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1、 电电 视视 技技 术术 第第2929讲讲 液晶基础知识液晶基础知识主要内容主要内容一、液晶及其分子结构一、液晶及其分子结构二、液晶基本性质及显示原理二、液晶基本性质及显示原理三、液晶显示器件结构三、液晶显示器件结构四、液晶显示器特点四、液晶显示器特点1 电电 视视 技技 术术 一、液晶及其分子结构一、液晶及其分子结构 物质三态物质三态:固态、液态、气态固态、液态、气态 液晶液晶(Liquid Crystal)(Liquid Crystal)：是能在某个温度范围内兼：是能在某个温度范围内兼有液体和晶体两者特性的物质，也叫液晶相和中介相，有液体和晶体两者特性的物质，也叫液晶相和中介相，又称为物质
2、的第四态。又称为物质的第四态。液晶电视机是以液晶显示器（液晶电视机是以液晶显示器（LCDLCD）作为屏幕的一）作为屏幕的一种平板电视机，它是采用了液晶控制透光度技术来实种平板电视机，它是采用了液晶控制透光度技术来实现色彩的显示器。现色彩的显示器。2 电电 视视 技技 术术 液晶的历史液晶的历史 18881888年年，奥奥地地利利植植物物学学家家莱莱尼尼茨茨尔尔发发现现胆胆甾甾醇醇苯苯甲甲酸酸酯酯在在145.5145.5熔熔化化时时，形形成成了了雾雾浊浊的的液液体体，并并出出现现蓝蓝紫紫色色的的双双折折射射现现象象，直直至至178.5178.5时才形成各向同性的液体。时才形成各向同性的液体。其其
3、后后在在莱莱尼尼茨茨尔尔和和德德国国物物理理学学家家莱莱曼曼的的共共同同努努力力下下，认认为为胆胆甾甾醇醇苯苯甲甲酸酸酯酯在在固固态态和和液液态态之之间间呈呈现现出出的的是是一一种种新新的的物物质质相相态态，将将其其命命名名为为液晶液晶。3 电电 视视 技技 术术 液晶分子结构液晶分子结构 液晶分子形状：细长棒形，宽约液晶分子形状：细长棒形，宽约1nm1nm，长约，长约10nm10nm。(a)(a)晶体晶体 （b b）液晶）液晶 （c c）液体）液体4 电电 视视 技技 术术 液晶的种类液晶的种类 液晶种类达数千种，主要类型有：液晶种类达数千种，主要类型有：热致液晶：通过加热而形成的液晶（分为
4、：热致液晶：通过加热而形成的液晶（分为：近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。近晶相液晶、向列相液晶、胆甾相液晶）。溶致液晶：有机物在溶剂作用下形成的液晶。溶致液晶：有机物在溶剂作用下形成的液晶。如肥皂水气泡。如肥皂水气泡。感应液晶：外场（力、电、磁、光等）感应作感应液晶：外场（力、电、磁、光等）感应作用下形成的液晶。用下形成的液晶。流致液晶：在流动场作用下而形成液晶。流致液晶：在流动场作用下而形成液晶。5 电电 视视 技技 术术 热热致致液液晶晶分分为为向向列列相相（丝丝状状液液晶晶）、胆胆甾甾相相（螺螺旋状液晶）和近晶相液晶（层状液晶）。旋状液晶）和近晶相液晶（层状液晶）。分子结构差异如图
5、示。分子结构差异如图示。6 电电 视视 技技 术术 1 1近晶相液晶近晶相液晶近晶相液晶分子排列近晶相液晶分子排列 分分子子分分层层排排列列，有有同同一一的的方方向向，比比较较接接近近晶晶体体，故故称为近晶相。称为近晶相。分分子子粘粘度度大大,分分子子可可以以左左右右、前前后后滑滑动动，但但不不能能在在上上下下层层间间移移动动，响响应应速速度度慢慢，多多用用于于光光记记忆忆材材料料的的发发展展上。上。7 电电 视视 技技 术术 向列相液晶分子排列向列相液晶分子排列2 2向列相液晶向列相液晶 分分子子位位置置杂杂乱乱，没没有有层层状状结结构构，但但方方向向大大致致一一致，故称为向列相。致，故称为
6、向列相。液液晶晶粘粘度度小小，分分子子容容易易顺顺着着长长轴轴方方向向自自由由移移动动。是是光光电电子子技技术术和和显显示示上上最最为广泛应用的液晶。为广泛应用的液晶。8 电电 视视 技技 术术 分子排列特点：在某一平面内分子长轴的指向一致，分子排列特点：在某一平面内分子长轴的指向一致，与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致与这一平面平行的另一平面内分子长轴的指向却一致地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，地朝着另一个方向，两相邻平面分子的指向稍有不同，分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空间成一螺分子的指向矢（液晶分子的平均指向）在空间成一螺旋。旋。胆甾相液晶分子排列胆甾相
