LCD_基礎(chǔ)理論

1、Liquid Crystal Display液晶顯示器液晶顯示器 1. . 基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論 2. 2. 分類分類 3. 3. 主要參數(shù)主要參數(shù) 4.4. 背光源背光源 5. 5. 連接方式連接方式 6. LCD 6. LCD 模塊模塊 7. COG 7. COG 與與 TABTAB 8. LCD 8. LCD 驅(qū)動驅(qū)動 9. 9. 觸摸屏觸摸屏 10. LCD 10. LCD 術(shù)語術(shù)語1. LCD 1. LCD 基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論 （a) a) LCDLCD的發(fā)展的發(fā)展 1888年奧地利植物學(xué)家Friedrich Reinitzer在加熱苯酸脂晶體時發(fā)現(xiàn)：當(dāng)溫度升到145.5C時晶體融化成為乳

2、白色粘稠的液體。再繼續(xù)加熱到178.5C時乳白粘稠的液體變成完全透明的液體。后經(jīng)德國卡爾斯呂愛大學(xué)教授Otto Lehmann研究，這種乳白粘稠的液體具有光學(xué)各向異性，因而建議稱之為液體晶體（Liquid Crystal）。 液晶屏幕被廣泛的用在一般的電子產(chǎn)品中，電子表，手機屏幕,醫(yī)院所使用的儀器,數(shù)字相機等。 液晶顯示是一種被動的顯示，它不能發(fā)光，只能使用周圍環(huán)境的光。顯示圖案或字符只需很小能量，正因為低功耗和小型化使 LCD成為較佳的顯示方式。 （b) b) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)下圖下圖是一個反射式是一個反射式TNTN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖前部偏光片玻璃底板電極周邊密封墊傳導(dǎo)線路分段

3、電極玻璃終端引線后部偏光片 從圖中可以看出,液晶顯示器是一個由上下兩片導(dǎo)電玻璃制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料-膠框（一般為環(huán)氧樹脂）密封，盒的兩個外側(cè)貼有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之間的間隔，即通常所說的盒厚，一般為幾個微米（人的準(zhǔn)確性直徑為幾十微米）。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，對應(yīng)顯示圖形部分，鍍有透明的氧化甸-氧化錫（簡稱ITO）導(dǎo)電薄膜，即顯示電極。電極的作用主要是使外部電信號通過其加到液晶上去。 液晶盒中玻璃片內(nèi)側(cè)的整個顯示區(qū)覆蓋著一層定向?qū)?。定向?qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿影刺囟ǖ姆较蚺帕校@個定向?qū)油ǔＪ且槐痈叻肿佑袡C物，并經(jīng)摩擦處理；也可以通過在玻璃表面以一定角度用真空蒸鍍氧化硅薄

4、膜來制備。 在TN型液晶顯示器中充有正性向列型液昌。液晶分子的定向就是使長棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一個固定方向排列，分子長軸的方向沿著定向處理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，這樣，在垂直于玻璃片表面的方向，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片扭曲了90，這就是扭曲向列型液晶顯示器名稱的由來。（c) 液晶屏幕顯像基本原理液晶屏幕顯像基本原理 LCD(Liquid Crystal Display)液晶顯示器使用了目前最新的全彩顯示技術(shù)。 基本上，整個液晶顯示技術(shù)的概念是利用液晶的物理特性：通電時導(dǎo)通，排列變的有秩序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過。讓液

5、晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 已偏極化的光再經(jīng)過一個偏光器時可全部通過或部分通過，視第二個偏光器的方向而定。 就技術(shù)面而言，液晶面板包含了兩片相當(dāng)精致的無鈉玻璃素材，稱為Substrates，中間夾著一層液晶。 LCD本身只有黑白雙色，并沒有色彩的變化，其色彩之產(chǎn)生原理，相似于傳統(tǒng)陰極射線CRT屏幕之磷光點作用機制，液晶屏幕一定有一個背光，這個光源會打在第一層偏光板上，再來就到液晶體，而當(dāng)光線透過液晶體時，就會產(chǎn)生光線的色澤改變。 從液晶體射出來的光線，還得必須經(jīng)過一塊彩色濾光片以及第二塊偏光板， 第一塊的偏光板和第二塊的偏光板分別在液晶的前方及后方（向三明治一般），兩塊偏光板相差了90度的

