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液晶及液晶顯示器的發(fā)展簡史 熱致液晶的發(fā)現(xiàn) 1888年奧地利植物學家Friedrich Reinitzer在加熱苯酸脂晶體時發(fā)現(xiàn)：當溫度升到145.5C時晶體融化成為乳白色粘稠的液體。再繼續(xù)加熱到178.5C時乳白粘稠的液體變成完全透明的液體。后經(jīng)德國卡爾斯呂愛大學教授Otto Lehmann研究，這種乳白粘稠的液體具有光學各向異性，因而建議稱之為液體晶體（Liquid Crgstal）。 液晶的合成和分類 二十世紀二十年代，德國Heidelberg大學的Ludwig Gattermann首先合Halle大學的Daniel Vorlander則先后合成了300多種液晶，并指出液晶分子是棒狀的分子。在此基礎上，法國的George Friedel及F.Grand-jean等對液晶的結構及光學性能作了詳細的研究，并于1922年完成了液晶分類的工作，將液晶劃分為：近晶相、向列相和膽甾相。 液晶的物理性能研究 1917年Manguin發(fā)明了摩擦定向法，用以制作單疇液晶和研究光學各向異性。1909年E.Bose建立了攢動（Swarm）學說，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的實驗支持(1918年），后經(jīng)de Gennes論述為統(tǒng)計性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年創(chuàng)立連續(xù)體理論，并得到F.C.Frank完善（1958年）。M.Born（1916年）和K.Lichtennecker（1926年）發(fā)現(xiàn)并研究了液晶的介電各向異性。1932年，W.Kast據(jù)此將向列相分為正、負性兩大類。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao發(fā)現(xiàn)向列相液晶在電場（或磁場）作用下，發(fā)生形變并存在電壓閾值（Freederichsz 轉(zhuǎn)變）。這一發(fā)現(xiàn)為液晶顯示器的制作提供了依據(jù)。 液晶在液晶顯示器方向的應用研究 1968年美國RCA公司R.Williams發(fā)現(xiàn)向列相液晶在電場作用下形成條紋疇，并有光散射現(xiàn)象。G.H.Heilmeir隨即將其發(fā)展成動態(tài)散射顯示模式，并制成世界上第一個液晶顯示器（LCD）。 1968年美國Heilmeir等人還提出了賓主效應（GH）模式。 1969年Xerox公司提出Ch-N相變存儲模式。 1971年M.F.Schiekel提出電控雙折射（ECB）模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相（Twisted Nematic：TN）模式，1980年N.Clark等提出鐵電液晶模式（FLC），1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相（Super Twisred Nematic：STN）模式。 1986年Nagata提出用雙層盒（DSTN）實現(xiàn)黑白顯示技術；之后又有用拉伸高分子膜實現(xiàn)黑白顯示的技術（FSTN）。 1996年以后，又提出采用單個偏光片的反射式TN（RTN）及反射式STN（RSTN）模式。 液晶顯示器產(chǎn)業(yè)的形成、發(fā)展及布局 自1968年Heilmeir制成第一個DSM-LCD開始, 美、日等國即開始了LCD的應用和生產(chǎn)研究。70年代初期，美國Rockwell公司開始生產(chǎn)DSM-LCD的計算機。Optel公司則生產(chǎn)DSM-LCD手表。日本Sharp、Epson等公司此類產(chǎn)品及工藝的成熟度都非常完滿。但DSM-LCD應用電流、電壓效應，耗電較多，很快被TN-LCD取代。 1972年S.Kobayashi等人制成TN-LCD，并迅速工業(yè)化，被廣泛應用于計算器、手表、測試設備及汽車顯示等，取得了巨大成功。并促使LCD向大容量、大面積彩色化方向發(fā)展。 大容量、大面積的一個方向是TN顯示模式與半導體結合，采用有源矩陣(Active Matrix)的方式。該方式最早于1972年由P.Brody提出。經(jīng)10多年的研究，到80年代中后期，日本已開始大批量生產(chǎn)以TFT為代表的AM-LCD。目前它是手提電腦的首選顯示屏。 大容量的另一個方向是采用STN模式。