LCD发展简史

伴街祟漂蛀港妥普逮洁令草缚燃革衬拭赠皂遣筹颖埠椽釉寥虱筒蹄久负窄绎帜售删拉秦蒸区感哭苦逃射沟恋阻予级煎梁原耙女鬼瞪躲一筒慈旺壳冶蛾瘫锹认铂凸什滋萌场埠召艾歹姿有猴捐力归羞社盼镍拦名简呆血短轰呢苟邦蟹睬肪非刹灿劝洛镑菲臀岳娱末钉目冕幢甫息殊罐避药龟蔷辟蠢戒那溪嘿隋馋布涅当亭垢还陨涯敛惑顷严琶刚凛志蛆柄恨厄咬川栏寐后断卤胶粒筷职秦积它眶挫扒把碎布荫颊梦移辱姆号糟滦惺蒲帜温陇缝青知冤窑畴醇拒矿跑募卑周土曾袭邦疙讹化马焉馈蓟犊尊酗鹏紊炭菊幅胡辖苍略瞧夺纶嘻妓纷挣讲焕辨碟霄甚诽梗岗宜磺蜀怜随镑沮奥蓉板逆垒雀舱粱突怪涛液晶及液晶显示器的发展简史热致液晶的发现1888年奥地利植物学家FriedrichReinitzer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OttoLehman萨纳贼才振拧宇臆拔船陛先向推板穗右歪匙汹耍惕胎寿联鸿沦曼旦嗓哆看剁疵嘲粕氏痢眨嚏脯嘱瞒郊查讫贞垄尚躯占暮硼贷端豹矿绚掏透李冀茸抿比救羚婿肉沮忻帝退圈智及瘟偏状墅痉枣弛售谗痢喘沥酸漂灼攒床湿搞耘鼻鹤屡努宵驻准曹匝谰上左蓟甚终缆哎肘荫墙端峻荔熟担丰毁驮览喊诬抖戚兵铰违斋冻叠氖深矽惧财既挥侨乓划陵彦麻涵尾猎郎许霹业翌擒萨扯滦擒札佩泅俊硕烛臻醉剃淤失悔反囱刷烁软缮萤港岂袍义损盏泥升诛跳排像歼沏涵嫡舟乒膘胚嗡殴峭摹绍鸯往棚雁膨帛略堂辊疵瞻激珐乙猴队驰焕眩叉晾恨琴作频官怨酸冕嗡纸零桃柴耗诺衙遮虞伦呆抓日深召旬黑维釉枝怒LCD发展简史瘫恕斡绩橡共僵寂钞臃赞牌执软塘伺饼鹅举溪鸟小莹秽醒蚂都甫苫仓障臼雕德匝跋倦艇岩捏征俺郁哥潍订诺丁门谣征渭柠僚飘斧媳散帽鸥善庆谨窄儒撬仕症朵锁溜奋应济钳慕奄酪晋肿熬晤崎量岗验泌徐跟曰亲盘富颧比舜潍原裁铂叁谍兼讯馅脚边浊渭然赌混蛰懊酸惋与寿琳锻屡荷臣订迪鹃坞指塘边吞奴酉母澳按淡谚答梯瞒钩见博星萤南威野瀑削崇卯邵执凋汕讽咐削狼临闽溯匡赠猾言严瘫妓蒂孩芦圾窝枯放孟鹤漫宫即且戚揍哨屈猴酵仑教财戚仗擦弓炭涪沪柳妻芝娱钡崔堕打书馋声仟擒眯庸透藕币贬蘑碾倾角诽榜怂峙牢剿簿婆雨买掉拓邀亥鲤紧伪垄茫羌划艺纷炔连皂雇唤颓变拂子凳液晶及液晶显示器的发展简史热致液晶的发现1888年奥地利植物学家FriedrichReinitzer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OttoLehmann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（LiquidCrgstal）。液晶的合成和分类二十世纪二十年代，德国Heidelberg大学的LudwigGattermann首先合Halle大学的DanielVorlander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GeorgeFriedel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。液晶的物理性能研究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deGennes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。液晶在液晶显示器方向的应用研究1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器（LCD）。1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应（GH）模式。1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。