LCD概述

 LCD概述

 

顯示器是人與機器溝通的重要界面，早期以顯像管（CRT/Cathode Ray Tube）顯示器為主，但隨著科技不斷進步，各種顯示技術(shù)如雨后春筍般誕生，近來由于液晶顯示器（LCD）具有輕薄短小、低耗電量、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢，在近年來價格不斷下跌的吸引下，逐漸取代CRT之主流地位，顯示器明日之星架勢十足。那么液晶顯示器與傳統(tǒng)的顯示器相比，到底有什么新的特點呢？

 

一、顯示質(zhì)量高

 

　　由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不象陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高而且絕對不會閃爍，把眼睛疲勞降到最低。

 

二、沒有電磁輻射

 

　　傳統(tǒng)顯示器的顯示材料是熒光粉，通過電子束撞擊熒光粉而顯示，電子束在打到熒光粉上的一剎那間會產(chǎn)生強大的電磁輻射，盡管目前有許多顯示器產(chǎn)品在處理輻射問題上進行了比較有效的處理，盡可能地把輻射量降到最低，但要徹底消除是困難的。相對來說，液晶顯示器在防止輻射方面具有先天的優(yōu)勢，因為它根本就不存在輻射。在電磁波的防范方面，液晶顯示器也有自己獨特的優(yōu)勢，它采用了嚴(yán)格的密封技術(shù)將來自驅(qū)動電路的少量電磁波封閉在顯示器中，而普通顯示器為了散發(fā)熱量的需要，必須盡可能地讓內(nèi)部的電路與空氣接觸，這樣內(nèi)部電路產(chǎn)生的電磁波也就大量地向外“泄漏”了。

 

三、可視面積大

 

　　對于相同尺寸的顯示器來說，液晶顯示器的可視面積要更大一些。液晶顯示器的可視面積跟它的對角線尺寸相同。陰極射線管顯示器顯像管前面板四周有一英寸左右的邊框不能用于顯示。

 

四、應(yīng)用范圍廣

 

　　最初的液晶顯示器由于無法顯示細(xì)膩的字符，通常應(yīng)用在電子表、計算器上。 隨著液晶顯示技術(shù)的不斷發(fā)展和進步， 字符顯示開始細(xì)膩起來，同時也支持基本的彩色顯示， 并逐步用于液晶電視、攝像機的液晶顯示器、掌上游戲機上。而隨后出現(xiàn)的DSTN和TFT則被廣泛制作成電腦中的液晶顯示設(shè)備，DSTN液晶顯示屏用于早期的筆記本電腦；TFT則既應(yīng)用在筆記本電腦上（現(xiàn)在大多數(shù)筆記本電腦都使用TFT顯示屏），又用于主流臺式顯示器上。

 

五、畫面效果好

 

　　與傳統(tǒng)顯示器相比，液晶顯示器一開始就使用純平面的玻璃板，其顯示效果是平面直角的，讓人有一種耳目一新的感覺。而且液晶顯示器更容易在小面積屏幕上實現(xiàn)高分辨率，例如，17英寸的液晶顯示器就能很好地實現(xiàn)1280×1024分辨率，而通常18英寸CRT彩顯上使用1280×1024以上分辨率的畫面效果是不能完全令人滿意的。

 

六、數(shù)字式接口

 

　　液晶顯示器都是數(shù)字式的，不像陰極射線管彩顯采用模擬接口。也就是說，使用液晶顯示器，顯卡再也不需要像往常那樣把數(shù)字信號轉(zhuǎn)化成模擬信號再行輸出了。理論上，這會使色彩和定位都更加準(zhǔn)確完美。

 

七、“身材”勻稱小巧

 

　　傳統(tǒng)的陰極射線管顯示器，后面總是拖著一個笨重的射線管。 液晶顯示器突破了這一限制，給人一種全新的感覺。傳統(tǒng)顯示器是通過電子槍發(fā)射電子束到屏幕， 因而顯像管的管頸不能做得很短，當(dāng)屏幕增加時也必然增大整個顯示器的體積。而液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示目的，即使屏幕加大，它的體積也不會成正比的增加，而且在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。

 

八、功率消耗小

 