雖然STN模式1983年才提出來，但由于它與TN生產(chǎn)技術有很大程度的工藝相似性，投資規(guī)模小，因而到80年代末90年代初已開始產(chǎn)業(yè)化，加之FSTN技術的發(fā)展，STN-LCD成為中高檔、中小尺寸顯示的主導。 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鑲嵌濾色片的混色方法。到1981年T.Uchida等人將其發(fā)展到盒內(nèi)，并逐漸成熟。它與AM或STN結合，成為今天彩色顯示的主導。 1995年以后，ECB彩色化方案也見之于報導。它利用電壓控制顯示顏色，工藝簡單，但色彩有限。一般只能實現(xiàn)3～4色。 目前，反射式顯示模式（RTN，RSTN）正是許多工廠競相開發(fā)的產(chǎn)品方向。日本Sharp、Epson公司已經(jīng)生產(chǎn)此類產(chǎn)品，主要應用于手機顯示屏上。 就全球產(chǎn)業(yè)布局來說，日本TFT生產(chǎn)占全球80-90%的市場份額，臺灣和韓國生產(chǎn)部分中小尺寸屏。TN、STN生產(chǎn)90%以上在中國大陸、香港、臺灣及東南亞地區(qū)。 LCD結構 TN、HTN、STN的結構： FSTN、ECB-Multi-color STN的結構： DSTN的結構： Color STN的結構： LCD的顯示原理 TN型 扭曲向列相（TN）顯示 最常見的如用于電子表和計算器上的顯示方式就是扭曲向列相（TN）顯示，這種顯示器件由兩片基板玻璃中間注入向列相液晶材料構成，通過特殊的表面處理使分子在頂層與X方向平行，而在底層與X方向垂直，這種結構使液晶層形成了一個90扭曲，從而得名，圖 1.即為扭曲結構。 這種結構類似于膽甾相結構，所以有時加入一點螺旋添加劑以保證扭曲方向一致。TN顯示的最基本原理是一個偏振光原理，當光入射TN盒時，其偏振面順著液晶方向而扭曲。例如，偏振光平行于樣品頂層方向，當穿過液晶盒時，其偏振方向會隨著分子旋轉(zhuǎn)，從底面出射時，其偏振面旋轉(zhuǎn)了90。右圖為一個TN盒的示意圖，黑線代表分別貼在顯示器上、下表面呈交叉狀態(tài)的偏振片。 當光射入液晶盒，其偏振面隨分子旋轉(zhuǎn)。當光達到液晶盒底部，偏振矢量面已旋轉(zhuǎn)了90，接著穿過第二層偏光片。對于一個反射TN型液晶顯示器，相當于在底部裝有一面鏡子，它將透射光反射回來。右圖為光進入液晶盒后隨著扭曲的路線。 從液晶盒中出來的光呈現(xiàn)銀灰色。當液晶盒受到一個強度足夠大的電場的作用時，晶分子將經(jīng)歷一個弗利德茲轉(zhuǎn)換。右圖為一個發(fā)生轉(zhuǎn)變的扭曲向列相液晶盒。 必須注意的是在這種狀態(tài)下，扭曲受到破壞，液晶層的分子取向與電場平行。當偏振光射入這種液晶盒時，偏振面不隨分子旋轉(zhuǎn)，因而無法透過第二層偏光片。這樣在亮態(tài)的背景下施加電場的區(qū)域呈現(xiàn)為暗態(tài)。 電光效應： 依靠電場強度的作用扭曲向列相實現(xiàn)了亮態(tài)和暗態(tài)之間變化。這種顯示類型最主要的一個特點就是分子對外加壓的響應，右邊的曲線圖（電光曲線）是一個曲型的向列相液晶盒在電壓作用下的響應曲線，即分子與玻璃面傾斜度隨外加電壓變化的關系。 對于TN型顯示、電致扭曲形變決定了液晶盒對光的透過率。右圖顯示了透過率與電場作用關系圖?？紤]到偏光片的作用使反射型TN顯示屏的最大透過率只有50%。垂直線代表液晶盒的開或關狀態(tài)時的電壓。 --返回-- -test- -test2 STN型 超扭曲向列型顯示 具有很多行和列的顯示，其開、關狀態(tài)時的電壓差別很小，由于這個原因，TN顯示器不適合多路尋址大信息量顯示的要求。這個問題在1980年中期，由于超扭曲向列型（STN）顯示器的出現(xiàn)而得到解決。在這種顯示器中，相對于TN液晶盒90角，它的液晶分子旋轉(zhuǎn)了270左右。扭曲角的作用可從右圖電光效應曲線中可以看出。 隨著扭曲角的增大，分子傾角隨外加電壓的變化很陡峭。從右圖的響應參數(shù)可以看出其開態(tài)和關態(tài)的電壓非常接近。 雖然一般都希望得到一條陡峭的電光曲線，但也要考慮到中間灰度的問題，考慮到這個原因，很多供應商所用的STN顯示器采用了210扭曲角，這樣在允許快速尋址的同時又能滿足灰度顯示的要求。早期的210扭曲顯示模式通過器件的光譜變化也無法得到理想的顏色：在點亮狀態(tài)，象素顯示傾向于黃顏色，而在關閉狀態(tài)為藍紫色。因此，STN除了不受消費者的普遍歡迎外，通過濾色片實現(xiàn)全色顯示的STN也只能得到黑、白兩種顏色。這個問題通過增加一個扭曲角正好相反的液晶盒而得到解決，這種器件就是雙層超扭曲向列型顯示器（D-STN）。 這種器件在關閉狀態(tài)時，第一層的相位變化可以在第二層得到補償，像素顯示為黑色；在點亮狀態(tài)，第一層的相位變化，不能被第二層STN盒補償，成近白光射出。