6、角度，然后再利用電壓的改變，就可以在液晶屏幕上看到色彩的變化。 2.2.關(guān)于分類關(guān)于分類(a)(a) 液晶顯示屏（液晶顯示屏（LCDLCD）分類方式有多種，）分類方式有多種， 按產(chǎn)品用途，可分為通信工具、家用電器、掌上電腦、交通工具、計量器械、儀器儀表、文教器具、游藝設(shè)施等類別； 按顯示方式，可分為正性、負(fù)性兩類； 按光學(xué)模式，可分為反射型、透射型、半透半反型等； 按 LCD類別，可分為TN型、HTN型、STN型、FSTN型； 按顏色模式，可分為黃綠、灰、黑、白、藍(lán)等； 按觀察方向，可分為3、6、9、12點鐘及其它等。(b).(b). LCD LCD 顯示方式顯示方式(a) LCD有三種顯示方

7、式：反射型，透射型和透反射型。 反射型LCD的底偏光片后面加了一塊反射板，它一般 在戶外和光線良好的辦公室使用。 透射型LCD的底偏光片是透射偏光片，它需要連續(xù)使 用背光源，一般在光線差的環(huán)境使用。 透反射型LCD是處于以上兩者之間，底偏光片能部分 反光，一般也帶背光源，光線好的時候，可關(guān)掉背光 源；光線差時，可點亮背光源使用LCD。 反射模式 透反射模式 透射模式(b) LCD(b) LCD顯示方式還分正性和負(fù)性顯示方式還分正性和負(fù)性 正性LCD呈現(xiàn)白底黑字，在反射和透反射型LCD中顯示最佳； 負(fù)性LCD呈現(xiàn)黑底白字，一般用于透射型LCD，加上背光源，字體清晰，易于閱讀。 正顯模式（白底黑字

8、） 負(fù)顯模式（黑底白字） (c) (c) 主動及被動主動及被動 LCDLCD 嚴(yán)格來說，LCD分成主動矩陣式（又稱薄膜晶體管 Active Matrix），也就是TFT的LCD，另一種就是被動矩陣式（又稱超轉(zhuǎn)距顯示Passive Matrix 。 被動式的屏幕有 TN、HTN 、STN、DSTN等分別，主動式屏幕一般主要為TFT。被動式 DSTN 是將TN、STN的液晶體的變形扭曲角度變大，讓液晶屏幕能以更多種的色彩來表達(dá)畫面的精致度。 被動式屏幕常見于一些小型的電子產(chǎn)品上，像是電子表或是手機的液晶屏幕，多半是采用被動式屏幕中的TN顯示，也就是純粹的黑、白雙色顯示，但是后來因為需求上的定位，又

9、研發(fā)出來STN（Super TN）以及DSTN（Double layer Super TN）。3. 3. 主要參數(shù)主要參數(shù)（1 1）點距和可視面積）點距和可視面積 液晶顯示器的點距和可視面積有很直接的對應(yīng)關(guān)系,是可以很容易直接通過計算得出的,以14寸的液晶顯示器為例,可視面積一般為285.7mm214.3mm,而14寸的液晶顯示器的最佳(也就是最大可顯示)分辨率為1024*768,就是說該液晶顯示板在水平方向上有1024個像素,垂直方向有768個像素,由此,我們可以很容易的計算出此液晶顯示器的點距是 285.7/1024 = 0.279mm 或者 214.3/768 = 0.279mm 目前L

10、CD屏幕的點距多半為0.320.297/mm左右（仔細(xì)看LCD屏幕 的表面，可以看出一顆一顆的小光點）。（2 2）最佳分辨率）最佳分辨率( (真實分辨率真實分辨率) ) LCD的分辨率一般不能任意調(diào)整，它是制造商所設(shè)置和規(guī)定的。分辨率是指屏幕上每行有多少像素點、每列有多少像素點，一般用矩陣行列式來表示，其中每個像素點都能被計算機單獨訪問。 液晶顯示器屬于“數(shù)字”顯示方式,其顯示原理是直接把顯卡輸出的模擬信號處理為帶具體“地址”信息的顯示信號,任何一個像素的色彩和亮度信息都是跟屏幕上的像素點直接對應(yīng)的,正是由于這種顯示原理,所以液晶顯示器不能象CRT顯示器那樣支持多個顯示模式,液晶顯示器只有在顯