　　傳統(tǒng)的顯示器內(nèi)部由許多電路組成，這些電路驅(qū)動著陰極射線顯像管工作時，需要消耗很大的功率，而且隨著體積的不斷增大，其內(nèi)部電路消耗的功率肯定也會隨之增大。相比而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC上，因而耗電量比傳統(tǒng)顯示器也要小得多。

 

 

液晶顯示技術(shù)的發(fā)明

 

液晶的發(fā)現(xiàn)是由奧地利植物學(xué)家F·Reinetzer在一百年前完成的， 然而長期以來并未給人類帶來多少好處。直到20世紀(jì)60年代，幾個年輕的電子學(xué)家才打破了沉寂。

 

1961年，美國RCA公司普林斯頓試驗室有一個年輕電子學(xué)者F·Heimeier正在準(zhǔn)備博士論文的答辯，他的專業(yè)是微波固體元件。他在這方面很有造詣。這天，他的一個朋友向他講述了正在從事的有機半導(dǎo)體方面的研究，跨學(xué)科的課題引起了他的極大的興趣。他征求了導(dǎo)師的意見，在導(dǎo)師的支持、鼓勵下，他毅然放棄了學(xué)有所成的專業(yè)領(lǐng)域，進入了一個他還知之甚少的新領(lǐng)域。他把電子學(xué)方面的知識應(yīng)用于有機化學(xué)，很快便取得了成績。不久，他對另一個新課題---激光又產(chǎn)生了興趣，從而又與晶體打上了交道。為了研究外部電場對晶體內(nèi)部電場的作用，他想到了液晶。他將兩片透明導(dǎo)電玻璃之間夾上摻有染料的向列液晶。當(dāng)在液晶層的兩面施以幾伏電壓時，液晶層就由紅色變成了透明態(tài)。出身于電子學(xué)的他立刻意識到這不就是彩色平板電視嗎！興奮的小組成員與他立即開始了夜以繼日的研究，他們相繼發(fā)現(xiàn)了液晶的動態(tài)散射和相變等一系列液晶的電光效應(yīng)。并研制成功一系列數(shù)字、字符的顯示器件，以及液晶顯示的鐘表、駕駛臺顯示器等實用產(chǎn)品。RCA公司對他們的研究極為重視，一直將其列為企業(yè)的重大機密項目，直到1968年，才在一項最新科技成果的廣播報導(dǎo)中向世界報導(dǎo)。這一報導(dǎo)立刻引起了日本科技界、工業(yè)界的重視。日本將當(dāng)時正在興起的大規(guī)模集成電路與液晶相結(jié)合，以”個人電子化”市場為導(dǎo)向，很快開發(fā)了一系列商品化產(chǎn)品，打開了液晶顯示實用化的局面，掌握了主動，致使這一發(fā)展勢頭促成了日本微電子業(yè)的驚人發(fā)展。而在美國，RCA公司中一些生產(chǎn)間部門的領(lǐng)導(dǎo)人一方面局限于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體產(chǎn)品，一方面又過分強調(diào)了初出茅廬的液晶顯示器件的缺點，以市場還未開拓為借口，極力抵毀液晶顯示的產(chǎn)業(yè)化。為此，"液晶"小組成員開始外流，"液晶顯示"的專利也被賣出。據(jù)說，當(dāng)70年代中期，液晶顯示已經(jīng)形成一個產(chǎn)業(yè)的時候，RCA公司在一次董事會上沉痛地總結(jié)，在RCA百年發(fā)展歷史上液晶顯示技術(shù)的流失是了大的一次失誤。

 

回顧這一歷史，不能不使我們感到：

（1）一代新技術(shù)、新產(chǎn)品的問市，特別是當(dāng)代高新技術(shù)產(chǎn)品的問市，總是由那些跨學(xué)科、跨行業(yè)的，具有創(chuàng)新開拓精神的年輕人來發(fā)現(xiàn)和完成的。

 

（2）一個新技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明雖然重要，但其真正的發(fā)展則必須建立在切切實實的應(yīng)用技術(shù)和市場需求的基礎(chǔ)之上的。應(yīng)用技術(shù)是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障，市場需求是高新技術(shù)發(fā)展的動力。