由于兩層液晶盒由相同的材料所組成，在整個溫度范圍其補償作用是相同的。 --返回-- LCD的驅(qū)動方式 對于TN及STN-LCD一般采用靜態(tài)驅(qū)動或多路驅(qū)動方式。這兩種方式相比較各有優(yōu)缺點。靜態(tài)驅(qū)動響應速度快、耗電少、驅(qū)動電壓低，但驅(qū)動電極度數(shù)必須與顯示筆段數(shù)相同，因而用途不如多路驅(qū)動廣。 ￡1. 靜態(tài)驅(qū)動 基本思想 在相對應的一對電極間連續(xù)外加電場或不外加電場。如圖1所示： 其驅(qū)動電路原理 如圖2： 圖 1.LCD靜態(tài)驅(qū)動示意圖 圖 2.驅(qū)動電路原理圖 驅(qū)動波形 根據(jù)此電信號，筆段波形不是與公用波形同相就是反相。同相時液晶上無電場，LCD處于非選通狀態(tài)。反相時，液晶上施加了一矩形波。當矩形波的電壓比液晶閾值高很多時，LCD處于選通狀態(tài)。 圖 3.靜態(tài)波形 ￡2. 多路驅(qū)動 基本思想 電極沿X、Y方向排列成矩陣(如圖4)，按順序給X電極施加選通波形，給Y電極施加與X電極同步的選通或非選通波形，如此周而復始。通過此操作，X、Y電極交點的相素可以是獨立的選態(tài)或非選態(tài)。 驅(qū)動X電極從第一行到最后一行所需時間為幀周期Tf(頻率為幀頻)，驅(qū)動每一行所用時間Tr與幀周期的比值為占空比：Duty=Tr/Tf=1/N。 圖 4.電極陣列 電壓平均化 從多路驅(qū)動的基本思想可以看出，不僅選通相素上施加有電壓，非選通相素上也施加了電壓。非選通時波形電壓與選通時波形電壓之比為偏壓比Bias=1/a。為了使選通相素之間及非選通相素之間顯示狀態(tài)一致，必須要求選點電壓Von一致，非選點電壓Voff一致。為了使相素在選通電壓作用下被選通；而在非選通電壓作用下不選通，必須要求LCD的光電性能有閾值特性，且越陡越好。但由于材料和模式的限制，LCD電光曲線陡度總是有限的。因而反過來要求Von、Voff拉得越開越好，即Von/Voff越大越好。經(jīng)理論計算，當Duty、Bias滿足以下關系時，Von/Voff取極大值。滿足下式的a，即為驅(qū)動路數(shù)為N的最佳偏壓值。 六級電平驅(qū)動 在半導體集成電路中，實現(xiàn)最佳偏壓一般采用如圖5所示的六級電平方式。 圖 5.六級電平 圖 6.六級電平的電路原理圖 　 實現(xiàn)六級電平的電路一般采用如圖6的Bias電路。 六級電平驅(qū)動時，給于COM電極和SEG電極的電平如下表： 正極性幀（+） 負極性幀（-） 掃描電極COM 選通 V1 V6 非選通 V5 V2 信號電極SEG 選通 V6 V1 非選通 V4 V3 上敘6級電平，當a<5時，會發(fā)生簡并。如： a=4時，V3=V4 a=3時，V2=V4，V3=V5 a=2時，V1=V4，V2=V5，V3=V6 簡并后，上表中的電平分配關系依然成立。 LCD的基本性能 電光性能：LCD光學透過率隨電壓變化的曲線，如圖1。 響應速度：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：LCD只能工作在一個適當?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。 LCD的基本參數(shù) LCD顯示類型 TN型： STN型： 顯示模式 背景 前景 黃綠模 黃綠色 藍黑色 藍 模 藍色 白色 灰 模 灰白色 深藍色 黑白模 白色 黑色 照明方式 溫度特性 類型 TN STN Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅰ Ⅱ 工作溫度（℃） 0～50 -10～60 -20～70 -30～80 0～50 -20～70 儲存溫度（℃） -20～60 -20～70 -30～80 -40～90 -20～60 -30～80 LCM的基本參數(shù) LCD模塊電源： LCD模塊與MPU之間的連接： 常用LCM控制器的資料： HD61202U KS0066U KS0724_V08 字符型LCD模塊的接口定義 序號 符號 電平 引腳定義 功能 1 Vss - 接地 0V 2 Vdd - 電路電源電壓 Vcc=Vdd=5V10% 3 Vee - LCD驅(qū)動電壓 對比度調(diào)節(jié)電壓 4 RS H/L 寄存器選擇信號 H：數(shù)據(jù)； L：指令 5 R/W H/L 讀/寫信號 H：讀； L：寫 6 E 片使能信號 下降沿觸發(fā) 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)位0 