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1、LCD PANEL知识LCD PANEL培训教材 液晶产品专业知识(培训教材目录)一、液晶显示器基本常识3二、液晶显示器件的结构5三、液晶显示器件的基本性能7四、液晶显示器件的基本参数8五、IC与LCD的常见连接方式12六、LCD专业术语解释 13七、液晶显示原理14八、液晶显示器件的驱动16一、液晶显示器基本常识1.液晶显示器（LCD）目前科技信息产品都朝着轻、薄、短、小的目标发展，在计算机周边中拥有悠久历史的显示器产品当然也不例外。在便于携带与搬运为前提之下，传统的显示方式如CRT映像管显示器及LED显示板等等，皆受制于体积过大或耗电量甚巨等因素，无法达成使用者的实际需求。而液晶显示技术的

2、发展正好切合目前信息产品的潮流，无论是直角显示、低耗电量、体积小、还是零辐射等优点，都能让使用者享受最佳的视觉环境。2.液晶的诞生要追溯液晶显示器的来源，必须先从液晶的诞生开始讲起。在公元1888年，一位奥地利的植物学家，菲德烈莱尼泽（Friedrich Reinitzer）发现了一种特殊的物质。他从植物中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物，在为这种化合物做加热实验时，意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。而它的状态介于我们一般所熟知的液态与固态物质之间，有点类似肥皂水的胶状溶液，但它在某一温度范围内却具有液体和结晶双方性质的物质，也由于其独特的状态，后来便把它命名为Liquid Cr

3、ystal，就是液态结晶物质的意思。不过，虽然液晶早在1888年就被发现，但是真正实用在生活周遭的用品时，却是在80年后的事情了。公元1968年，在美国RCA公司（收音机与电视的发明公司）的沙诺夫研发中心，工程师们发现液晶分子会受到电压的影响，改变其分子的排列状态，并且可以让射入的光线产生偏转的现象。利用此一原理，RCA公司发明了世界第一台使用液晶显示的屏幕。尔后，液晶显示技术被广泛的用在一般的电子产品中，举凡计算器、电子表、手机屏幕、医院所使用的仪器（因为有辐射计量的考虑）或是数字相机上面的屏幕等等。令人玩味的是，液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早，但世人了解此一现象的并不多，直到1962

4、年才有第一本，由RCA研究小组的化学家乔卡司特雷诺（Joe Castellano）先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的，这两项技术虽然都是由美国的RCA公司所发明的，却分别被日本的新力（Sony）与夏普（Sharp）两家公司发扬光大。3. LCD基本常识 液晶显示是一种被动的显示，它不能发光，只能使用周围环境的光。它显示图案或字符只需很小能量。正因为低功耗和小型化使 LCD成为较佳的显示方式。液晶显示所用的液晶材料是一种兼有液态和固体双重性质的有机物，它的棒状结构在液晶盒内一般平行排列，但在电场作用下能改变其排列方向。 对于正性TN-LCD，当未加电压到电极时，LCD处于OFF态，光能透过

5、LCD呈白态；当在电极上加上电压LCD处于ON态，液晶分子长轴方向沿电场方向排列，光不能透过LCD，呈黑态。有选择地在电极上施加电压，就可以显示出不同的图案。 对于STN-LCD，液晶的扭曲角更大，所以对比度更好，视角更宽。STN-LCD是基于双折射原理进行显示，它的基色一般为黄绿色，字体蓝色，成为黄绿模。当使用紫色偏光片时，基色会变成灰色成为灰模。当使用带补偿膜的偏光片，基色会变成接近白色，此时STN成为黑白模即为FSTN,以上三种模式的偏光片转90，即变成了蓝模，效果会更佳。4.液晶显示器的种类液晶显示器，英文通称为LCD（Liquid Crystal Display），是属于平面显示器的

6、一种，依驱动方式来分类可分为静态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）以及主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。其中，被动矩阵型又可分为扭转式向列型（Twisted Nematic；TN）、超扭转式向列型（Super Twisted Nematic；STN）及其它被动矩阵驱动液晶显示器；而主动矩阵型大致可区分为薄膜式晶体管型（Thin Film Transistor；TFT）及二端子二极管型（Metal/Insulator/Metal；MIM）二种方式。（详细的分类请参考附图）TN、STN及TFT型液晶顯示器因其利用液晶分子扭轉原理之不同，在視角、彩色、對比

