LCD概述

 LCD概述

 

显示器是人与机器沟通的重要界面，早期以显像管（CRT/Cathode Ray Tube）显示器为主，但随着科技不断进步，各种显示技术如雨后春笋般诞生，近来由于液晶显示器（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，在近年来价格不断下跌的吸引下，逐渐取代CRT之主流地位，显示器明日之星架势十足。那么液晶显示器与传统的显示器相比，到底有什么新的特点呢？

 

一、显示质量高

 

　　由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不象阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。因此，液晶显示器画质高而且绝对不会闪烁，把眼睛疲劳降到最低。

 

二、没有电磁辐射

 

　　传统显示器的显示材料是荧光粉，通过电子束撞击荧光粉而显示，电子束在打到荧光粉上的一刹那间会产生强大的电磁辐射，尽管目前有许多显示器产品在处理辐射问题上进行了比较有效的处理，尽可能地把辐射量降到最低，但要彻底消除是困难的。相对来说，液晶显示器在防止辐射方面具有先天的优势，因为它根本就不存在辐射。在电磁波的防范方面，液晶显示器也有自己独特的优势，它采用了严格的密封技术将来自驱动电路的少量电磁波封闭在显示器中，而普通显示器为了散发热量的需要，必须尽可能地让内部的电路与空气接触，这样内部电路产生的电磁波也就大量地向外“泄漏”了。

 

三、可视面积大

 

　　对于相同尺寸的显示器来说，液晶显示器的可视面积要更大一些。液晶显示器的可视面积跟它的对角线尺寸相同。阴极射线管显示器显像管前面板四周有一英寸左右的边框不能用于显示。

 

四、应用范围广

 

　　最初的液晶显示器由于无法显示细腻的字符，通常应用在电子表、计算器上。 随着液晶显示技术的不断发展和进步， 字符显示开始细腻起来，同时也支持基本的彩色显示， 并逐步用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机上。而随后出现的DSTN和TFT则被广泛制作成电脑中的液晶显示设备，DSTN液晶显示屏用于早期的笔记本电脑；TFT则既应用在笔记本电脑上（现在大多数笔记本电脑都使用TFT显示屏），又用于主流台式显示器上。

 

五、画面效果好

 

　　与传统显示器相比，液晶显示器一开始就使用纯平面的玻璃板，其显示效果是平面直角的，让人有一种耳目一新的感觉。而且液晶显示器更容易在小面积屏幕上实现高分辨率，例如，17英寸的液晶显示器就能很好地实现1280×1024分辨率，而通常18英寸CRT彩显上使用1280×1024以上分辨率的画面效果是不能完全令人满意的。

 

六、数字式接口

 

　　液晶显示器都是数字式的，不像阴极射线管彩显采用模拟接口。也就是说，使用液晶显示器，显卡再也不需要像往常那样把数字信号转化成模拟信号再行输出了。理论上，这会使色彩和定位都更加准确完美。

 

七、“身材”匀称小巧

 

　　传统的阴极射线管显示器，后面总是拖着一个笨重的射线管。 液晶显示器突破了这一限制，给人一种全新的感觉。传统显示器是通过电子枪发射电子束到屏幕， 因而显像管的管颈不能做得很短，当屏幕增加时也必然增大整个显示器的体积。而液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加，而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

 

八、功率消耗小

 

　　传统的显示器内部由许多电路组成，这些电路驱动着阴极射线显像管工作时，需要消耗很大的功率，而且随着体积的不断增大，其内部电路消耗的功率肯定也会随之增大。相比而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比传统显示器也要小得多。

 

 

液晶显示技术的发明

 

液晶的发现是由奥地利植物学家F·Reinetzer在一百年前完成的， 然而长期以来并未给人类带来多少好处。直到20世纪60年代，几个年轻的电子学家才打破了沉寂。

 