7、液晶分子排列3 3胆甾相液晶胆甾相液晶9 电电 视视 技技 术术 （1 1）边界取向性质）边界取向性质 在在最最简简单单的的自自由由边边界界上上，液液晶晶分分子子的的取取向向可可以以垂垂直直、平平行行、倾斜于边界。倾斜于边界。如如果果边边界界是是一一层层刻刻有有凹凹凸凸沟沟槽槽的的取取向向膜膜，则则凹凹凸凸沟沟槽槽对对液液晶晶分分子子的的取取向向起起主主导导作作用用，通通过过摩摩擦，液晶分子就朝这个方向取向。擦，液晶分子就朝这个方向取向。二、液晶基本性质及显示原理二、液晶基本性质及显示原理10 电电 视视 技技 术术 （2 2）液晶的电气性质）液晶的电气性质 在上下电极板之间加一电场时，电极板
8、之间的液晶分子在上下电极板之间加一电场时，电极板之间的液晶分子长轴就会长轴就会沿着电场方向排列沿着电场方向排列。这一电气性质是实现液晶显示的基础。这一电气性质是实现液晶显示的基础。11 电电 视视 技技 术术 （3 3）液晶的旋光性质）液晶的旋光性质 若若上上、下下玻玻璃璃基基板板取取向向膜膜沟沟槽槽相相差差某某一一角角度度，则则在在玻玻璃璃基基板板中中，同同一一平平面面液液晶晶分分子子取取向向虽虽然然一一致致，但但相相邻邻平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲。平面液晶分子的取向逐渐旋转扭曲。当当可可见见光光波波长长远远小小于于液液晶晶分分子子在在玻玻璃璃基基板板间间的的旋旋转转螺螺距距时时，则则光
9、光矢矢量量会会同同样样随随着着液液晶晶分分子子的的旋旋转转而而跟跟着着旋旋转。转。12 电电 视视 技技 术术 液晶像素显示原理液晶像素显示原理结构特点：结构特点：上下偏振板光轴方向垂直上下偏振板光轴方向垂直；上上下下玻玻璃璃基基板板取取向向膜膜取取向向垂垂直。直。显示原理：显示原理：当当玻玻璃璃基基板板没没有有加加电电场场时时，光光线线跟跟着着液液晶晶作作9090o o扭扭转转，通通过过下下方方偏偏光光板板，液液晶晶面面板板显显示示白白色。色。当当在在基基板板上上加加电电场场时时，液液晶晶分分子子产产生生取取向向变变化化，光光线线通通过过液液晶晶分分子子空空隙隙维维持持原原方方向向，被被下方
10、偏光板遮蔽，显示黑色。下方偏光板遮蔽，显示黑色。白白 黑黑13 电电 视视 技技 术术 三、液晶显示器结构三、液晶显示器结构偏光片偏光片 偏光片偏光片 电极电极 液晶液晶 扩散板扩散板 导光板导光板 玻璃基板玻璃基板 彩色滤色膜彩色滤色膜 定向层定向层 玻璃基板玻璃基板 棱镜片棱镜片 冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯 14 电电 视视 技技 术术 液晶面板液晶面板 偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相互偏光片：分为上偏光片和下偏光片，上下两偏光片相互垂直。其作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的光波垂直。其作用就像是栅栏一般，会阻隔掉与栅栏垂直的光波分量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。分
11、量，只准许与栅栏平行的光波分量通过。玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住玻璃基板：分上玻璃基板和下玻璃基板，主要用于夹住液晶。对于液晶。对于TFT-LCDTFT-LCD，下层玻璃长有薄膜晶体管，下层玻璃长有薄膜晶体管(Thin film(Thin film transistortransistor，TFT)TFT)，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。，上层玻璃则贴有彩色滤光膜。彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。彩色滤色膜：产生红、绿、蓝三种基色光。电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像素电极：分为公共电极和像素电极。信号电压就加在像素电极与公共电极之间。电极与公共电极之间。液晶
