lcd发展简史Word格式.docx

1、1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式1986年Nagata提出用双层盒（DSTN）实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术（FSTN）。1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式 TN（RTN ）及反射式STN（RSTN）模式。液晶显示器产业的形成、发展及布局自196 8年Heil meir制成第一个DSM-L CD开始,美、日等国即开始了LCD的应用和生产研究。70年代初期，美国Rockwell公司开始生产D SM -LC D的计算机。Op tel公司则生产 DSM-LCD手表。日本 Sharp、Epson 等公司此类产品及工艺的成熟度都非常完满。但DSM-L

2、C D应用电流、电 压效应，耗电较多，很快被TN-LC D取代。1972年等人制成TN-LCD，并迅速工业化，被广泛应用于计算器、手 表、测试设备及汽车显示等，取得了巨大成功。并促使LCD向大容量、 大面积彩色化方向发展。大容量、大面积的一个方向是TN显示模式与半导体结合，采用有源 矩阵（Acti ve Matrix ）的方式。该方式最早于1972年由提出。经10多年的 研究，到80年代中后期，日本已开始大批量生产以TFT为代表的 AM-LC D。目前它是手提电脑的首选显示屏。大容量的另一个方向是采用STN模式。虽然STN模式198 3年才提出 来，但由于它与TN生产技术有很大程度的工艺相似性

3、，投资规模小，因而到80年代末90年代初已开始产业化，加之FST N技术的发展，ST N -LC D 成 为中高档、中 小尺 寸显示的 主导 。全彩色化方案首先有1995年以后， ECB 彩色化方案也见之于报导。它 利用电压控制显示颜 色，工艺简单，但色彩有限。一般只能实现34色。目前，反射式显示模式（RTN , RSTN ）正是许多工厂竞相开发的产品 方向。日本Sha rp、Epson公司已经生产此类产品，主要应用于手机显示 屏上。就全球产业布局来说， 日 本 TFT 生产占全球 80-90%的市场份额， 台 湾和韩国生产部分中小尺寸屏。 TN、 STN 生产 90%以上在中国大陆、 香 港

4、 、 台湾及东南 亚地 区。LCD 结构TN、 HTN 、 STN 的结构：FSTN、 ECB-Multi-color STN 的结构：DSTN 的结构：Color STN 的结构：LCD 的显示原理TN 型扭曲向列相（ TN ）显示最常见的如用于电子表和计算器上的显示方 式就是扭曲向列相（TN ）显示，这种显示器件 由两 片 基 板 玻 璃 中 间注 入 向 列 相 液晶 材料 构 成 ， 通过 特 殊 的 表 面 处 理使 分 子 在 顶 层与 X 方 向 平 行，而 在 底 层 与 X 方 向 垂 直，这 种 结构 使 液 晶 层 形成 了 一 个 90扭 曲 ， 从 而得 名 ， 图

5、1.即 为 扭 曲 结 构 。这 种 结 构类 似 于 胆 甾 相 结 构 ， 所 以 有时 加入 一点螺旋添加剂以保证扭曲方向一致。TN显示 的最 基 本 原 理 是 一 个偏 振 光 原 理 ， 当 光入 射 TN 盒时 ， 其 偏 振面 顺 着 液 晶 方 向 而扭 曲 。 例 如 ， 偏 振光 平 行 于 样 品 顶 层方 向 ，当 穿 过 液 晶盒 时 ，其 偏振 方 向 会 随 着 分 子旋 转 ，从 底 面 出 射时 ，其 偏 振面 旋 转 了 90。 右 图为 一 个 TN 盒 的示 意 图 ， 黑线 代 表 分 别 贴 在 显 示 器 上 、下 表 面呈 交 叉 状 态 的偏

6、振片。当 光射 入液 晶 盒 ， 其 偏振 面 随 分 子 旋 转 。 当 光达 到 液 晶 盒 底 部 ， 偏 振 矢 量 面 已旋 转了 90， 接着 穿过第二层偏 光片 。对于 一个反射 TN 型液 晶显示器，相 当于在底部装有一面镜子，它 将透 射光反射回来。右图为光进入液晶盒后随 着扭 曲 的路线。从液晶盒中出来的光呈现银灰色。当液晶盒 受到一个强度足够大的电场的作用时，晶 分子将 经历一个弗利德兹转换。右图 为一 个发 生转变的 扭曲向列相液晶盒。必 须 注 意 的 是 在 这 种 状 态 下 ，扭 曲 受 到 破 坏 ， 液晶层的分子取向与电场平行。当 偏振光射入这 种液晶盒时，

7、偏 振面不随分子旋转，因 而无法透 过第二层偏光片。这 样在亮态的背景下施加电场 的区 域呈现为暗态 。电光效应：依靠电场强度的作用扭曲向列相实现了亮态 和暗态之间变化。这 种显示类型最主要的一个特 点就是分子对外加压的响应，右 边的曲线图（ 电 光曲线）是 一个曲型的向列相液晶盒在电压作用 下的响应曲线，即分子与玻璃 面倾 斜度 随外加电压变化的关系。对 于 TN 型 显示 、电 致 扭 曲 形变 决定 了 液晶 盒 对光 的 透 过 率 。右 图 显 示了 透 过 率 与 电 场 作用 关 系图 。 考虑 到偏 光 片 的 作 用使 反 射 型 TN 显 示 屏 的最 大 透 过 率 只

