差为 0.8 um，干涉色为黄色。当加上大于Vth电压时，白光可透过 液晶层，无法通过检偏片，液晶盒呈黑色外观，称为黑/黄模式。 如果检偏镜光轴相对于出射光侧液晶分子长轴方向左旋30°， 则为白/蓝模式。即不加电压时，液晶盒呈蓝色；加电压时，液 晶盒呈无色外观。因此STN是有色模式
偏光板: 50%(因为其只准许单方向的极化光波通过) 玻璃:95%(需要计算上下两片) 液晶:95% 开口率:50%(有效透光区域只有一半) 彩色滤光片:27%(假设材质本身的穿透率为80%,但由于滤光 片只能容许三种其中一种通过. 所以仅剩下三分之一的亮度. 所以总共只能通过80%*33%=27%.) 以上述的穿透率来计算, 从背光板出发的光线只会剩下6%。
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2. 超扭曲向列型（STN-LCD）
是基于扭曲角从180°到360°的超扭曲向列液晶分子排列的液 晶盒的双折射效应，称为STN(super-twisted nematic)效应。具体 说来，利用由液晶双折射性而产生的光干涉现象而进行的显示。
蓝色STN-LCD
STN液晶
Twist 270
Field OFF
彩色滤光片
將三原光以不同的強弱比例混 合而呈现各种色彩,使LCD显示出 全彩.
常见的彩色滤光片的排列
.256 Color 8（R）*8（G）*4（B）=256 Color .High Color 32（R）*64（G）*32（B）=65536 Color .Full Color
64（R）*64（G）*64（B）=262144 Color
素玻璃基底 导电ITO膜 ＴＦＴ镶嵌
灯管 背光模组
ＣＦ
ＴＦＴ
背光模组
TFT-LCD结构
黑色矩阵边框 封胶 液晶分子取向 薄膜
印刷电路板
存储电容
3. 薄膜晶体管（TFT-LCD）





TFT-LCD的结构 TFT-LCD的工作原理 色彩分析 透光率 TFT部件分析 背光组部件分析 信号电极和扫描电极分析 生产流程
第三章 液晶显示技术
3.2.1 液晶显示器件的构造
将设有透明电极的两块玻璃基板用环氧类黏合 剂以4～6 µm间隙进行封合，并把液晶封入其 中而成，与液晶相接的玻璃基板表面有使液晶 分子取向的膜。如果是彩色显示，在一侧的玻 璃基板内面与像素相对应，设有由三基色形成 的微彩色滤光片。
图3.6 典型LCD结构截面


TFT LCD的顯示方式
Scan Line TFT
极，与液晶像素串联，液晶像素可以等效成一个电阻RLC和一电容 CLC的并联。
D
S
扫描电压 G G D S 信号电压 D S
TFT LCD显示
TFT-LCD

当扫描脉冲加到栅极G时，使D-S导通，内阻变小， 信号电压产生大的通态电流ION，并使CLC很快充电 到信号电压。 当CLC充电电压均方根值Vrms大于液晶像素的阈值 电压Vth时，该像素显示，并通过RLC缓慢放电； 由这样的“存储效应”使一个帧周期内Vrms≥Vth， 即显示占空比为1:1。