液晶显示器的原理和制造PPT课件
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TFT-LCD(液晶显示器)工作原理ppt课件
13
3
液晶成像原理
液晶显示器正是由这样两
个相互垂直的极化滤光器构成，
所以在正常情况下应该阻断所有
试图穿透的光线。但是，由于两
个滤光器之间充满了扭曲液晶，
所以在光线穿出第一个滤光器后，
会被液晶分子扭转90度，最后从
第二个滤光器中穿出。另一方面，
若为液晶加一个电压，分子又会
重新排列并完全平行，使光线不
再扭转，所以正好被第二个滤光
5
TN、STN、TFT对比
6
TFT LCD概念
TFT (Thin Film Transistor) LCD-- 薄膜晶 体管液晶显示器。
液晶显示器需要电压控制来产生灰阶. 利 用薄膜晶体管来产生电压,以控制液晶转 向的显示器, 就叫做TFT LCD.
7
TFT LCD结构
8
TFT LCBiblioteka 等效电路器挡住。总之，加电将光线阻断，
不加电则使光线射出。
4
液晶显示器分类
静态驱动（Static） 单纯矩阵驱动（Simple Matrix）
扭转式向列型（Twisted Nematic）、超扭转 式向列型（Super Twisted Nematic）等 主动矩阵驱动（Active Matrix）
薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor）、二 端子二极管型（Metal/Insulator/Metal） 目前电脑显示器主要采用TFT LCD，它具有高对 比度、色彩丰富、可全彩化、动态显示、视角 较广（80度以下）等特性
什么是液晶
液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具 有液态流动特性。它的物理特性包括：黏性（visco-sity）、弹性 （elasticity）和极化性（polarizalility）。
3
液晶成像原理
液晶显示器正是由这样两
个相互垂直的极化滤光器构成，
所以在正常情况下应该阻断所有
试图穿透的光线。但是，由于两
个滤光器之间充满了扭曲液晶，
所以在光线穿出第一个滤光器后，
会被液晶分子扭转90度，最后从
第二个滤光器中穿出。另一方面，
若为液晶加一个电压，分子又会
重新排列并完全平行，使光线不
再扭转，所以正好被第二个滤光
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TN、STN、TFT对比
6
TFT LCD概念
TFT (Thin Film Transistor) LCD-- 薄膜晶 体管液晶显示器。
液晶显示器需要电压控制来产生灰阶. 利 用薄膜晶体管来产生电压,以控制液晶转 向的显示器, 就叫做TFT LCD.
7
TFT LCD结构
8
TFT LCBiblioteka 等效电路器挡住。总之，加电将光线阻断，
不加电则使光线射出。
4
液晶显示器分类
静态驱动（Static） 单纯矩阵驱动（Simple Matrix）
扭转式向列型（Twisted Nematic）、超扭转 式向列型（Super Twisted Nematic）等 主动矩阵驱动（Active Matrix）
薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor）、二 端子二极管型（Metal/Insulator/Metal） 目前电脑显示器主要采用TFT LCD，它具有高对 比度、色彩丰富、可全彩化、动态显示、视角 较广（80度以下）等特性
什么是液晶
液晶是介于固态和液态之间，不但具有固态晶体光学特性，又具 有液态流动特性。它的物理特性包括：黏性（visco-sity）、弹性 （elasticity）和极化性（polarizalility）。
第二讲液晶显示器件基础ppt课件
同，有不同的折射率）的合二为一的物质。
近晶相液晶：分子排列成层，层内分子长轴相互平行。分子排列整齐，其规整性接
近晶体，具有二维有序性。
向列相液晶：棒状分子仍保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶相液晶
的层状结构。分子的质心混乱无序。与近晶相相比，向列相液晶的粘度小，富于流
动性。分子的排列和运动比较自由，对外界作用相当敏感，因而应用广泛。
响应速度
响应速度是指信号由白到黑，由黑到白转换所需时间。
21
PPI与分辨率
4.LCD的显示性能
东芝在EDEX大展发布最新研制的200PPI真正高分辨率TFT液晶显示屏。 PPI所表示的是每平方英寸所拥有的像素（Pixel）数目。 因此PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。 显示的密度越高，拟真度就越高。
胆甾相液晶：液晶分子呈扁平形状，排列成层，层内分子相互平行。不同层的分子