數(shù)據(jù)總線 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)位1 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)位2 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)位3 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)位4 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)位5 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)位6 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)位7 字符型LCD模塊的指令表 指令 指令碼 說明 執(zhí)行 周期 RS R/W D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 清屏 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 AC=0時,光標回位 41000 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * ADD=0時,回原位 41000 輸入方式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 決定是否移動以及移動方向 10 顯示開關 0 0 0 0 0 0 1 D C B D-顯示,C-光標,B-光標閃爍 10 移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 移動光標及整體顯示 10 功能設置 0 0 0 0 1 DL N F * * DL-數(shù)據(jù)位數(shù),L-行數(shù),F-字體 10 CGRAM地址設置 0 0 0 1 ACG 設置CGRAM的地址 10 DDRAM地址設置 0 0 1 ADD 設置DDRAM的地址 10 忙標志/讀地址計數(shù)器 0 1 BF 地址計數(shù)器(AC) 讀出忙標志位(BF)及AC值 0 CGRAM/DDRAM數(shù)據(jù)寫 1 0 寫數(shù)據(jù) 將內(nèi)容寫入RAM中 10 CGRAM/DDRAM數(shù)據(jù)讀 1 1 讀數(shù)據(jù) 將內(nèi)容從RAM中讀出 10 補充說明 I/D：1-增量方式、0-減量方式 S：1-位移 S/C：1-顯示移位、0-光標移位 R/L：1-右移、0-左移 DL：1-8位、0-4位 N：1-2行、0-1行 F：1-5X10字體、0-5X7字體 BF：1-正在執(zhí)行內(nèi)部操作、0-可接收指令 DDRAM：顯示數(shù)據(jù)RAM CGRAM：字符發(fā)生器RAM ACG：CGRAM地址 ADD：DDRAM地址及光標地址 字符代碼表 --返回-- 定制液晶顯示模塊 除要求體積和厚度小, 重量輕以外, 移動通信和便攜式裝置還要求液晶顯示屏具有高質(zhì)量的性能。由于公司完全掌握了各種部件的高密度裝配技術, 精工 (SII) 具有進行全面計劃, 設計和批量生產(chǎn)定制液晶顯示模塊的能力。 特點： 高密度安裝技術使生產(chǎn)體積和厚度薄及重量輕的產(chǎn)品成為可能; LCD液晶顯示板可與SII LCD驅(qū)動器或公司其它型號的驅(qū)動器一起使用, 從而實現(xiàn)耗電量低的功效; 總體支持包括後燈照明, 連接接頭和框架。 適用于手機的STN半透式彩色液晶顯示模塊 技術規(guī)格 項目 規(guī)格*6 45mm（1.7英寸） 51mm（2.0英寸） 對角線長度 45mm（1.7英寸） 51mm（2.0英寸） 點陣 120RGB143點 120RGB160點 點距 0.080x0.240mm 0.084x0.252mm 顯示顏色 256 256 反差比*4 13:1 14:1 功耗 1.5mW*2，0.3mW* 3 2.0mW*2，0.3mW* 3 外部尺寸*1 37.045.6mm 39.653.6mm 背景照明 白色LED*5 白色LED *1：不包括凸起，如FPC等部位。 *2：當將全屏幕作為靜止圖像顯示時。不包括背景照明。 *3：當部分顯示模式為24線顯示時。 *4：室溫（25℃）下。 *5：可選。 *6：規(guī)格如有變化，恕不另行通知。 