新手需要了解的LCM基本知識

1、液晶的起源：

      1888年奧地利植物學家萊尼茨爾（F.Reintzer）發現液晶，經過科學家們長期地研究，在1968年美國無線電公司（RCA）海麥爾（G.H.Heilmeiler）發現向列相液晶 的透明薄層通電時會出現混濁現象（即電光效應）以后，人們對液晶結構、特性和應用的認識得到了飛躍發展�，F在液晶已被廣泛地應用到許多新技術領域，成為物理學家、化學家、生物學家、電子學家們新的用武之地

2.什么是液晶

      液晶通常是固態，是由于溫度上升到清亮點而成為透明的液態。是在某個溫度范圍內兼有液體的流動性和晶體的雙折射性的合二為一的物質。液晶不同于通常的固態、液態和氣態。又叫做液晶相或中間相、中介相等。英文是liquid crystals。晶體的雙折射性是指光所通過的方向的不同，有不同的折射率。

3.液晶的種類

      隨著人們對液晶的逐漸了解，發現液晶物質基本上都是有機化合物，現有的有機化合物中每200種 中就有一種具有液晶相。從成分和出現液晶相的物理條件來看，液晶可以分為熱致液晶和溶致液晶兩大類。由棒狀分子形成的液晶，其液晶相共有三大類：近晶相（Smectic liquid crystals指粘土狀）、向列相（Nematic liquid crystals指絲狀 和膽甾相（Cholesteric liquid crystals指膽固醇）。

4.什么是熱致液晶

      把某些有機物加熱溶解，由于加熱破壞結晶晶格而形成的液晶稱為熱致液晶。它是由于溫度變化而出現的液晶相。目前用于顯示的液晶材料基本上都是熱致液晶。

5.什么是溶致液晶

      把某些有機物放在一定的溶劑中，由于溶劑破壞結晶晶格而形成的液晶稱為溶致液晶。它是由于溶液濃度發生變化而出現的液晶相，最常見的有肥皂水等。

6. 近晶相液晶的特點

      近晶相液晶是由棒狀或條狀分子組成，分子排列成層，層內分子長軸相互平行，其方向可以垂直于層面，或與層面成傾斜排列。因分子排列整齊，其規整性接近晶體，具有二維有序性。分子質心位置在層內無序，可以自由平移，從而有流動性，但粘滯系數很大。分子可以前后、左右滑動，但不能在上下層間移動。因為它的高度有序性，近晶相經常出現在較低的溫度范圍內。

7.向列相液晶的特點

      向列相液晶的棒狀分子也仍然保持著與分子軸方向平行的排列狀態，但沒有近晶相液晶的層狀結構。分子的質心混亂無序，但分子（桿）的指向大體一致，使向列相物質的光學與電學性質，即折射系數與介電常數，沿著及垂直于這個有序排列的方向而不同。正是由于向列相液晶在光學上顯示正的雙折射性的單軸性與電學上的介電常數各向異性，使得用電來控制光學性能，或液晶顯示成為了可能。與近晶相相比，向列相液晶的粘度小，富于流動性。產生這種流動性的原因，主要是由于向列相液晶各個分子容易順著長軸方向自由移動。分子的排列和運動比較自由，對外界作用相當敏感，因而應用廣泛。目前液晶顯示器，例如TN，STN等所用的液晶材料均屬于向列相液晶材料。

8.膽甾相液晶的特點

      膽甾醇經脂化或鹵素取代后，呈現液晶相，稱為膽甾相液晶。這類液晶分子呈扁平形狀，排列成層，層內分子相互平行。不同層的分子長軸方向稍有變化，沿層的法線方向排列成螺旋結構。當不同的分子長軸排列沿螺旋方向經歷360。的變化后，又回到初始取向。膽甾相液晶對溫度很敏感，溫度發生變化時，膽甾相液晶顯現不同的顏色。實用中，液晶溫度顯示器的原理，就是利用調配好的一系列膽甾相液晶。

9.什么是液晶顯示器

      先介紹電光效應定義因為液晶分子具有固定的偶極矩，所以施加電場可使液晶分子軸發生移動，于是液晶分子的排列就發生變化。在某種顯示模式中，液晶分子可能發生不穩定的流動，這種不穩定的狀態依賴于電場的強度而變化。結果將引起液晶盒內部的偏振光的傳輸功能變化、雙折射性變化以及光散射現象等，即液晶盒內的光學性質發生變化，這個現象稱為液晶的電光效應。