长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构。
2
偏振片的偏光作用
1.液晶显示器原理
光源
偏振片
光行进方向 穿 过 轴
吸收轴
3
偏振片的工作原理
1.液晶显示器原理
光源
光源
垂直时不透光
平行时透光
4
液晶显示原理(长白模式）
1.液晶显示器原理
10
有源矩阵
2.液晶显示器的分类
有源矩阵LCD：有有源器件，在纵列像素电极X和横列像 素电极Y交点上构成，其有源器件一侧连接数据信号，另 一侧有平行板电容，其电容间加入液晶材料构成像素。
11
有源矩阵与无源矩阵对比
2.液晶显示器的分类
无源矩阵的缺点： • 存在交叉串扰现象； • 随着行列电极数目的增加 交叉效应的 程 度 会 加 剧； • 扫描行数Ｎ 很大时，会失去显示功能 ； • 显示对比度伴随显示容量的增加而迅速降低 ； 有源矩阵的优点： • 无行间串扰； • ＬＣＤ的扫描行数从理论上讲可以做到无穷，实现大容量
近晶相液晶：分子排列成层，层内分子长轴相互平行。分子排列整齐，其规整性接
近晶体，具有二维有序性。
向列相液晶：棒状分子仍保持着与分子轴方向平行的排列状态，但没有近晶相液晶
的层状结构。分子的质心混乱无序。与近晶相相比，向列相液晶的粘度小，富于流
动性。分子的排列和运动比较自由，对外界作用相当敏感，因而应用广泛。
响应速度
响应速度是指信号由白到黑，由黑到白转换所需时间。
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PPI与分辨率
4.LCD的显示性能
东芝在EDEX大展发布最新研制的200PPI真正高分辨率TFT液晶显示屏。 PPI所表示的是每平方英寸所拥有的像素（Pixel）数目。 因此PPI数值越高，即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。 显示的密度越高，拟真度就越高。
胆甾相液晶：液晶分子呈扁平形状，排列成层，层内分子相互平行。不同层的分子
长轴方向稍有变化，沿层的法线方向排列成螺旋结构。
2
偏振片的偏光作用
1.液晶显示器原理
光源
偏振片
光行进方向 穿 过 轴
吸收轴
3
偏振片的工作原理
1.液晶显示器原理
光源
光源
垂直时不透光
平行时透光
4
液晶显示原理(长白模式）
1.液晶显示器原理
10
有源矩阵
2.液晶显示器的分类
有源矩阵LCD：有有源器件，在纵列像素电极X和横列像 素电极Y交点上构成，其有源器件一侧连接数据信号，另 一侧有平行板电容，其电容间加入液晶材料构成像素。
11
有源矩阵与无源矩阵对比
2.液晶显示器的分类
无源矩阵的缺点： • 存在交叉串扰现象； • 随着行列电极数目的增加 交叉效应的 程 度 会 加 剧； • 扫描行数Ｎ 很大时，会失去显示功能 ； • 显示对比度伴随显示容量的增加而迅速降低 ； 有源矩阵的优点： • 无行间串扰； • ＬＣＤ的扫描行数从理论上讲可以做到无穷，实现大容量
液晶显示器的原理和制造幻灯片PPT
二、液晶分子的构造
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
偏压比= 选点电压 = b =√N +1 非选点电压
〔10 〕
扫描电压Vo 那么选点上的电压Vs非选点上的电压Vns
〔11 〕
〔12 〕
注意Von、Voff只取决于矩阵电路，与液晶无关，要使液晶 在这个矩阵电路中防止穿插效应，应有Voff<V10<V90<Von
图15
三、TN-LCD的电光曲线和电光响应
1.电光曲线的定义和特点
(1)定义——透射光强随施加电压变化的函数关系
图16
图17
(2)特点：
(a)两偏光片的偏光轴正交，并且分别与紧邻玻 片内侧上的的摩擦 方向〔即液晶分子排列方向) 平行或垂直——正性显示〔白底黑字-常白型〕
假设两偏光片的偏光轴互相平行，且与任 一玻片内侧上的摩擦方向相一致——负性显示 〔黑底白字-常黑型〕
2.重要参量的意义
〔1〕相对透光率L透t射=光强
×100%
入射光强
〔2〕阀值电压Vth——当V>Vth时，Lt
才发生变化 〔9〕
Vth与△∈成反比，即△∈越大，Vth越
压
〔4〕陡度γ
γ=V90/V10 (负性显示) ，γ>1，γ越小，那
么陡度越好
〔5〕比照度和视角
比照度Cr 显示状态和非显示状态相对透光
液晶显示器原理PPT课件
示，多用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机等。
•
(3)DSTN-lED由于支持的彩色数有限，多用于早期的
笔记本计算机。
•
(4)FFT-IED则采用与TN系列LCD截然不同的显示方式，
性能较好，被广泛用于笔记本计算机和台式显示器。
1
第1页/共23页
TN型液晶彩电的原理
• TN型Twisted Nematic即扭曲向列型液晶彩电是在两片平行 放置的偏光板之间
•