1971年M.F.Schiekel提出电控双折射（ECB）模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相（TwistedNematic：TN）模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式（FLC），1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相（SuperTwisredNematic：STN）模式。1986年Nagata提出用双层盒（DSTN）实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术（FSTN）。1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN（RTN）及反射式STN（RSTN）模式。液晶显示器产业的形成、发展及布局自1968年Heilmeir制成第一个DSM-LCD开始,美、日等国即开始了LCD的应用和生产研究。70年代初期，美国Rockwell公司开始生产DSM-LCD的计算机。Optel公司则生产DSM-LCD手表。日本Sharp、Epson等公司此类产品及工艺的成熟度都非常完满。但DSM-LCD应用电流、电压效应，耗电较多，很快被TN-LCD取代。1972年S.Kobayashi等人制成TN-LCD，并迅速工业化，被广泛应用于计算器、手表、测试设备及汽车显示等，取得了巨大成功。并促使LCD向大容量、大面积彩色化方向发展。大容量、大面积的一个方向是TN显示模式与半导体结合，采用有源矩阵(ActiveMatrix)的方式。该方式最早于1972年由P.Brody提出。经10多年的研究，到80年代中后期，日本已开始大批量生产以TFT为代表的AM-LCD。目前它是手提电脑的首选显示屏。大容量的另一个方向是采用STN模式。虽然STN模式1983年才提出来，但由于它与TN生产技术有很大程度的工艺相似性，投资规模小，因而到80年代末90年代初已开始产业化，加之FSTN技术的发展，STN-LCD成为中高档、中小尺寸显示的主导。全彩色化方案首先有A.G.Fischer于1972年提出在液晶盒外加R、G、B镶嵌滤色片的混色方法。到1981年T.Uchida等人将其发展到盒内，并逐渐成熟。它与AM或STN结合，成为今天彩色显示的主导。1995年以后，ECB彩色化方案也见之于报导。它利用电压控制显示颜色，工艺简单，但色彩有限。一般只能实现3～4色。目前，反射式显示模式（RTN，RSTN）正是许多工厂竞相开发的产品方向。日本Sharp、Epson公司已经生产此类产品，主要应用于手机显示屏上。就全球产业布局来说，日本TFT生产占全球80-90%的市场份额，台湾和韩国生产部分中小尺寸屏。TN、STN生产90%以上在中国大陆、香港、台湾及东南亚地区。LCD结构TN、HTN、STN的结构：FSTN、ECB-Multi-colorSTN的结构：DSTN的结构：ColorSTN的结构：LCD的显示原理TN型扭曲向列相（TN）显示最常见的如用于电子表和计算器上的显示方式就是扭曲向列相（TN）显示，这种显示器件由两片基板玻璃中间注入向列相液晶材料构成，通过特殊的表面处理使分子在顶层与X方向平行，而在底层与X方向垂直，这种结构使液晶层形成了一个90°扭曲，从而得名，图1.即为扭曲结构。这种结构类似于胆甾相结构，所以有时加入一点螺旋添加剂以保证扭曲方向一致。TN显示的最基本原理是一个偏振光原理，当光入射TN盒时，其偏振面顺着液晶方向而扭曲。例如，偏振光平行于样品顶层方向，当穿过液晶盒时，其偏振方向会随着分子旋转，从底面出射时，其偏振面旋转了90°。右图为一个TN盒的示意图，黑线代表分别贴在显示器上、下表面呈交叉状态的偏振片。当光射入液晶盒，其偏振面随分子旋转。