      對于利用液晶的各種電光效應，把液晶對電場、磁場、光線和溫度等外界條件的變化在一定條件下轉換成為可視信號就可以制成顯示器，這就是液晶顯示器。

10.液晶顯示器已經歷了三代

      第一代用于計算器、手表；第二代用于電子翻譯機、游戲機、家電設備、測試儀器；第三代用于高級信息社會的各種辦公室自動化設備、新型信息傳遞設備，即個人電腦、文字處理機、移動電話、便攜式彩色電視機等。

11.液晶顯示器的優點

      平面型顯示，體積小，重量輕，便于攜帶，功耗低，驅動電壓低，例如計算器工作電壓是2~5V，功耗為0.01mw左右，一塊氧化銀電池可以使用兩三年；壽命長，一般在5萬小時以上；不含有害射線等，故對人體無害，不易引起人眼的疲勞；被動顯示，不易被強光沖刷，可以在明亮環境下顯示；結構簡單，沒有復雜的機械部分等。

12.液晶顯示器的基本結構

      不同的液晶顯示器其結構不同，但其基本結構都是在兩塊玻璃基板間注入液晶，四周用密封材料封住，形成液晶盒，液晶盒的盒厚一般為幾個微米（人的頭發的直徑為幾十微米），在上下玻璃外貼上偏振片，在液晶盒中玻璃基板的內側覆蓋一層有機物聚酰亞胺取向薄層，并沿一定方向摩擦。再將連接件、集成電路、控制、驅動電路和PCB線路板、背光源、結構件裝配在一起。

13.液晶顯示器的顯示原理

      以TN LCD為例說明液晶顯示器的顯示原理。當偏振片粘貼在注入液晶的液晶盒的上下玻璃基板上，并上下偏振片光軸正交時（偏振片的特點是只準許通過某一方面的振動的光），不加電壓時，注入到液晶盒的液晶分子在界面處分別沿著上、下面玻璃PI（聚酰亞胺膜）的摩擦溝排列，從而在液晶盒上下玻璃基板表面的液晶分子排列成如下圖的扭曲90度的狀態。由背光源射出的光通過上面偏振片時，只有一個方向振動的光才能通過。然后，經液晶分子扭曲90度到達下面的偏振片，而與下面偏振片軸方向平行通過，為“白”態。當加上電壓時，液晶分子不受上面及下面玻璃基板上的PI的細溝的影響，沿電場方向立起來同一方向排列與下面偏振片方向扭曲90度而光不能通過，被遮斷光狀態，為“黑”態。有沒有外加電壓，液晶盒內液晶分子排列會改變。若上下偏振片軸方向成90。，只有一個方向振動的光能否通過液晶盒，取決于有沒有外加電壓，有沒有通過決定了“白”“黑”，在LCD上顯示出圖像。當然“白”“黑”的中間色是由外加電壓中間電位來決定的。

14.什么是常白型LCD，常黑型LCD

      當上下偏振片軸方向成90。時，無外加電壓時照射光能通過，此時是“白”，而有外加電壓時，照射光被遮斷此時是“黑”，這類的液晶顯示器叫常白型LCD。當上下偏振片軸 是同一方向而無外加電壓時，照射光被遮斷，此時是“黑”，而有外加電壓時，照射光能通過，此時是“白”，這類叫常黑型LCD。

      薄膜晶體管或二極管等有源元件，之后注入液晶材料的結構，叫做有源矩陣LCD。所以，從是否含有有源元件上分，液晶顯示器可以分為兩大類，無源矩陣LCD和有源矩陣LCD。無源矩陣LCD和有源矩陣LCD的驅動方式不同，用途也不同。

再按顯示機理分:

      無源矩陣LCD和有源矩陣LCD又分別可以分為很多種。

      利用電光效應制作的常用的液晶顯示器大致有以下幾種：TN-LCD，STN-LCD，HTN-LCD，FSTN-LCD，TFT-LCD等。

16.TN-LCD的特點及應用

      TN-LCD是Twist Nematic Liquid Crystal Display的簡稱，即扭曲向列相液晶顯示器。這種顯示模式的特點是液晶分子基本平行于基板排列，但上下液晶分子取向呈扭曲排列，整體扭曲角為90°。TN-LCD是人們發現較早，也是應用范圍最廣、數量最多、價格最便宜的液晶顯示器。日常所見到的電子表、計算器、游戲機等的顯示屏大都是TN-LCD。