RF电视信号、CVBS复合电视信号、s-Video信号、色差分
量信号等经模拟电视信号处理模块处理后，形成模拟Y、U、
V(或R、G、B)信号及行场同步信号给模拟信号／数字信号转换
模块进行A／D转换，成为24位数字Y、U、V(或R、G、B)信号。
该信号再经隔行／逐行转换处理，形成标准逐行格式的数字Y、
由于在两片玻璃板之间可以划分出不同的区域，且每一个区域都用电场进 行控制，这些不同的区域叫子像素。不同彩色滤光片放不同彩色滤光片放在每个 子像素的后面，当光透过时，就可以显示出全色的图像来。
第3页/共23页
TFT型液晶彩电的原理
•
TFT型液晶彩电的原理与TN型彩电的原理大致相同，也是由玻
璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等组成，采用两夹层间充填液晶分
点阵(点距为o．297mm)和分辨率极高的图像。同时，先进
的电子控制技术使液晶光阀产生1677万(256×256×256)种R、
G、B颜色变化，还原真实的亮度、色彩度，并再现纯真的图
像。
9
第9页/共23页
液晶电视的成像原理
10
第10页/共23页
液晶显示器中的背光灯
• 因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边 设有作为光源的灯管，而在 液晶显示器的背面设有 一块背光板(或均匀光板)和反光膜，背光板是由荧 光物质组成的可以发射光线，其主要作用是提供均 匀的背景光源。背光板发出的光线 在穿过第一层偏 振过滤层之后进入包含成千上万的液晶颗粒的液晶 层，射人液晶物质中，液晶物质受电场的控制。
第30讲液晶显示器原理 29页PPT
（3）灰阶逆转：随观看角度增加导致屏幕上出现 灰阶逆转（低灰阶比高灰阶还要亮），定义即将产生 逆转的临界点时的观看角度为最大可视角度。
28
谢
电视技术
CPA（连续焰火状排列）广视角技术
13
电视技术
FFS（边缘场切换）广视角技术
现代电子则采用FFS（Fringe Field Switching） 技 术 ， 不 需 要 额 外 的 光 学 补 偿 膜 ， FFS （ Fringe Field Switching）严格来说应该是IPS模式的一 个分支，主要是将IPS的不透明金属电极改为透明 的ITO电极，并缩小电极宽度和间距，在制造上比 原先的IPS技术复杂，但因为使用了透明的ITO电 极让透光率比IPS高出2倍以上。在视角的呈现上 达160o，反应时间因受制于采用负型液晶制造， 反应时间则略逊于IPS技术。为了增加良率与显示 品质的提升，新的UFFS（Ultra FFS）技术，能将 原色重现率提升至75%以上。
屏分辨率：屏幕上所能呈现的图像像素的密度，以水 平和垂直像素的多少来表示。 屏像素总数量是固定的，与画面尺寸及像素间距有关。
例如：分辨率为1024×768时，就是指在显示屏的横 向有1024个像素点，竖向有768个像素点。
20
电视技术
图像分辨率：是说明图像系统分解像素的能力， 由扫描行数、信号带宽等所确定的。 例如，PAL制图像分辨率为720×576扫描格式， NTSC制为720×480。我国HDTV采用的分辨率 为1920×1080方型像素格式。
2. 液晶屏的反转驱动方法 ⑴为什么要反转驱动
液晶在固定的电场作用下将发生电化学反应， 从而导致液晶材料的老化及失效，所以液晶像素 点不宜施加直流电压。
如果液晶屏显示静止画面， 也就是说像素点一 直显示同一个灰度的时候怎么办？这就要采用反 转驱动方法。
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谢
电视技术
CPA（连续焰火状排列）广视角技术
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电视技术
FFS（边缘场切换）广视角技术
现代电子则采用FFS（Fringe Field Switching） 技 术 ， 不 需 要 额 外 的 光 学 补 偿 膜 ， FFS （ Fringe Field Switching）严格来说应该是IPS模式的一 个分支，主要是将IPS的不透明金属电极改为透明 的ITO电极，并缩小电极宽度和间距，在制造上比 原先的IPS技术复杂，但因为使用了透明的ITO电 极让透光率比IPS高出2倍以上。在视角的呈现上 达160o，反应时间因受制于采用负型液晶制造， 反应时间则略逊于IPS技术。为了增加良率与显示 品质的提升，新的UFFS（Ultra FFS）技术，能将 原色重现率提升至75%以上。
屏分辨率：屏幕上所能呈现的图像像素的密度，以水 平和垂直像素的多少来表示。 屏像素总数量是固定的，与画面尺寸及像素间距有关。
例如：分辨率为1024×768时，就是指在显示屏的横 向有1024个像素点，竖向有768个像素点。
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电视技术