12、材料：小分子有机化合物。液晶材料：小分子有机化合物。定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排定向层：又称取向膜，其作用是让液晶分子能够整齐排列。列。15 电电 视视 技技 术术 背光模组背光模组 作用：将光源均匀地传送到液晶面板。作用：将光源均匀地传送到液晶面板。冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。冷阴极荧光灯：提供能耗低，光亮强的白光。导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制导光板：导引光线方向，提高面板光辉度及控制亮度均匀。亮度均匀。扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。扩散板：使光线产生漫射，让光的分布均匀化。棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。棱镜片：将光线聚拢，提高辉度。
13、16 电电 视视 技技 术术 冷阴极荧光灯冷阴极荧光灯CCFL结构结构 发光原理发光原理:当在管子上加高压时，气体电离产生当在管子上加高压时，气体电离产生紫外光。紫外光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。紫外光。紫外光激励内部磷光粉涂层，产生可见光。17 电电 视视 技技 术术 CCFL电压与电流关系电压与电流关系 CCFL在高压（一般在高压（一般500V以上）、交流（一般以上）、交流（一般40kHz左右）电源的驱动下左右）电源的驱动下工作。工作。灯管启动初期，电流非灯管启动初期，电流非常微弱，随着灯管两端电极常微弱，随着灯管两端电极之间的电压增大，灯管电流之间的电压增大，灯管电流逐渐增大。当灯管
14、两端供电逐渐增大。当灯管两端供电电压大于启动电压电压大于启动电压Vstart时，时，灯管启动结束。灯管启动结束。Vcon为导通为导通电压，电压，VT、IT分别为截止电分别为截止电压与截止电流。压与截止电流。18 电电 视视 技技 术术 CCFL驱动电路 自激推挽自激推挽式式DC-AC逆向变换逆向变换电路电路 类似于节能灯类似于节能灯19 电电 视视 技技 术术 低压、微功耗低压、微功耗 极低的工作电压，只要极低的工作电压，只要2V-3V2V-3V即可工作，而工作电即可工作，而工作电流仅几个微安，与大规模集成电路的相适应。从而使液流仅几个微安，与大规模集成电路的相适应。从而使液晶与大规模集成电路
15、结成了孪生兄弟，使电子手表、计晶与大规模集成电路结成了孪生兄弟，使电子手表、计算器、便携仪表、以至手提电脑等成为可能。算器、便携仪表、以至手提电脑等成为可能。平板型结构平板型结构 液晶显示器的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄液晶显示器的基本结构是由两片玻璃基板制成的薄形盒，厚度为几公分。形盒，厚度为几公分。被动型显示被动型显示 液晶显示器件是一种被动显示。被动显示更适合于液晶显示器件是一种被动显示。被动显示更适合于人眼视觉，更不易引起疲劳。人眼视觉，更不易引起疲劳。四、液晶显示器特点四、液晶显示器特点20 电电 视视 技技 术术 显示信息量大显示信息量大 与与CRTCRT相比，相比，LCDLC
16、D没有荫罩限制；与没有荫罩限制；与PDPPDP相比，相比，LCDLCD像素点处不需要像像素点处不需要像PDPPDP那样，像素点间要留有一定的隔那样，像素点间要留有一定的隔离区。因此，离区。因此，LCDLCD在同样大小的显示窗面积内，可以容在同样大小的显示窗面积内，可以容纳更多的像素，显示更多的信息。纳更多的像素，显示更多的信息。易于彩色化易于彩色化 液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色液晶本身虽然一般是没有颜色的，但它实现彩色化的确很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。化的确很容易，方法很多。一般使用较多的是滤色法。长寿命长寿命 液晶材料是有机高分子合成材料，驱动电压又很液晶材料是有机高分子合成材料，驱动电压又很低，驱动电流更是微乎其微，因此，低，驱动电流更是微乎其微，因此，LCDLCD寿命很长，可寿命很长，可在在5 5万小时以上。万小时以上。21 电电 视视 技技 术术 无辐射、无污染无辐射、无污染 液晶显示器件在使用时不会像液晶显示器件在使用时不会像CRTCRT使用中产生的软使用中产生的软X X射线及电磁波辐射。射线及电磁波辐射。结构简单，易于驱动结构简单，易于驱动 液晶显示器件没有复杂的机械部分，能用大规模集液晶显示器件没有复杂的机械部分，能用大规模集成电路直接驱动，电路接口简单。成电路直接驱动，电路接口简单。22