11、示跟該液晶顯示板的分辨率完全一樣的畫面時才能達(dá)到最佳效果. 在分辨率上，VGA(640480)、SVGA(800600)、XGA(1024768)、SXGA(12801024),UXGA(16001200) 。 在顯示小于最佳分辨率的畫面時,液晶顯示則采用兩種方式來顯示, 一種是居中顯示,比如在顯示800*600次分辨率時,顯示器就只是以其中間那800*600個像素來顯示畫面,周圍則為陰影,這種方式由于信號分辨率是一一對應(yīng),所以畫面清晰,唯一遺憾就是畫面太小. 另外一種則是擴大方式,就是將該800*600的畫面通過計算方式擴大為1024*768的分辨率來顯示,由于此方式處理后的信號與像素并非一

12、一對應(yīng),雖然畫面大,但是比較模糊.目前市面上的13寸,14寸,15寸的液晶顯示器的最佳分辨率都是1024*768.17寸的最佳分辨率則是1280*1024。(3) (3) 響應(yīng)時間響應(yīng)時間 響應(yīng)時間是液晶顯示器的一個重要的參數(shù),指的是液晶顯示器對于輸入信號的反應(yīng)時間,組成整塊液晶顯示板的最基本的像素單元“液晶盒”,在接受到驅(qū)動信號后從最亮到最暗的轉(zhuǎn)換是需要一段時間的,而且液晶顯示器從接收到顯卡輸出信號后,處理信號,把驅(qū)動信息加到晶體驅(qū)動管也是需要一段時間,在大屏幕液晶顯示器上尤為明顯.目前市面上銷售的15寸液晶顯示器響應(yīng)時間一般在50ms左右。 (4) (4) 可視角度可視角度 視角簡單地說就

13、是顯示圖案能看得清楚的角度。它是由定向?qū)拥哪Σ练较驔Q定，不能通過旋轉(zhuǎn)偏光片改變。視角以時針的鐘點來命名，如6:00視角，12:00視角等等。6:00視角就是指在6點時針的平面方向到法線方向這個區(qū)域LCD顯示效果理想；12:00視角是指12點時針的玉米面到法線方向區(qū) 域顯示理想。 LCD的視角是由LCD顯示屏在儀器上的位置來確定。例如計算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD做成6:00視角最好。有些儀器上的LCD屏裝在低于人眼視線以下，一般做成12:00視角。汽車上的時鐘一般裝在駕駛員的右邊，做成9:00的視角最佳。 (5) (5) 亮度和對比度亮度和對比度 液晶顯示器的顯示功能主要是有一個背光

14、的光源，這個光源的亮度決定整臺LCD的畫面亮度及色彩的飽和度。理論上來說，液晶顯示器的亮度是越高越好，亮度的測量單位為cd/m2（每平方米燭光），也叫NIT流明。目前TFT屏幕的亮度大部分都是從150Nits開始起步，通常情況下200Nits才能表現(xiàn)出比較好的畫面。 對比度是直接體現(xiàn)該液晶顯示器能否體現(xiàn)豐富的色階的參數(shù),對比度越高,還原的畫面層次感就越好, 目前市面上的液晶顯示器的對比度普遍在150:1到350:1,高端的液晶顯示器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這個數(shù).(6) (6) 最大顯示色彩數(shù)最大顯示色彩數(shù) 液晶顯示器的色彩表現(xiàn)能力當(dāng)然是消費者最關(guān)心的一個重要指標(biāo),市面上的13.14.15寸的液晶顯示器像素

15、一般是1024*768個,每個像素由RGB三基色組成,低端的液晶顯示板,各個基色只能表現(xiàn)6位色,即2的6次方=64種顏色.可以很簡單的得出,每個獨立像素可以表現(xiàn)的最大顏色數(shù)是64*64*64=262144種顏色,高端液晶顯示板利用FRC技術(shù)使得每個基色則可以表現(xiàn)8位色,即2的8次方=256種顏色,則像素能表現(xiàn)的最大顏色數(shù)為256*256*256=16777216種顏色.這種顯示板顯示的畫面色彩更豐富,層次感也好。4.背光源背光源透射型和半透射型LCD一般都需要加背光源，其放置位置根據(jù)實際情況下面介紹幾種常見的背光源： Electroluminescent Electroluminescent