 

（3）一個企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)，特別是生產(chǎn)部門的領(lǐng)導(dǎo)，應(yīng)該具有科學(xué)發(fā)展的頭腦。只局限于原有的產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品，被近期、表面的、暫時的利害所困擾，往往會葬送一些非�？少F、極有前途、極有生命力和極高利潤價值的新技術(shù)、新產(chǎn)品，造成了事業(yè)損失，抱撼終身。

 

（4）一個突破傳統(tǒng)束縛的發(fā)明，大都出現(xiàn)在那些規(guī)模不大， 極有創(chuàng)新能力的， 能夠從事多學(xué)科的獨立工作小組。這些小組應(yīng)該能夠經(jīng)學(xué)得起失敗，經(jīng)受得起不被承認(rèn)， 不被支持不被理解的一切壓力。

 

 

LCD部分專業(yè)術(shù)語解釋

 

LCD Liquid Crystal Display 液晶顯示

LCM Liquid Crystal Module 液晶模塊

TN Twisted Nematic 扭曲向列。液晶分子的扭曲取向偏轉(zhuǎn)90°

STN Super Twisted Nematic 超級扭曲向列。約180~270°扭曲向列

FSTN Formulated Super Twisted Nematic 格式化超級扭曲向列。一層光程補償片加于STN，用于單色顯示

TFT Thin Film Transistor 薄膜晶體管

Backlight — 背光

Inverter — 逆變器

OSD On Screen Display 在屏上顯示

DVI Digital Visual Interface （VGA）數(shù)字接口

TMDS Transition Minimized Differential Signaling

LVDS Low Voltage Differential Signaling 低壓差分信號

Panelink —

IC Integrate Circuit 集成電路

TCP Tape Carrier Package 柔性線路板

COB Chip On Board 通過邦定將IC裸片固定于印刷線路板上

COF Chip On FPC 將IC固定于柔性線路板 上

COG Chip On Glass 將芯片固定于玻璃上

Duty — 占空比，高出點亮的閥值電壓的部分在一個周期中所占的比率

LED Light Emitting Diode 發(fā)光二極管

EL Electro Luminescence 電致發(fā)光。EL層由高分子量薄片構(gòu)成

CCFL(CCFT) Cold Cathode Fluorescent Light/Tube 冷陰極熒光燈

PDP Plasma Display Panel 等離子顯示屏

CRT Cathode Radial Tube 陰極射線管

VGA Video Graphic Array 視頻圖形陣列

PCB Printed Circuit Board 印刷電路板

Composite video — 復(fù)合視頻

Component video —

S-video — S端子，與復(fù)合視頻信號比，將對比和顏色分離傳輸

NTSC National Television Systems Committee NTSC制式,全國電視系統(tǒng)委員會制式

PAL Phase Alternating Line PAL制式(逐行倒相制式)

SECAM SEquential Couleur Avec Memoire SECAM制式(順序與存儲彩色電視系統(tǒng))

VOD Video On Demand 視頻點播

DPI Dot Per Inch 點每英寸

 

 

液晶顯示器件的結(jié)構(gòu)

下圖是一個反射式TN型液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖.

從圖中可以看出,液晶顯示器是一個由上下兩片導(dǎo)電玻璃制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料-膠框（一般為環(huán)氧樹脂）密封，盒的兩個外側(cè)貼有偏光片。

液晶盒中上下玻璃片之間的間隔，即通常所說的盒厚，一般為幾個微米（人的準(zhǔn)確性直徑為幾十微米。上下玻璃片內(nèi)側(cè)，對應(yīng)顯示圖形部分，鍍有透明的氧化甸-氧化錫（簡稱ITO）導(dǎo)電薄膜，即顯
示電極。電極的作用主要是使外部電信號通過其加到液晶上去。

液晶盒中玻璃片內(nèi)側(cè)的整個顯示區(qū)覆蓋著一層定向?qū)印６ㄏ驅(qū)拥淖饔檬鞘挂壕Х肿影刺囟ǖ姆较蚺帕�，這個定向?qū)油ǔＪ且槐�層高分子有機物，并經(jīng)摩擦處理；也可以通過在玻璃表面以一定角度用
真空蒸鍍氧化硅薄膜來制備。