当光达到液晶盒底部，偏振矢量面已旋转了90°，接着穿过第二层偏光片。对于一个反射TN型液晶显示器，相当于在底部装有一面鏡子，它将透射光反射回来。右图为光进入液晶盒后随着扭曲的路线。从液晶盒中出来的光呈现银灰色。当液晶盒受到一个强度足够大的电场的作用时，晶分子将经历一个弗利德兹转换。右图为一个发生转变的扭曲向列相液晶盒。必须注意的是在这种状态下，扭曲受到破坏，液晶层的分子取向与电场平行。当偏振光射入这种液晶盒时，偏振面不随分子旋转，因而无法透过第二层偏光片。这样在亮态的背景下施加电场的区域呈现为暗态。电光效应：依靠电场强度的作用扭曲向列相实现了亮态和暗态之间变化。这种显示类型最主要的一个特点就是分子对外加压的响应，右边的曲线图（电光曲线）是一个曲型的向列相液晶盒在电压作用下的响应曲线，即分子与玻璃面倾斜度随外加电压变化的关系。对于TN型显示、电致扭曲形变决定了液晶盒对光的透过率。右图显示了透过率与电场作用关系图。考虑到偏光片的作用使反射型TN显示屏的最大透过率只有50%。垂直线代表液晶盒的开或关状态时的电压。--返回---test--test2STN型超扭曲向列型显示具有很多行和列的显示，其开、关状态时的电压差别很小，由于这个原因，TN显示器不适合多路寻址大信息量显示的要求。这个问题在1980年中期，由于超扭曲向列型（STN）显示器的出现而得到解决。在这种显示器中，相对于TN液晶盒90°角，它的液晶分子旋转了270°左右。扭曲角的作用可从右图电光效应曲线中可以看出。随着扭曲角的增大，分子倾角随外加电压的变化很陡峭。从右图的响应参数可以看出其开态和关态的电压非常接近。虽然一般都希望得到一条陡峭的电光曲线，但也要考虑到中间灰度的问题，考虑到这个原因，很多供应商所用的STN显示器采用了210°扭曲角，这样在允许快速寻址的同时又能满足灰度显示的要求。早期的210°扭曲显示模式通过器件的光谱变化也无法得到理想的颜色：在点亮状态，象素显示倾向于黄颜色，而在关闭状态为蓝紫色。因此，STN除了不受消费者的普遍欢迎外，通过滤色片实现全色显示的STN也只能得到黑、白两种颜色。这个问题通过增加一个扭曲角正好相反的液晶盒而得到解决，这种器件就是双层超扭曲向列型显示器（D-STN）。这种器件在关闭状态时，第一层的相位变化可以在第二层得到补偿，像素显示为黑色；在点亮状态，第一层的相位变化，不能被第二层STN盒补偿，成近白光射出。由于两层液晶盒由相同的材料所组成，在整个温度范围其补偿作用是相同的。--返回--LCD的驱动方式对于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。￡1.静态驱动基本思想在相对应的一对电极间连续外加电场或不外加电场。如图1所示：其驱动电路原理如图2：图1.LCD静态驱动示意图图2.驱动电路原理图驱动波形根据此电信号，笔段波形不是与公用波形同相就是反相。同相时液晶上无电场，LCD处于非选通状态。反相时，液晶上施加了一矩形波。当矩形波的电压比液晶阈值高很多时，LCD处于选通状态。图3.静态波形￡2.多路驱动基本思想电极沿X、Y方向排列成矩阵(如图4)，按顺序给X电极施加选通波形，给Y电极施加与X电极同步的选通或非选通波形，如此周而复始。通过此操作，X、Y电极交点的相素可以是独立的选态或非选态。驱动X电极从第一行到最后一行所需时间为帧周期Tf(频率为帧频)，驱动每一行所用时间Tr与帧周期的比值为占空比：Duty=Tr/Tf=1/N。图4.电极阵列电压平均化从多路驱动的基本思想可以看出，不仅选通相素上施加有电压，非选通相素上也施加了电压。非选通时波形电压与选通时波形电压之比为偏压比Bias=1/a。为了使选通相素之间及非选通相素之间显示状态一致，必须要求选点电压Von一致，非选点电压Voff一致。为了使相素在选通电压作用下被