16、(EL) (EL) 電致發(fā)光 Light Emitting Diode (LEDLight Emitting Diode (LED) ) 發(fā)光二極管 Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) Cold Cathode Fluorescent Lamp (CCFL) 冷陰極熒光燈 EL背光 LED背光 CCFL背光EL 背光源背光源 電致發(fā)光電致發(fā)光( (EL)EL)：EL背光源厚度薄，重量輕、發(fā)光均勻。它可用于不同顏色，但最常用于LCD白光背光。EL背光源功耗低，只需電壓80-100VAC，通過變壓器將5V,12V或24VDC轉(zhuǎn)變得到。EL背光源的半衰期約為20

17、00-3000小時。 LED LED 背光源背光源 比EL壽命更長（最少 5000小時），光更強，但能耗更大。 作為固態(tài)裝置，它直接使用5VDC。LCD 一般直接排列在LCD的后面，厚度要增 加5mm，LED可以發(fā)不同顏色的光，最常 見的是黃綠光。 CCFL冷陰極熒光燈冷陰極熒光燈:CCFL能夠提供能耗低，光亮強的白光。它由冷陰極熒光管發(fā)光，通過散射器將光均勻分散在視窗區(qū)。但CCFL需要一個變壓器來供應(yīng)270-300VAC的電源。它主要用于圖形LCD，壽命達(dá)10000-15000小時。 光能效率高、光照均勻,主要應(yīng)用于STN或 TFT彩色 LCD的背景照明. 性能比較性能比較CCFL ELLE

18、D1.壽命長1.低功耗1.低直流電壓2.光均勻2.光均勻2.壽命長3.高亮度3.薄而輕5. 5. 連接方式連接方式 （1）導(dǎo)電膠條連接導(dǎo)電膠條連接連接連接 彈性連接-斑馬條連接，不需焊接，可快速裝配和拆分，對于震動有較好的抵抗性。（2 2）金屬插腳連接金屬插腳連接 直線插針管腳連接方式，可直接焊接在電路板上。（3 3）熱壓軟帶連接熱壓軟帶連接- -斑馬紙連接斑馬紙連接一塊電路板與 LCD 通過斑馬紙使用熱封加工的方法而連接在一起。斑馬紙是一種各向異性的連接膜層用在電路板和 LCD 面板上使用加熱和加壓力。這種設(shè)計可用于惡劣的環(huán)境中，在這種環(huán)境下，斑馬紙必須有足夠的靈活性一防止損壞。 連接方式比

19、較連接方式比較LCD連接方式LCD連接方式與PCB連接方式PITCH（間距）斑馬條連接導(dǎo)電橡膠和絕緣橡膠層層相隔 機械壓力 層與層的最小間距為0.4mm 管腳連接金屬管腳插在LCD臺階上焊接 常用間距1.5, 1.8, 2.0, 2.54mm 斑馬紙或扁平片連接涂有導(dǎo)電體的薄膜 熱壓、粘接或機械壓力Heat Seal:Min 0.4 Soldering Type:Min 0.86. LCD 模塊模塊 模塊分類 液晶顯示模塊（LCM）可以按照加工工藝分類，也可以按照顯示內(nèi)容的類型分類。按照加工工藝分為：普通模塊、COG、TAB、COF模塊；按照顯示內(nèi)容的類型分為：圖形型，字符型，段碼型。 液晶顯

20、示模塊是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件英文名稱叫“LCD Module”，簡稱“LCM”，中文一般稱為“液晶顯示模塊”。實際上它是一種商品化的部件根據(jù)我國有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：只有不可拆分的一體化部件才稱為“模塊”，可拆分的叫作“組件”。所以規(guī)范的叫法應(yīng)稱為“液晶顯示組件”。但是由于長期以來人們都已習(xí)慣稱其為“模塊”。 早期液晶顯示器只生產(chǎn)LCD屏，驅(qū)動部分由客戶自己設(shè)計制作。 目前LCD生產(chǎn)廠家把LCD屏連接到COB板（帶IC的PCB板）上，就做成了LCD模塊。LCD模塊分字符型模塊和圖象型模塊。 字符模塊有14行，劃分1640個字塊，每個字