图像分辨率：是说明图像系统分解像素的能力， 由扫描行数、信号带宽等所确定的。 例如，PAL制图像分辨率为720×576扫描格式， NTSC制为720×480。我国HDTV采用的分辨率 为1920×1080方型像素格式。
2. 液晶屏的反转驱动方法 ⑴为什么要反转驱动
液晶在固定的电场作用下将发生电化学反应， 从而导致液晶材料的老化及失效，所以液晶像素 点不宜施加直流电压。
如果液晶屏显示静止画面， 也就是说像素点一 直显示同一个灰度的时候怎么办？这就要采用反 转驱动方法。
液晶显示器的原理和制造
对于多路驱动的电光器件，要求液晶材料
K33 /K11 = 1.1
K22 /K11 ＝ 0.4 ~ 0.8
6. 边界效应
(1)强锚定 界面对分子的作用称之为“锚定”。 在大多数实际情形下，表面作用力足够强， 能使分子在表面有确定的方向，这种情形称之 为“强锚定”。与之对应的则称为“弱锚定” 。
(2)易取向方向 液晶分子沿界面某一方向排列时表面能量为最 小，该方向称为易取向方向。
多个方向（或n 不确定） 缺陷（向错点、向错线）
精品课件
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=+1
精品课件
s=3/2 s=+2
向列相中向错线的显微照片
精品课件
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// 矢和量 D为：。
正性比负性对比度高
精品课件
图18
(b）有阀值，有饱和，Vth、Vsat都很低，易于低
电压使用；
（c）由于是场效应
低电流、微功耗；
（d）电压为交变电压，避免电极处的电化学反应从
而造成LCD的损坏；
（e）透射光强在很宽的频率范围内只与驱动电压的
均方根值有关，而与电压波形无关；
（f）电光曲线会随环境温度变化。
当Δ
>0时，若
n//E
，(n则•E)2
最小； 即分子倾向沿电场排列
为最大，W为
当Δ
<0时，若
nE
，(n 则•E )20
LCD液晶显示器结构原理-PPT精选文档
液晶面板（液晶屏）的原理
• 液晶是一种介于固态和液态之间的物质，是具有规则性分 子排列的有机化合物。如果把 它加热会呈现透明状的液 体状态，把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态，具 有液体与 晶体的特性，故称之为“液晶”。液晶显示的 原理简单地说，就是将置于两个电极之间的液 晶通电， 液晶分子的排列顺序在电极通电时会发生改变，从而改变 透射光的光路，实现对影 像的控制。 • 液晶面板按照控制方式的不同可分为被动矩阵式（无源矩 阵式）LCD 及主动矩阵式（有 • 源矩阵式）LCD 两种。
• 框胶(Sealant)及 spacer • 在 TFT LCD 的切面结构图中另外还有框胶与 spacer 两种结构成分. 其中框胶的用途, 就是要 让液晶面板中的上下两层玻璃, 能够紧密黏住, 并且提供面板中的液晶分子与外界 的阻隔,所以 框胶正如其名,是围绕于面板四周, 将液晶分子框 限于面板之内. 而 spacer 主 要是提供上下两层 玻璃的支撑, 它必须均匀的分布在玻璃基板上, 不然一但分布不均造成 部分 spacer 聚集在一 起, 反而会阻碍光线通过, 也无 法维持上 下两 片玻璃的适当 间隙 • (gap), 会成电场分布不均的现象, 进而影响液晶 的灰阶表现。
• 背光板(back light, BL) • 在一般的 CRT 屏幕, 是利用高速的电子枪发射出电子, 打击在银光幕上的荧光粉, • 藉以产生亮光, 来显示出画面. 然而液晶显示器本身, 仅能控制光线通过的亮度, 本身并 无发光的功能. 因此, 液晶显示器就必须加上一个背光板, 来提供一个高亮度, 而且亮度分 布均匀的光源. 我们在上面的 TFT LCD 的 切面结构图中可以看到, 组成背光板的主要零件有 灯管 (冷阴极管), 反射板, 导光板, prism sheet, 扩散板等 等. 灯管是主要的发光零件, 藉由导光板, 将光线分布到 各处. 而反射板则将光线限制住都只往 TFT LCD 的方 向前进. 最 后藉由 prism sheet 及扩散板的帮忙, 将 光线均匀的分布到各个区域去, 提供给 TFT LCD 一个 明亮的光源. 而 TFT LCD 则藉由电压控制液晶的转动, 控制通过光线的亮度, 藉以形成 不同的灰阶.
液晶显示器PPT课件
⑥ 正常和DMA传输模式
23
2．IIS－BUS 结构
24
如图4-29所示，BRFC包括:
➢总线接口、内部寄存器和状态机，他控制总线接口逻辑 和FIFO访问； ➢3位的双分频器包括一个作为IIS总线主设备时钟发生器， 另外一个作为外部编解码器的时钟发生器; ➢16字节发送和接收FIFO完成发送数据写入发送FIFO， 接收数据从接收FIFO中读出功能；
4.11 LCD 控制器
4.11.1 LCD工作原理