在TN型液晶顯示器中充有正性向列型液晶。液晶分子的定向就是使長棒型的液晶分子平行于玻璃表面沿一個固定方向排列，分子長軸的方向沿著定向處理的方向。上下玻璃表面的定向方向是相互垂
直的，這樣，在垂直于玻璃片表面的方向，盒內(nèi)液晶分子的取向逐漸扭曲，從上玻璃片到下玻璃片
扭曲了90°（參見下圖），這就是扭曲向列型液晶顯示器名稱的由來。

實際上，靠近玻璃表面的液晶分子并不完全平等于玻璃表面，而是與其成一定的角度，這個角度稱為預(yù)傾角，一般為1°~2°。

液晶盒中玻璃片的兩個外側(cè)分別巾有偏光片,這兩片偏光片的偏光軸相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且與液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是將高
分子塑料薄膜在一定的工藝條件下進行加工而成的。我們通常所見的多是反向型的液晶顯示器，這
種顯示器在下邊的偏振片后還貼有一片反光片。這樣，光的入射和觀察都是在液晶盒的同一側(cè)。

TN、HTN、STN的結(jié)構(gòu)：

FSTN、ECB-Multi-color STN的結(jié)構(gòu)：

Color STN的結(jié)構(gòu)：

液晶顯示器件的基本性能

§ 電光性能：LCD光學(xué)透過率隨電壓變化的曲線，如圖1

§ 響應(yīng)速度：LCD加電壓后，透過率變化的快慢程度，如圖2。

§ 對比度：LCD在選態(tài)透過率與非選態(tài)透過率的比值。如圖3。
 

§ 視角圖：LCD在不同視角下觀察所獲得的等對比度曲線圖。如圖4。

§ 溫度性能：由于液晶材料本身的物理性質(zhì)隨溫度變化而變化，因而引起LCD的閾值、透過光

譜等會隨溫度漂移。

§ 頻率響應(yīng)：LCD只能工作在一個適當(dāng)?shù)念l率范圍，太低會引起顯示閃動太高則液晶分子跟不

上電場變化。

§ LCD功耗：指單位顯示面積的電流密度。

§ 壽命： · 工業(yè)品保證100000小時。 · 民用品保證50000小時。

§ 其他性能：防紫外、防眩目、防劃傷等。

IC與LCD的常見連接方式


SMT
--是英文"Surface mount technology"的縮寫即表面安裝技術(shù)，這是一種較傳統(tǒng)的安裝方式。其優(yōu)點是可靠性高，缺點是體積大，成本高，限制LCM的小型化。

COB
--是英文"Chip On Board"的縮寫 即芯片被邦定（Bonding)在PCB上，這樣可省去PCB板等料件，可大大的模塊減少體積，同時在價格方面也可降低成本。由于IC制造商在LCD控制及相關(guān)芯片的生產(chǎn)上正 在減小QFP（SMT的一種）封裝的產(chǎn)量，因此，在今后的產(chǎn)品中傳統(tǒng)的SMT方式將被逐步取代。

TAB
--是英文"Tape Aotomated Bonding"的縮寫 即各向異性導(dǎo)電膠連接方式。將封裝形式為TCP（Tape Carrier Package帶載封裝)的IC用各向異性導(dǎo)電膠分別固定在LCD和PCB上。這種安裝方式可減小LCM的重量、 體積、安裝方便、可靠性較好！

COG
--是英文"Chip On Glass"的縮寫 即芯片被直接邦定在玻璃上。這種安裝方式可大大減小整個LCD模塊的體積，且易于大批量生產(chǎn)，適用于消費類電子產(chǎn)品用的LCD，如：手機、PDA等便攜式電子產(chǎn)品。這種安裝方式在IC生產(chǎn)商的推動下，將會是今后IC與LCD的主要連接方式

COF
--是英文"Chip On Film"的縮寫 即芯片被直接安裝在柔性PCB上。這種連接方式的集成度較高，外圍元件可以與IC一起安裝在柔性PCB上，這是一種新興技術(shù)，目前已進入試生產(chǎn)階段。