LCD显示器

LCD的发展史

　　1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer在加热苯酸脂晶体时发现：当温度升到145.5°C时晶体融化成为乳白色粘稠的液体。再继续加热到178.5°C时乳白粘稠的液体变成完全透明的液体。后经德国卡尔斯吕爱大学教授Otto Lehmann研究，这种乳白粘稠的液体具有光学各向异性，因而建议称之为液体晶体（Liquid Crgstal）。

　　二十世纪二十年代，德国Heidelberg大学的Ludwig Gattermann首先合Halle大学的Daniel Vorlander则先后合成了300多种液晶，并指出液晶分子是棒状的分子。在此基础上，法国的George Friedel及F.Grand-jean等对液晶的结构及光学性能作了详细的研究，并于1922年完成了液晶分类的工作，将液晶划分为：近晶相、向列相和胆甾相。

　　1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动（Swarm）学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持（1918年），后经de Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善（1958年）。M.Born（1916年）和K.Lichtennecker（1926年）发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场（或磁场）作用下，发生形变并存在电压阈值（Freederichsz 转变）。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。

原理

　　LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm,其间由包含有液晶材料的5μm均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。

　　背光板发出的光线在穿过层偏振过滤层之后进入包含成千上万液晶液滴的液晶层。液晶层中的液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。

结构

　　下面以典型的扭曲向列型液晶显示器件（TN）为例，进行介绍，见图1-1.将两片光刻好透明导电极图形的平板玻璃相对放置在一起，使其间相距为6-7um.四周用环氧胶密封，但在一侧封接边上留有一个开口，该开口称为液晶注入口。液晶材料即是通过该注入口在真空条件下注入的。注入后，用树脂将开口封堵好，再在此液晶盒前后表面呈正交地贴上前后偏振片即完成了一个完整的液晶显示器件。当然，作为扭曲向列型液晶显示器件，在液晶盒内表面还应制作上一层定向层。该定向层经定向处理后，可使液晶分子在液晶盒内，在前后玻璃基板表面都呈沿面平行排列，而在前后玻璃基板之间液晶分子又呈90度扭曲排列。从而使其具有特有的光学和电光学特性。

　　现将构成液晶显示器件的三大基本部件和特点介绍如下：

　　1.玻璃基板这是一种表面极其平整的浮法生产薄玻璃片。表面蒸镀有一层In2O3或SnO2透明导电层，即ITO膜层。经光刻加工制成透明导电图形。这些图形由像素图形和外引线图形组成。因此，外引线不能进行传统的锡焊，只能通过导电橡胶条或导电胶带等进行连接。如果划伤、割断或腐蚀，则会造成器件报废。

　　2.液晶液晶材料是液晶显示器件的主体。不同器件所用液晶材料不同，液晶材料大都是由几种乃至十几种单体液晶材料混合而成。

　　每种液晶材料都有自己固定的清亮点TL和结晶点Ts.因此也要求每种液晶显示器件必须使用和保存在Ts-TL之间的一定温度范围内，如果使用或保存温度过低，结晶会破坏液晶显示器件的定向层；而温度过高，液晶会失去液晶态，也就失去了液晶显示器件的功能。

　　3.偏振片偏振片又称偏光片，由塑料膜材料制成。涂有一层光学压敏胶，可以贴在液晶盒的表面。前偏振片表面还有一保护膜，使用时应揭去，偏振片怕高温、高湿，在高温高湿条件下会使其退偏振或起泡。

优点

　　·LCD显示器消耗电能较少

　　·不会产生CRT那样的电磁辐射

　　·不会产生CRT那样的闪烁现象

　　·尺寸非常小、重量较轻。

　　·可视面积大

驱动

　　液晶的显示是由于在显示像素上施加了电场的缘故，而这个电场则由显示像素前后两电极上的电位信号合成产生，在显示像素上建立直流电场是非常容易的事，但直流电场将导致液晶材料的化学反应和电极老化，从而迅速降低液晶的显示寿命，因此必须建立交流驱动电场，并且要求这个交流电场中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于50mV.在实际应用中，由于采用了数字电路驱动，所以这种交流电场是通过脉冲电压信号来建立的。

　　显示像素上交流电场的强弱用交流电压的有效值表示，当有效值大于液晶的阈值电压时，像素呈显示态；当有效值小于阈值电压时，像素不产生电光效应；当有效值在阈值电压附近时，液晶将呈现较弱的电光效应，此时将会影响液晶显示器件的对比度。

　　液晶显示的驱动就是用来调整施加在液晶显示器件电极上的电位信号的相位、峰值、频率等，建立驱动电场，以实现液晶显示器件的显示效果。液晶显示的驱动方式有许多种，常用的驱动方法有：静态驱动法和动态驱动法。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。