液晶显示器论文.doc
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1、苏州大学本科生毕业设计(论文)目录摘 要(1) Abstract(2) 前 言(3) 第1章 液晶的概念与显示器件分类(5) 1.1液晶的基本概念(5) 1.2液晶显示器件分类(6) 第2章 液晶显示器件基本工作原理(7) 2.1 液晶显示器件组成(7) 2.2 液晶显示器件工作原理(8) 2.3 液晶显示器件驱动电路原理(11) 第3章 液晶显示器件电光特性实验研究(14) 3.1实验原理(14) 3.2 实验方法(15) 3.3 实验结果(16) 结 论(17) 参考文献(18) 致谢(19) 18苏州大学本科生毕业设计(论文)摘 要从液晶显示的实用化开始已经过去40年了。从台式计算机的字
2、段式显示开始的实用化液晶面板,以及后来的类似于主动型素子驱动方法的开发,使大型、漂亮画面的显示成为可能,之后显示性能在不断地进行改善。现如今,液晶显示技术飞速发展,液晶显示器以其轻薄短小、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,在价格不断下跌的吸引下,我们身边几乎所有的场所都在使用液晶显示器,从个人电脑和移动领域使用到最近的电视,液晶电视已经开始逐渐取代 CRT,已被公认为是多媒体时代的关键电子器件。目前正朝着更大尺寸方向发展,分辨率越来越高。本文研究了液晶显示器件的组成、工作原理、驱动电路原理、电光特性,并完成了液晶显示器件电光特性实验研究。关键词:液晶属性;显示原理;驱
3、动电路;电光特性 AbstractIt has been forty years from the beginning of the practical liquid crystal display. From the desktop computer field-type liquid crystal display panel began practical, and later, similar to the develop of the active-type sub-prime-driven approach, what makes large and beautiful scree
4、n display as possible, continues to improve the display performance.Today, liquid crystal displays are using almost all the places around us. From using personal computers and mobile to the nearest TV, LCD television has begun to replace the CRT, and it has been recognized as the key to the era of m
5、ultimedia electronic devices. This paper studies the composition of the liquid crystal display device, the working principle, drive circuit theory, electro-optical properties, and completed the electro-optical properties of the liquid crystal display devices studied experimentally.Keywords: liquid c
6、rystal properties; display principles; drive circuit; electro-optical properties前 言液晶是以20世纪70年代的TN型液晶和80年代的STN液晶为基础的,它们各自相对应的产品也确实扩大了市场。90年代,以PC用途为基础,使用a-Si TFT液晶,使液晶市场快速得以成长起来。那个时代,液晶主要以TN模式为主,现在可以应用IPS、MV、OCB模式等形形色色的技术来进行动画显示,在电视显示方面的使用已经开始,在其他各领域的用途也逐步广泛起来,人们期待着其更加飞跃的发展。LCD能有今天的发展,这与它所具有的一系列优点密不可