8、有 50%。垂 直 线代 表液 晶 盒 的 开 或关状态时的电压。 ?STN 型超扭曲向列型显示具有很多行和列的显示，其开、关状态时的电压差别很小，由于 这个 原 因 ，TN 显 示器 不 适 合 多 路寻 址 大 信 息 量 显 示的 要 求 。这 个 问 题 在 198 0 年 中 期 ， 由 于 超 扭 曲 向 列 型 （ STN ） 显 示 器 的 出 现 而 得 到 解决 。 在 这 种 显 示 器中 ， 相 对 于 TN 液晶 盒 90角 ，它 的液 晶 分 子 旋转 了 270左 右 。 扭曲 角 的 作 用 可从 右图 电 光 效 应 曲线 中 可 以 看 出。随着扭曲角的增大

9、，分子倾角随外加电压的变化很陡峭。从右图 的响应参数可以看出其开态和关态的电压非常接近。虽然一般都希望得到一条陡峭的电光曲线，但也要考虑到中间灰 度的 问题，考虑到 这个 原因，很 多供 应商 所用的 STN 显示器 采用 了 210扭曲角，这样在允许快速寻址的同时又能满足灰度显 示的 要求 。 早期的 210扭曲显示模式通过器件的光谱变化也无法得到理想的颜 色：在点亮状态，象素显示倾向于黄颜色，而在关闭状态为蓝紫色。 因此，STN除了不受消费者的普遍欢迎外，通过滤色片实现全色显 示的 STN 也只能得到黑 、白 两种 颜色。这个问题通过增加一个扭曲 角正好相反的液晶盒而得到解决， 这种器件就

10、是双层超扭曲向列型 显示器（D- STN）。这种器件在关闭状态时， 第一层的相位变化可以在第二层得到补 偿， 像素显示为黑色；在点亮状态， 第一层的相位变化， 不能被第 二层 STN 盒补偿， 成近白光射出。 由于两层液晶盒由相同的材料所 组成， 在整个温度范围其补偿作用是相同的。LCD 的驱动方式对于 TN 及 STN-LCD 一般采用静态驱动或多路驱动方式。这 两种方 式相比较各有优缺点。 静态驱动响应速度快、耗 电少、驱 动电压低， 但 驱动电极度数必须与显示笔段数相同， 因而用途不如多路驱动广。 1.静态驱动基本思想图 2.驱动电路原理图图 3.静态波形图 4.电极阵列在 相对 应 的

11、 一 对 电极 间 连 续 外 加电 场或 不 外 加 电 场。 如图 1 所示 ： 其驱动电路原理如图 2：图 静态驱动示意图驱动波形根据此电信号，笔段波形不是与公用波形同相就是反相。同 相 时 液 晶 上 无 电场 ， LC D 处 于非 选 通 状 态 。反 相 时 ， 液 晶 上 施 加 了 一 矩 形 波 。当 矩 形 波 的 电压 比液 晶 阈 值 高 很多 时 ， LCD 处 于选通状态。 2.多路驱动电 极沿 X、Y 方向 排列 成 矩 阵 （如图 4），按 顺序 给 X 电 极 施 加 选 通 波 形 ， 给 Y 电 极 施 加与 X 电极 同 步 的 选 通或 非选 通 波

12、 形 ， 如 此 周 而 复 始 。通 过 此操 作 ， X、 Y 电 极 交 点 的 相 素 可以 是 独 立 的选态或非选态。驱动X电极从第一行到最后一行所需时间为帧周期Tf（频率为帧频），驱 动每 一行所用时间 Tr 与帧周期 的比 值为占空 比：D u ty = T r /T f = 1/ N 。电压平均化从多路驱动的基本思想可以看出，不仅选通相素上施加有电压，非 选通相素上也 施加 了电压。非选通时波形 电压 与选通时 波形 电压 之比为 偏压比Bias= 1/a。为了使选通相素之间及非选通相素之间显示状态一 致，必须要求选点电压Von 致，非选点电压Voff 致。为了使相素 在选通

13、电压作用下被选通；而在非选通电压作用下不选通， 必须要求 LCD 的光电性能有阈值特性， 且越陡越好。 但由于材料和模式的限制， LCD电光曲线陡度总是有限的。因而反过来要求Von、Voff拉得越开越 好，即Von/Voff越大越好。经理论计算，当Duty、Bias满足以下关系时， Von/Voff取极大值。满足下式的a，即为驱动路数为N的最佳偏压值。六级电平驱动在半导体集成电路中， 实现最佳偏压一般采用如图 5所示的六级电 平方式。图 6.六 级电平 的电路实现六级电平的电路一般采用如图6的Bias电路六级电平驱动时，给于COM电极和SEG电极的电平如下表：正极性帧（+）负极性帧（-）扫描电

14、极COM选通V1V6非选通V5V2信号电极SEGV4V3上叙6级电平，当a5时，会发生简并。女口：a=4 时，V3=V4a=3 时，V2=V4，V3=V5a=2 时，V仁V4，V2=V5，V3=V6简并后，上表中的电平分配关系依然成立LCD的基本性能电光性能：LCD光学透过率随电压变化的曲线，如图 1响应速度：LCD加电压后，透过率变化的快慢程度，如图 2对比度：LCD在选态透过率与非选态透过率的比值。如图 3。视角图：LCD在不同视角下观察所获得的等对比度曲线图。如图 4。温度性能：由于液晶材料本身的物理性质随温度变化而变化，因而引起LCD的阈值、透过光谱等会随温度漂移。频率响应：LCD只能工作在一个适当的频率范围，太低会引起显示闪动太高则液晶分子跟不上电场变化。LCD功耗：指单位显示面积的电流密度。寿命