7、及動畫顯示品質上有高低程次之差別，使其在產品的應用範圍分類亦有明顯區隔。以目前液晶顯示技術所應用的範圍以及層次而言，主動式矩陣驅動技術是以薄膜式電晶體型（TFT）為主流，多應用於筆記型電腦及動畫、影像處理產品。而單純矩陣驅動技術目前則以扭轉向列（TN）、以及超扭轉向列（STN）為主，目前的應用多以文書處理器以及消費性產品為主。在這之中，TFT液晶顯示器所需的資金投入以及技術需求較高，而TN及STN所需的技術及資金需求則相對較低。二、液晶显示器件的结构下图是一个反射式TN型液晶显示器的结构图.从图中可以看出,液晶显示器是一个由上下两片导电玻璃制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料-胶框（一般

8、为环氧树脂）密封，盒的两个外侧贴有偏光片。 液晶盒中上下玻璃片之间的间隔，即通常所说的盒厚，一般为几个微米（人的准确性直径为几十微米）。上下玻璃片内侧，对应显示图形部分，镀有透明的氧化甸-氧化锡（简称ITO）导电薄膜，即显示电极。电极的作用主要是使外部电信号通过其加到液晶上去。 液晶盒中玻璃片内侧的整个显示区覆盖着一层定向层。定向层的作用是使液晶分子按特定的方向排列，这个定向层通常是一薄层高分子有机物，并经摩擦处理；也可以通过在玻璃表面以一定角度用真空蒸镀氧化硅薄膜来制备。 在TN型液晶显示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使长棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一个固定方向排列，分子长轴的

9、方向沿着定向处理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂直的，这样，在垂直于玻璃片表面的方向，盒内液晶分子的取向逐渐扭曲，从上玻璃片到下玻璃片扭曲了90（参见下图），这就是扭曲向列型液晶显示器名称的由来。实际上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是与其成一定的角度，这个角度称为预倾角，一般为12。 液晶盒中玻璃片的两个外侧分别有偏光片，这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），且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的。 我们通常所见的多是反向型的液晶显示器，这种显示器在下边的偏振片后还贴

10、有一片反光片。这样，光的入射和观察都是在液晶盒的同一侧。 TN、HTN、STN的结构：FSTN、ECB-Multi-color STN的结构：Color STN的结构：三、液晶显示器件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

11、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：1)工业品保证100000小时。2)民用品保证50000小时。3)其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。四、液晶显示器件的基本参数LCD显示类型TN型：STN型：显示模式背景前景黄 绿 模黄绿色蓝黑色蓝 模蓝色白色灰 模灰白色深蓝色黑白模白色黑色照明方式LCD有三种显示方式：反射型，全透型和半透型。(1)反射型LCD的底偏光片后面加了一块反射板，它一般在户外和光线良好的办公室使用。(2)全透型LCD的底偏光片是全透偏光片，它需要连续使用背光源，一般在光线差的环境使用。(3)半透型LCD是处于以上两者之间，底偏光片能部分反光，一般

12、也带背光源，光线好的时候，可关掉背光源；光线差时，可点亮背光源使用LCD。LCD显示方式还分正性和负性。正性LCD呈现白底黑字，在反射和半透型LCD中显示最佳；负性LCD呈现黑底白字，一般用于全透型LCD，加上背光源，字体清晰，易于阅读。正显模式（白底黑字）POSITIVE TYPE 负显模式（黑底白字）NEGATIVE TYPE 温度特性 类型 TN STN 工作温度（） 050 -1060 -2070 -3080 050 -2070 储存温度（） -2060 -2070 -3080 -4090 -2060 -3080 LCD的采光技术 显示器件是被动型显示器件，它本身不会发光，是靠调制外界