7、分,与人们熟知的CRT相比较,其突出的特点主要是:1.低工作电压与低功耗LCD特别是反射式LCD是目前所有各类显示器产单位面积功耗最低的器件。对角线53cm(21in)的TFTLCD功耗还不到15W,而同样尺寸的CRT功耗则为69w,至于普通反射式LCD因为无背照光源,仅借助外界光进行显示其功耗就更微不足道了。与此同时LCD有很低的工作电压,这使得它能够用CMOS驱动。因此,在许多情况下LCD可用电池供电,甚至长时间工作,这为LCD的厂泛应用创造了良好条件。2轻薄、平板化LCD的这一特点使它非常适于制造衣袋式、便携式产品,并成为平板显示最重要的技术之一。从大至20几英寸的壁挂电视到小至BP机显
8、示器,许多产品将LCD的这一特点展现得淋漓尽致。3显示方式灵活LCD显示方式多样化。尺寸从小至电子表,大至壁挂电视直至投影电视,其方式可显示文字、图形以至图像,色彩可为单色、多色或全色,可笔划型、固定型或矩阵型,如此众多的显示方式,使它不仅能适应CRT已有的许多应用,而且拥有许多CRT不能满足的显示用途。4无闪烁和X射线辐射在办公自动化进程中,显示器的人机工学设计十分重要,LCD由于无闪烁、抖动、无X射线辐射与静电等作用,因而是最好的选锋对象。5.采用矩阵选址有利于数字技术应用除此之外,LCD还具有结构简单、紧凑、无故障时间长等特点。LCD的这些特点为它的迅速发展与广泛应用创造了十分良好的条件
9、。LCD也存在一些缺点,尽管它向CRT提出了全面挑战,但是就满足高品质、大容量显示与获得更广泛应用的要求来说,它的视角、对比度、响应速度以及低温工作特性等都还需作进一步改进。近年LCD的应用得到十分迅速的发展,与CRT显示不同LCD的多种显示方式相互并成,从低档的TN到中档的STN,以及技术难度最大的FLCD、AMLCD的各类产品同时在不同的应用场合发挥其作用。TN型LCD主要用于电子表、计算器,各种低级的小型矩阵显示等,目前投入研究力量不多,其生产大部转移到亚州特别是中国,年产值由90年代初占有的40%逐年下降,随着通信产品与家电市场增长,其销售份额稳定在5%左右。STN型LCD广泛用于文字
10、处理机、传真机、游戏机、电子辞典、寻呼机、移动电话等,前几年曾看好便携式计算机市场,但随着TFTLCD性能、价格的改进已逐年退出。它主要占据中、小尺寸单色矩阵显示市场。其研究主要是发展低成本多色的各种STN模式,如DSTN、单层膜或双层膜补偿STN、负性STN以及多色STN等。FLCD目前作为商品应用还不多,仍然处于继续开发阶段。TFTLCD是AMICD的典型代表,其研究最活跃、发展最快,应用增长也最迅速。这些年它除像质与显示容量得到进一步提高外,更多的主要得益于生产成本的降低与成品率的提高。可以说它在便携式计算机、摄像机与数字僚机监视器等方面应用独领风骚,随着GPS技术的发展,它在地理信息系
11、统以及飞机座舱、测量仪器,便揖式VCD、DVD等方面都得到很好应用。今后的液晶显示器的发展面向画面大型化、立体化,注重环保等方面。进入21世纪的今天,以大型电视、手机为中心,移动领域等的市场不断扩大,液晶显示正在向着更大产业化飞跃。第1章 液晶的概念与显示器件分类1.1液晶的基本概念液晶是液态晶体的简称。1888年奥地利植物学家莱尼采尔(F.Reinitzer)在合成许多胆甾醇酯中,观察到这些物质在加热焙熔过程中,刚熔时呈不透明状,具有流动性,又有像晶体那样的各向异性,进一步加热后浑浊完全消失,成为各向同性液体。 1889年德国物理学家菜曼(O.Lehmann)也观察到同样的现象,他认为这是种
12、具有流动性的晶体,顾名思义,这种在机械上具有液体的流动性,在光学上具有晶体性质的物质形态被命名为流动晶体液晶(Liquid Crystal)。液晶分为两大类:溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水中或有机溶剂户才显示出液晶状态,而后者则要在一定的温度范围内呈现出液晶状态。作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。液晶处于因相和各向同性液相之间,具有液体的流动性和晶体的各向异性特征。为了加深对液晶属性的认识,可从分子序角度考虑。在气体中,分子是完全无序的,理想晶体中分子排列具有三维远程有序。液体介于上述两种情况之间,具有近程有序。晶体分子高度有序的特性,使晶体的光学、电学、磁学、力学等性质呈现出较高的各向