1961年，美国RCA公司普林斯顿试验室有一个年轻电子学者F·Heimeier正在准备博士论文的答辩，他的专业是微波固体元件。他在这方面很有造诣。这天，他的一个朋友向他讲述了正在从事的有机半导体方面的研究，跨学科的课题引起了他的极大的兴趣。他征求了导师的意见，在导师的支持、鼓励下，他毅然放弃了学有所成的专业领域，进入了一个他还知之甚少的新领域。他把电子学方面的知识应用于有机化学，很快便取得了成绩。不久，他对另一个新课题---激光又产生了兴趣，从而又与晶体打上了交道。为了研究外部电场对晶体内部电场的作用，他想到了液晶。他将两片透明导电玻璃之间夹上掺有染料的向列液晶。当在液晶层的两面施以几伏电压时，液晶层就由红色变成了透明态。出身于电子学的他立刻意识到这不就是彩色平板电视吗！兴奋的小组成员与他立即开始了夜以继日的研究，他们相继发现了液晶的动态散射和相变等一系列液晶的电光效应。并研制成功一系列数字、字符的显示器件，以及液晶显示的钟表、驾驶台显示器等实用产品。RCA公司对他们的研究极为重视，一直将其列为企业的重大机密项目，直到1968年，才在一项最新科技成果的广播报导中向世界报导。这一报导立刻引起了日本科技界、工业界的重视。日本将当时正在兴起的大规模集成电路与液晶相结合，以”个人电子化”市场为导向，很快开发了一系列商品化产品，打开了液晶显示实用化的局面，掌握了主动，致使这一发展势头促成了日本微电子业的惊人发展。而在美国，RCA公司中一些生产间部门的领导人一方面局限于传统的半导体产品，一方面又过分强调了初出茅庐的液晶显示器件的缺点，以市场还未开拓为借口，极力抵毁液晶显示的产业化。为此，"液晶"小组成员开始外流，"液晶显示"的专利也被卖出。据说，当70年代中期，液晶显示已经形成一个产业的时候，RCA公司在一次董事会上沉痛地总结，在RCA百年发展历史上液晶显示技术的流失是了大的一次失误。

 

回顾这一历史，不能不使我们感到：

（1）一代新技术、新产品的问市，特别是当代高新技术产品的问市，总是由那些跨学科、跨行业的，具有创新开拓精神的年轻人来发现和完成的。

 

（2）一个新技术的发现、发明虽然重要，但其真正的发展则必须建立在切切实实的应用技术和市场需求的基础之上的。应用技术是高新技术产业发展的保障，市场需求是高新技术发展的动力。

 

（3）一个企业的领导，特别是生产部门的领导，应该具有科学发展的头脑。只局限于原有的产业和产品，被近期、表面的、暂时的利害所困扰，往往会葬送一些非常可贵、极有前途、极有生命力和极高利润价值的新技术、新产品，造成了事业损失，抱撼终身。

 

（4）一个突破传统束缚的发明，大都出现在那些规模不大， 极有创新能力的， 能够从事多学科的独立工作小组。这些小组应该能够经学得起失败，经受得起不被承认， 不被支持不被理解的一切压力。

 

 

LCD部分专业术语解释

 

LCD Liquid Crystal Display 液晶显示

LCM 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180~270°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

Backlight — 背光

Inverter — 逆变器

OSD On Screen Display 在屏上显示

DVI Digital Visual Interface （VGA）数字接口

TMDS Transition Minimized Differential Signaling

LVDS Low Voltage Differential Signaling 低压差分信号

Panelink —

IC Integrate Circuit 集成电路

TCP Tape Carrier Package 柔性线路板

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 Glass 将芯片固定于玻璃上

Duty — 占空比，高出点亮的阀值电压的部分在一个周期中所占的比率

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

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

Component video —

S-video — S端子，与复合视频信号比，将对比和颜色分离传输

NTSC National Television Systems Committee NTSC制式,全国电视系统委员会制式

PAL 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

 

 

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1°~2°。

液晶盒中玻璃片的两个外侧分别巾有偏光片,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：

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： · 工业品保证100000小时。 · 民用品保证50000小时。

§ 其他性能：防紫外、防眩目、防划伤等。

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。