13、光实现显示的。外界光是液晶显示器件进行显示的前提条件。因此，在液晶显示装配、使用中，巧妙地解决采光，不仅可以保证和提高液晶显示的质量，而且 一般液晶显示的采光技术分为自然光采光技术和外光源设置技术。而外光源设置上，又有背光源、前光源和投影光源三类技术。 这里，我们就较为常见的背光源作简单介绍:一. 背光源采光技术的两大任务是： 1.使液晶显示器件在有无外界光的环境下都能使用； 2.提高背景光亮度，改善显示效果。二. 分类： 现对常用的背照明光源，按如下分类说明： 光源种类 LED EL（电致发光） CCFL寿命(小时) 100,000 (半衰期)20005000 (半衰期）50008000 特

14、点 优点 寿命长 分光特性好,无亮斑,薄而轻,耐振抗冲击 在可见光范围光谱峰值可任选,亮度高,寿命长，适于彩色化 缺点 单色光，调光难 寿命短，电压高 不能调光，驱动电压高，有一定厚度 发光方式 边光 背光 一般为边光 工作电压 3.84.5V 60200V 5001000V 推荐工作电压 70110V 工作频率 - 501000Hz 20KHz 推荐工作频率 - 400700Hz 工作电流 不定(由LED的数量决定） 0.10.25mA/cm2 46mA 电容值 - 1001000pF/cm2 工作温度 -30+50 +1050 存储温度 -40+60 -2060 存储湿度 70%RH 亮度

15、 300035000cd/m2 功耗 不定(由LED的数量决定) 14W 颜色种类 黄、红、绿、橙、白 EL是低亮度照明光源，发光颜色仅绿色、蓝绿色、橙色。 白色 外接元器件 外接5V电源时须限流 需DC-AC逆变器 需DC-AC逆变器,串联限流电阻100K200K 全透型和半全透型LCD一般都需要加背光源，其放置位置根据实际情况下面介绍几种常见的背光源： EL背光LED背光CCFL背光电致发光(EL)：EL背光源厚度薄，重量轻、发光均匀。它可用于不同颜色，但最常用于LCD白光背光。EL背光源功耗低，只需电压80-110VAC，通过变压器将5V,12V或24VDC转变得到。EL背光源的半衰期约

16、为2000-5000小时。 发光二极管(LED):LED背光源主要用于字符型模块。比EL寿命更长（最少5000小时），光更强，但能耗更大。作为固态装置，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可以发不同颜色的光，最常见的是黄绿光。 冷阴极荧光灯(CCFL):CCFL能够提供能耗低，光亮强的白光。它由冷阴极荧光管发光，通过散射器将光均匀分散在视窗区。侧背光源体积小，能耗低，但CCFL需要一个变压器来供应270-300VAC的电源。它主要用于图形LCD，寿命达10000-15000小时。 LCD的视角 视角简单地说就是显示图案能看得清楚的角度。它是由定向层的摩

17、擦方向决定，不能通过旋转偏光片改变。视角以时针的钟点来命名，如6:00视角，12:00视角等等。6:00视角就是指在6点时针的平面方向到法线方向这个区域LCD显示效果理想；12:00视角是指12点时针的平面到法线方向区域显示理想。 LCD的视角是由LCD显示屏在仪器上的位置来确定。例如计算器一般放在桌上或拿在手上使用，LCD做成6:00视角最好。有些仪器上的LCD屏装在低于人眼视线以下，一般做成12:00视角。汽车上的时钟一般装在驾驶员的右边，做成9:00的视角最佳。 LCD视角示意图 LCD模块 早期液晶显示器只生产LCD屏，驱动部分由客户自己设计制作。目前LCD生产厂家把LCD屏连接到CO

18、B板（带IC的PCB板）上，就做成了LCD模块。LCD模块分字符型模块和图象型模块。字符模块有14行，划分1640个字块，每个字块由5x7点阵组成。每个字块单独驱动。图象型模块由多行多列的点阵象素组成，每个象素单独驱动，可显示文本、图象或同时显示文本和图象。图象型模块需要IC来控制，这种控制IC有些也装在LCD模块上。 字符型模块可使用TN-LCD或者STN-LCD，但图象型模块都是采用STN-LCD。大多数模块的背光源可用EL或者LED。五、IC与LCD的常见连接方式 IC与LCD的常见连接方式 SMT是英文Surface mount technology的缩写即表面安装技术，这是一种较传统