13、异性;与此相反,普通液体中,因分子远程有序的完全破坏,各个方向上的物理参数不再有变化,即各向同性特征。在固相与液相之间的相中间相(mesophase),除了液晶,还有塑晶和构像无序晶体。晶体具有高度有序特征,包括三个方面:位置有序、取向有序和构像有序。在晶体有序基础上,代位置有序以位置无序的中间相,就是液晶。因此液晶也可称为取向有序的流体。假如保留位置有序,取向有序被破坏,称该种相为塑晶;而构像无序晶体,保留了大部分完全有序晶体的位置有序和取向有序,但失去了构像有序,如聚乙烯、聚四氟乙烯等柔性高分子物质。对液晶和塑晶,其行为差异的根本原因在于分子形状上的不同。大多数塑晶是由球形分子所组成,如N
14、2、CH4、CF4等筒单分子的物质,转动的势垒与点阵能量相比甚小,因此当温度升至某一临界值之后,分子的能量足以克服转动的势垒,但并不足以破坏晶体的点阵,这就出现一种平动位置有序,转动取向无序的晶体。与塑晶不同,液晶的分子常有不对称的棒状或盘状结构,它们在某些方向发生转向的活化能很高。因此在液晶中尽管品体点阵结构完全梢失了,但分子仍然保留一定程度的取向有序。在某些情况下,分子也保留一定程度的平动有序。从以上讨论可知,液晶分子结构的各向异性决定了液晶物性的各向异性特征。综上所述,液晶可定义为各向同性液体与完全有序晶体之间的一种中间态,既有液体的流动性,又有晶体的各向异性特征,是一种取向有序的流体。
15、构成液晶的分子结构具有棒状或盘状(如盘状液晶:Discotic)不对称性特征。1.2液晶显示器件分类常见的液晶显示器按物理结构分为四种:(1)扭曲向列型(TN-Twisted Nematic);(2)超扭曲向列型(STN-Super TN);(3)双层超扭曲向列型(DSTN-Dual Scan Tortuosity Nomograph);(4)薄膜晶体管型(TFT-Thin Film Transistor)。其中TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD三种基本的显示原理都相同,只是液晶分子的扭曲角度不同而已。STN-LCD的液晶分子扭曲角度为180度甚至270度。而TFT-LCD则采用与
16、TN系列LCD截然不同的显示方式。TN由于无法显示细腻的字符,通常应用在电子表、计算器上。作为显示器TN系列的液晶显示器已基本被淘汰,STN由于扭转角度较大,字符显示比TN细腻,同时也支持基本的彩色显示,多用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机等。而随后的DSTN和TFT则被广泛制作成液晶显示设备,DSTN液晶显示屏多用于早期的笔记本电脑,由于支持的彩色数有限,所以也称为伪彩显。TFT则既应用在笔记本电脑上,又逐步进入主流台式显示器市场。TFT液晶显示器与TN系列液晶显示器的原理大不相同,但在构造上和TN液晶仍有相似之处,如玻璃基板、ITO膜、配向膜、偏光板等,它也同样采用两夹层间填充液
17、晶分子的设计,只不过把TN上部夹层的电极改为FET晶体管,而下层改为共同电极。在光源设计上,TFT的显示采用“背透式”照射方式,即假想的光源路径不是像TN液晶那样的从上至下,而是从下向上,这样的作法是在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时先通过下偏光板向上透出,它也借助液晶分子来传导光线,由于上下夹层的电极改成FET电极和共通电极。在FET电极导通时,液晶分子的表现如TN液晶的排列状态一样会发生改变,也通过遮光和透光来达到显示的目的。第2章 液晶显示器件基本工作原理2.1 液晶显示器件组成TN模式的液晶显示器件和工作原理如图2-1所示。在涂有透明电极的两块玻璃板之间夹有介电各向异性为正的
18、向列相液晶,液晶厚度约数微米,电极表面作平行取向处理, 为使液晶分子成90扭曲排列,上、下基扳的取向方向为正交设置,同时,为防止液晶层出现畴区等缺陷,在取向上要设置l2的预倾角,并在液晶中掺入能形成单一右旋或左旋的手性材料。盒子外侧的两片偏扳片有两种设置方法:一种是起偏器光铀和检偏器光铀分别平行(或垂直)于入射侧和出射侧分子取向方向,呈正交状态,称之为常白方式。另一种是起偏器光轴平行(或垂直)于入射侧分子取向,而检偏器的光铀垂直(或平行)于出射侧分子取向方向,两偏振片光轴呈平行状态,称之为常黑方式。图2-1 通常的a-Si TFT主要由玻璃基板、栅电极、栅绝缘层、半导体活性层a-Si,欧姆接触
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