如图4-24 所示，LCD 的横截面很像 是很多层三明治叠在一起。每面最外一 层是透明的玻璃基体，玻璃基体中间就 是薄膜电晶体。颜色过滤器和液晶层可 以显示出红、蓝和绿三种最基本的颜色。 通常，LCD后面都有照明灯以显示画面。
1
一般只要电流不变动，液晶都在非结 晶状态。这时液晶允许任何光线通过。
14
4.11.4 LCD 控制器专用寄存器
LCD控制器主要提供液晶屏显示数据的传送 时钟和各种信号产生与控制功能。
1. LCD 控制参数设定 VFRAME和VLINE脉冲的产生通过对 LCDCON2寄存器的HOZVAL和LINEVAL域进行 配置来完成。每个域都与LCD的尺寸和显示模式 有关。 HOZVAL和LINEVAL可以通过下式计算出来: HOZVAL=(显示宽度/VD数据线的位数)－1
红
绿
蓝 10
3. 虚拟显示
S3C44B0X支持硬件方式的平行或垂直滚动。 如果要使屏幕滚动，可以通过修改LCDSADDR1 和LCDSADDR2寄存器中的LCDBASEU和LCDBASEL 的值来实现。 但不是通过修改PAGEWIDTH和OFFSIZE来实现。 如果要实现滚动，则显示缓冲区的大小要大于LCD显 示屏的大小。 LCDBASEU、LCDBASEL、PAGEWIDTH和 OFFSIZE的定义如图4-28所示，LCDBASEU帧缓冲区 的开始地址，在突发4字存取模式,最低4位必须取消。
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2．IIS－BUS 结构
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如图4-29所示，BRFC包括:
➢总线接口、内部寄存器和状态机，他控制总线接口逻辑 和FIFO访问； ➢3位的双分频器包括一个作为IIS总线主设备时钟发生器， 另外一个作为外部编解码器的时钟发生器; ➢16字节发送和接收FIFO完成发送数据写入发送FIFO， 接收数据从接收FIFO中读出功能；
4.11 LCD 控制器
4.11.1 LCD工作原理
如图4-24 所示，LCD 的横截面很像 是很多层三明治叠在一起。每面最外一 层是透明的玻璃基体，玻璃基体中间就 是薄膜电晶体。颜色过滤器和液晶层可 以显示出红、蓝和绿三种最基本的颜色。 通常，LCD后面都有照明灯以显示画面。
1
一般只要电流不变动，液晶都在非结 晶状态。这时液晶允许任何光线通过。
14
4.11.4 LCD 控制器专用寄存器
LCD控制器主要提供液晶屏显示数据的传送 时钟和各种信号产生与控制功能。
1. LCD 控制参数设定 VFRAME和VLINE脉冲的产生通过对 LCDCON2寄存器的HOZVAL和LINEVAL域进行 配置来完成。每个域都与LCD的尺寸和显示模式 有关。 HOZVAL和LINEVAL可以通过下式计算出来: HOZVAL=(显示宽度/VD数据线的位数)－1
红
绿
蓝 10
3. 虚拟显示
S3C44B0X支持硬件方式的平行或垂直滚动。 如果要使屏幕滚动，可以通过修改LCDSADDR1 和LCDSADDR2寄存器中的LCDBASEU和LCDBASEL 的值来实现。 但不是通过修改PAGEWIDTH和OFFSIZE来实现。 如果要实现滚动，则显示缓冲区的大小要大于LCD显 示屏的大小。 LCDBASEU、LCDBASEL、PAGEWIDTH和 OFFSIZE的定义如图4-28所示，LCDBASEU帧缓冲区 的开始地址，在突发4字存取模式,最低4位必须取消。
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图8
-2 0
-1 0
0
T - T N I ( °C )
（2）弹性常数对显示的影响 阈值电压
弹性常数越大 → 阈值电压也越大
响应时间
弹性常数越大 → 响应速度越快
电光曲线
K33 /K11越小 → 该液晶的电光曲线越陡 → 多 路驱动能力越强
对于多路驱动的电光器件，要求液晶材料
K33 /K11 = 1.1
(二) 什么是液晶
6
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
W D •d E 2 2
（2）
（2）式中第一项与取向无关，第二项对取向非常重要
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 nE，则 (n •E )20， W为最小；
即分子倾向垂直电场排列
20
图5 21
3.电阻率与电极效应
液晶的电阻率ρ的 数量级为 108~1102•c，m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）
K22 /K11 ＝ 0.4 ~ 0.8
液晶显示器的原理和制造
2009年12月
1
(一) 序言
2
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）