21、塊由5x7點陣組成。每個字塊單獨驅(qū)動。 字符型模塊可使用TN-LCD或者STN-LCD，但圖象型模塊都是采用STN-LCD。大多數(shù)模塊的背光源可用EL或者LED。 圖象型模塊由多行多列的點陣象素組成，每個象素單獨驅(qū)動，可顯示文本、圖象或同時顯示文本和圖象。圖象型模塊需要IC來控制，這種控制IC有些也裝在LCD模塊上。7. COG 與與 TAB(1) COG(1) COG：Chip-On-Glass，即是將IC邦定在液晶片的玻璃上，將IC電路與LCD通過ACF直接連在一起，這樣可省去PCB板等料件，可大大減少模塊體積，同時在價格方面也可降低成本。該種產(chǎn)品適用于手提電話、PDA等體積小、要求顯示內(nèi)

22、容多的高檔次產(chǎn)品上。(2) TAB TAB: 是Tape Automated Bonding的縮寫,柔性帶自動連接,它是將帶有驅(qū)動電路的軟帶通過ACF(各向異性導(dǎo)電膜）與LCD連接，它減少了LCM的體積。 8. LCD 8. LCD 驅(qū)動驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動靜態(tài)驅(qū)動 基本思想:在相對應(yīng)的一對電極間連續(xù)外加電場或不外加電場,如圖1所示. 驅(qū)動電路原理:如圖2所示. 圖 1.LCD靜態(tài)驅(qū)動示意圖圖 2.驅(qū)動電路原理圖 驅(qū)動波形驅(qū)動波形： 根據(jù)此電信號，筆段波形不是與公用波形同相就是反相。同相時液晶上無電場，LCD處于非選通狀態(tài)。反相時，液晶上施加了一矩形波。當(dāng)矩形波的電壓比液晶閾值高很多時，LCD處于選通

23、狀態(tài) 圖 3.靜態(tài)波形 圖 4.電極陣列 動態(tài)驅(qū)動動態(tài)驅(qū)動 當(dāng)液晶顯示器件上顯示像素眾多時，如點陣型液晶顯示器件，為了節(jié)省龐大的硬件驅(qū)動電路，在液晶顯示器件電極的制作與排列上作了加工，實施了矩陣型的結(jié)構(gòu)，即把水平一組顯示像素的背電極都連在一起引出，稱之為行電極，把縱向一組顯示像素的段電極都連接起來一起引出，稱之為列電極。在液晶顯示器上每一個顯示像素都由其所在的列與行的位置唯一確定。在驅(qū)動方式上相應(yīng)地采用了類同于CRT的光柵掃描方法。液晶顯示的動態(tài)驅(qū)動法是循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖，同時所有為顯示數(shù)據(jù)的列電極給出相應(yīng)的選擇或非選擇的驅(qū)動脈沖，從而實現(xiàn)某行所有顯示像素的顯示功能，這種行掃描是逐行順

24、序進(jìn)行的，循環(huán)周期很短，使得液晶顯示屏上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的圖象。我們把液晶顯示的掃描驅(qū)動方式稱為動態(tài)驅(qū)動法。 電壓平均化： 從多路驅(qū)動的基本思想可以看出，不僅選通相素上施加有電壓，非選通相素上也施加了電壓。非選通時波形電壓與選通時波形電壓之比為偏壓比Bias=1/a。為了使選通相素之間及非選通相素之間顯示狀態(tài)一致，必須要求選點電壓Von一致，非選點電壓Voff一致。為了使相素在選通電壓作用下被選通；而在非選通電壓作用下不選通，必須要求LCD的光電性能有閾值特性，且越陡越好。但由于材料和模式的限制，LCD電光曲線陡度總是有限的。因而反過來要求Von、Voff拉得越開越好，即Von/Voff越大越好。經(jīng)

25、理論計算，當(dāng)Duty、Bias滿足以下關(guān)系時，Von/Voff取極大值。滿足下式的a，即為驅(qū)動路數(shù)為N的最佳偏壓值。9. 觸摸屏觸摸屏 Touch panel應(yīng)用：電子鐘/表、電動玩具、計算器、臺歷、電子字典、PDA等。 觸摸屏根據(jù)所用的介質(zhì)以及工作原理，可分為電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式多種。 電阻式觸摸屏當(dāng)手指按在觸摸屏上時，該處兩層導(dǎo)電層接觸，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產(chǎn)生信號，然后傳送觸摸屏控制器。觸摸屏的控制器接收到這一接觸信號，并將信號傳送給CPU,然后CPU就會根據(jù)模擬鼠標(biāo)的方式運作.性能較紅外線式及表面聲波式觸摸屏為佳。. 電容式觸摸屏觸摸屏把透明的金屬層涂在玻璃板上，當(dāng)手指