19、的安装方式。其优点是可靠性高，缺点是体积大，成本高，限制LCM的小型化。COB是英文Chip On Board的缩写 即芯片被邦定（Bonding)在PCB上，这样可省去PCB板等料件，可大大的模块减少体积，同时在价格方面也可降低成本。由于IC制造商在LCD控制及相关芯片的生产上正 在减小QFP（SMT的一种）封装的产量，因此，在今后的产品中传统的SMT方式将被逐步取代。TAB是英文Tape Aotomated Bonding的缩写 即各向异性导电胶连接方式。将封装形式为TCP（Tape Carrier Package带载封装)的IC用各向异性导电胶分别固定在LCD和PCB上。这种安装方式可减

20、小LCM的重量、 体积、安装方便、可靠性较好！ COG 是英文Chip On Glass的缩写 即芯片被直接邦定在玻璃上。这种安装方式可大大减小整个LCD模块的体积，且易于大批量生产，适用于消费类电子产品用的LCD，如：手机、PDA等便携式电子产品。这种安装方式在IC生产商的推动下，将会是今后IC与LCD的主要连接方式。COF 是英文Chip On Film的缩写 即芯片被直接安装在柔性PCB上。这种连接方式的集成度较高，外围元件可以与IC一起安装在柔性PCB上，这是一种新兴技术，目前已进入试生产阶段。六、LCD专业术语解释LCD： Liquid Crystal Display 液晶显示 LC

21、M：Liquid Crystal Module 液晶模块 TN ：Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏转90 STN： Super Twisted Nematic 超级扭曲向列。约180270扭曲向列 FSTN：Formulated Super Twisted Nematic 格式化超级扭曲向列。一层光程补偿片加于 STN ，用于单色显示 TFT：Thin Film Transistor 薄膜晶体管 COB： Chip On Board 通过邦定将IC裸片固定于印刷线路板上 COF：Chip On FPC 将IC固定于柔性线路板 上 COG ：Chip On Glas

22、s 将芯片固定于玻璃上 Backlight ： 背光 LED Light Emitting Diode 发光二极管 EL Electro Luminescence 电致发光。EL层由高分子量薄片构成 Inverter ： 逆变器 OSD ： On Screen Display 在屏上显示 DVI ： Digital Visual Interface （VGA）数字接口 LVDS：Low Voltage Differential Signaling 低压差分信号 IC：Integrate Circuit 集成电路 TCP ： Tape Carrier Package 柔性线路板 Duty：占空比

23、，高出点亮的阀值电压的部分在一个周期中所占的比率 CCFL(CCFT) ： Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷阴极荧光灯 PDP ： Plasma Display Panel 等离子显示屏 CRT ：Cathode Radial Tube 阴极射线管 VGA ：Video Graphic Array 视频图形阵列 PCB ：Printed Circuit Board 印刷电路板 Composite video： 复合视频 NTSC ：National Television Systems Committee NTSC制式,全国电视系统委员会制式 PAL

24、： Phase Alternating Line PAL制式(逐行倒相制式) SECAM： SEquential Couleur Avec Memoire SECAM制式(顺序与存储彩色电视系统) VOD ：Video On Demand 视频点播 DPI ：Dot Per Inch 点每英寸七、液晶显示原理TN型液晶显示原理TN型的液晶显示技术可说是液晶显示器中最基本的，而之后其它种类的液晶显示器也可说是以TN型为原点来加以改良。同样的，它的运作原理也较其它技术来的简单。图中所表示的是TN型液晶显示器的简易构造图，包括了垂直方向与水平方向的偏光板，具有细纹沟槽的配向膜，液晶材料以及导电的玻璃

25、基板。 （1）不加电场的情况下，入射光经过偏光板后通过液晶层，偏光被分子扭转排列的液晶层旋转90度，离开液晶层时，其偏光方向恰与另一偏光板的方向一致，因此光线能顺利通过，整个电极面呈光亮。 （2）当加入电场的情况时，每个液晶分子的光轴转向与电场方向一致，液晶层因此失去了旋光的能力，结果来自入射偏光片的偏光，其偏光方向与另一偏光片的偏光方向成垂直的关系，并无法通过，电极面因此呈现黑暗的状态。 其显像原理是将液晶材料置于两片贴附光轴垂直偏光板之透明导电玻璃间，液晶分子会依配向膜的细沟槽方向依序旋转排列，如果电场未形成，光会顺利的从偏光板射入，依液晶分子旋转其行进方向，然后从另一边射出。如果在两片导