3
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
• 奇点 ——空间中某些点或线上n 可以有
多个方向（或n不确定） 缺陷（向错点、向错线）
16
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
17
向列相中向错线的显微照片
18
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
有一定的光学状态
发生变化
光学状态发生变化
撤除电场
产生对比度→显示
4
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）
5
五、液晶的分类
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…）
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
22
4.光学各向异性: 双折射 △n = ne - no
冰洲石
图6
23
光在向列相中的传播 液晶分子长轴的方向——光轴
双折射现象、光波的叠加、干涉等现象均同 样在液晶中发生，只要将液晶作为单轴正晶
● K 3 3 K 1 ， 1 K 3 3 K 2 ， 2 K 1 1 K 22
●温度增高
Kii减少
26
弹性常数K22与温度之间的关系
K2 2 ( x 1- 102 N e w t o n )
7 6 5 4 3 2
-3 0
P -azo xyp h en eto le
P -azo xyan iso le (P A A )
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)。
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(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
Krystalle(德语)
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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
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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
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：
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
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由于介电各向异 性， 导致向E 列2相分子(n 被•E 电)2 场强迫取向：
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近晶C相
近晶A相
图2
向列相
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•向列相&胆甾相
指向矢
n
螺距
P
通常向列相
向序
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
体就可作类似的分析。
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5.弹性各向异性: 向列相的三种形变
展曲 K11
扭曲 K22
图7
弯曲 K33
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(1)关于弹性常数的讨论
●向列相中可以只产生其中一种形变，因此每一个Kii （i=1,2,3）都必须是正的。
●Kii的量纲是尔格/厘米（或达因）
● Kii的数量U 级 （～ a分 （子 分间 子相 线互 度 ～1作 ） 06达 用因 能）
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
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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
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液晶相
晶体
向列相液晶
温 图度1
各向同性相
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