我們最新的系列產(chǎn)品--超級扭曲（STN）半透式彩色液晶顯示模塊，是面向持續(xù)飛速發(fā)展的移動電話市場的最新產(chǎn)品，是手機內(nèi)置彩色液晶顯示屏的最佳選擇，具有高圖像品質(zhì)、高密度、緊湊以及低功耗等特色該系列產(chǎn)品適用于大屏幕型號的非翻蓋式手機的45mm（1.7英寸）型號和翻蓋式手機的51mm（2.0英寸）型號。 尺寸為45mm的顯示模塊目前已經(jīng)開始批量生產(chǎn)，而尺寸為51mm的顯示模塊預計將于2001年春季進行大規(guī)模生產(chǎn)。 51mm（2.0英寸）STN半透式彩色液晶顯示模塊。 功能特征 高密度、大屏幕，適合瀏覽電子郵件和互聯(lián)網(wǎng) 高圖像品質(zhì) 利用帶有面板所提供的反射鏡以及MLS（多行掃描）驅(qū)動的SPD技術，實現(xiàn)高對比和彩色重現(xiàn)效果 緊湊 內(nèi)置VRAM、升壓器和電源電路 超級低功耗 亮區(qū)無需背景照明 MLS驅(qū)動 部分顯示功能在待機時可減少功耗 可清除彩色顯示，包括帶有背景照明的暗區(qū)在內(nèi) 應用范圍能夠瀏覽電子郵件和互聯(lián)網(wǎng)的手機（Web電話） 全新A-GRADE 相關需求請：聯(lián)系我們 品 牌 型 號 技 術 指 標 尺寸 像素點陣 接口方式 可視角度 對比度 亮度 備注 日本 SHARP 專業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)的液晶顯示屏 SHARP LQ104V1DG11 10.4" 640*RGB*480 TTL 70/70/55/55 300:1 350 TFT LQ121S1DG11 10.4" 640*RGB*480 TTL 70/70/55/55 300:1 250 LQ150X1DG11 15" 1024*RGB*768 TTL 70/70/60/60 300:1 220 LQ150X1DG51 15" 1024*RGB*768 TTL 70/70/60/60 300:1 200 韓國 LG.PHILIPS 專業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)的液晶顯示屏，主要提供給PHILIPS 使用 LG PHILIPS LB121S1-A2 12.1" 800*RGB*600 TTL 60/60/40/45 200:1 300 TFT LM151X05 15.1" 1024*RGB*768 TTL 75/75/55/60 300:1 250 吉林彩晶 中國大陸TFT-LCD液晶唯一生產(chǎn)廠家，主要產(chǎn)品為10.4”，類同日本東芝 吉林彩晶 CJM10C011A 10.4" 640*RGB*480 TTL 40/40/20/25 200:1 250 TFT 臺灣AU 2001年宏基 ACER 和聯(lián)友光電 Unipac 合并，成為世界第二大液晶生產(chǎn)基地，可提供大、小尺寸液晶屏 AU UP040D01 4" 160*RGB*234 ANALOG 45/45/10/30 150:1 250 TFT UP056D01 5.6" 320*RGB*234 ANALOG 45/45/10/30 150:1 300 UP068D01 6.8" 384*RGB*234 ANALOG 45/45/10/30 150:1 300 UB084S01 8.4" 800*RGB*600 LVDS 40/40/30/10 200:1 150 L170E3 17" 1280*RGB*1024 LVDS 75/75/70/70 400:1 250 M150XN05 15" 1024*RGB*768 TTL 60/60/40/60 300:1 250 A201SN01 20.1" 800*RGB*600 TTL 80/80/80/80 500:1 500 臺灣奇美 CHIMEI 主要生產(chǎn)大尺寸液晶顯示模塊，部分為日本 FUJISTU 和韓國 SAMSUNG 提供OEM產(chǎn)品，品質(zhì)優(yōu)秀 CHIMEI M150X3-T05 15" 1024*RGB*768 TTL 60/60/40/60 300:1 300 TFT M150X2-T03 15" 1024*RGB*768 TTL 70/70/70/70 300:1 300 臺灣中華映管 CPT 主要生產(chǎn)大尺寸液晶顯示模塊 CPT CLAA150XG01 15" 1024*RGB*768 TTL 60/60/40/60 300:1 300 TFT 日本京瓷 Kyocera 專業(yè)生產(chǎn)中、小尺寸液晶 STN 顯示模塊，品質(zhì)優(yōu)秀 Kyocera KCS6448MSTT 7.2" 640*RGB*480 TTL 15/30/20/30 75:1 65 STN 