26、电玻璃通电之后，两片玻璃间会造成电场，进而影响其间液晶分子的排列，使其分子棒进行扭转，光线便无法穿透，进而遮住光源。这样所得到光暗对比的现象，叫做扭转式向列场效应，简称TNFE（twisted nematic field effect）。在电子产品中所用的液晶显示器，几乎都是用扭转式向列场效应原理所制成。STN液晶显示原理STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。 要在这里说明的是，单纯的TN液晶显示器本身只有明暗两种情形（或称黑白），并没有办法做到色彩的变化。而STN液晶显示器牵涉液晶材

27、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。但如果在传统单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片（color filter），并将单色显示矩阵之任一像素（pixel）分成三个子像素（sub-pixel），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。另外，TN型的液晶显示器如果显示屏幕做的越大，其屏幕对比度就会显得较差，不过藉由STN的改良技术，则可以弥补对比度不足的情况。TFT液晶显示原理TFT型的液晶显示器较为复杂，主要的构成包括了，萤光管、导光板、偏光板、滤光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶体管等等。首先液晶显示器必

28、须先利用背光源，也就是萤光灯管投射出光源，这些光源会先经过一个偏光板然后再经过液晶，这时液晶分子的排列方式进而改变穿透液晶的光线角度。然后这些光线接下来还必须经过前方的彩色的滤光膜与另一块偏光板。因此我们只要改变刺激液晶的电压值就可以控制最后出现的光线强度与色彩，并进而能在液晶面板上变化出有不同深浅的颜色组合了。 八、液晶显示器件的驱动液晶屏幕的驱动方式在TN与STN型的液晶显示器中，所使用单纯驱动电极的方式，都是采用X、Y轴的交叉方式来驱动，如下图所示，因此如果显示部份越做越大的话，那么中心部份的电极反应时间可能就会比较久。而为了让屏幕显示一致，整体速度上就会变慢。讲的简单一点，就好象是CR

29、T显示器的屏幕更新频率不够快，那是使用者就会感到屏幕闪烁、跳动；或着是当需要快速3D动画显示时，但显示器的显示速度却无法跟上，显示出来的要果可能就会有延迟的现象。所以，早期的液晶显示器在尺寸上有一定的限制，而且并不适合拿来看电影、或是玩3D游戏。液晶的光学传输特性取决于分子排列状态，改变分子的排列状态就可以改变液晶层光学传输特性，这就是液晶电子学的应用基础。而液晶分子排列的改变可以通过电、磁、热等外部场的作用来实现。我们把这种通过表2-1外场作用来改变分子排列状态的过程称为液晶显示器的驱动。液晶显示器常用的驱动方式分为如表2-1所示的几种类型。目前，在LCD Monitor方面，使用的都是采用

30、TFT（薄膜式晶体管）LCD，它采用的是有源矩阵的驱动方式。因此本节将先对TFT器件进行简要的介绍，再着重介绍有源矩阵的驱动方式。1.薄膜式有源矩阵液晶显示器介绍由于普通的矩阵液晶显示器的电光特性对多路、视频活动图象显示是很难满足要求的，因为每个像素都等效于一个无极电容，显示中会产生串扰。为了改善，又会限制驱动的路数。因此在每个像素上设计一个非线性的有源器件，使每个像素可以被独立驱动，从而克服了串扰，解决了大容量多路显示遇到的困难，提高了画面质量，使多路显示画面成为可能。有源矩阵液晶显示器件根据有源器件的种类可分为如表2-2所列的多种类型。表2-2以下将对主流的a-siTFT三端有源矩阵液晶显示器件进行介绍。图2-1 TFT有源矩阵驱动LCD的基本结构a-siTFT是一种非晶硅-薄膜晶体管类型的三端有源矩阵液晶显示器件。它制作容易，基板玻璃成本低，导通比大，可靠性高，容易大面积化。