17.STN-LCD的特點及應用

      STN-LCD是Super Twist Nematic

      Liquid Crystal Display的簡稱，即超扭曲向列相液晶顯示器。它與TN-LCD的結構相似，不同的是扭曲角不是90°，而是在180°~270°之間。雖然僅僅是扭曲角不同，但它的工作原理與TN-LCD完全不同。STN-LCD是目前LCD生產的中檔產品，它具有比TN-LCD顯示信息量大等特點，它主要用于各種儀器儀表、漢顯機、記事本、筆記本電腦等。

18.HTN-LCD的特點及應用

      HTN-LCD是High Twist Nematic Liquid Crystal Display的簡稱，即高扭曲向列相液晶顯示器。它與TN-LCD、STN-LCD的結構相似，只不過扭曲角在100°~120°之間，介于TN-LCD和STN-LCD之間。HTN-LCD目前數量不多，其性能也介于TN-LCD和STN-LCD之間。

19.FSTN-LCD的特點及應用

      STN-LCD是Film Super Twist Nematic Liquid Crystal Display的簡稱，即補償膜超扭曲向列相液晶顯示器。Film是指補償膜或延遲膜。通過一層特殊處理的補償膜，能克服STN-LCD的缺點，既克服STN-LCD有背景色成為黑白顯示，所以有人稱FSTN-LCD是黑白模式的STN-LCD。

20.TFT-LCD的特點及應用

      TFT-LCD是Thin Film Transistor Liquid Crystal Display的簡稱，即薄膜晶體管有源矩陣液晶顯示器，它的每個像素都是由一個（或多個）薄膜晶體管開關來控制。實際上，每個像素就是一個小的TN型液晶顯示器。這類顯示器所顯示的圖像清晰、無閃爍、視角寬（0.5），響應速度較快，并且能顯示幾乎任意灰度，加上濾色膜后可以實現全彩色顯示。與STN及鐵電液晶等其他顯示器相比，在大面積、多顯示內容、彩色及灰度等方面最好的仍是TFT-LCD。它的優點是用玻璃等透明基板，能透射式顯示，信號傳遞性能好，能均勻顯示半色調，可以大容量顯示。在有源矩陣方式中能得到最高質量的圖像。它是目前LCD市場中最高檔次的產品。它主要用于筆記本電腦、液晶彩電等。TFT-LCD的制造工藝比較復雜，價格比較高。

21.ECB-LCD的特點及應用

      ECB-LCD是ElectricallyControlled Birefringence Liquid Crystal Display的簡稱，即電控雙折射液晶顯示器，這類顯示器在給液晶盒施加電壓，因液晶的介電各向異性，液晶分子的排列發生變化，結果使液晶盒中的雙折射率發生變化。若將液晶盒置于兩枚偏振片之中，此折射率的變化就表現為光透過率的變化。這種電光效應是通過外加電場控制液晶盒的雙折射率（ECB： Electrically Controlled Birefringence）而產生的，所以叫做ECB效應。ECB效應作為多色彩色液晶顯示元件的工作原理是相當重要的。適用于投影放大的大畫面多色顯示。

22.鐵電液晶顯示器的特點及應用

      目前正在開發的鐵電液晶顯示器采用具有鐵電性的近晶相液晶，其特點是響應速度極快（微秒級）且有圖像存儲功能，即將外加電壓信號去掉后，原來的顯示的圖像仍可以保持。

23.液晶顯示器件的基本特性

      液晶顯示的顯示性能規定了各種項目，基本特性有LCD的彩色顯示、像素數（即分辨率）與畫面尺寸、像素間距、顯示尺寸（顯示范圍）、長寬比、亮度、開口率、灰度和色數、對比度、響應速度、常白、常黑、LCD的透射率、LCD玻璃基板尺寸。分別加以介紹。

24.LCD的彩色顯示

      TFT LCD是利用彩膜通過熒光燈照射著色來實現彩色顯示的，當通過陣列基板的光通過彩膜（CF）就會著色。TFT LCD 把一個像素分割成RGB3原色（紅、綠、蘭），并各自通過對應的RGB彩膜得到著色，它是利用彩膜將RGB光混合得到各種色的加法混合方式。背光源的光被RGB彩膜分成3色，由起光閥作用的LCD，將3色光量進行平衡、調節得到所要的彩色。

25.像素數與畫面尺寸

      LCD將很多點（顯示文字及圖像的最小單位）縱橫排列顯示圖像而構成畫面。最小單位的點叫像素。在彩色顯示中把像素分成紅（R）、綠（G）、蘭（B），而3色合在一起叫像素，將這個像素分成RBG的1/3點叫亞像素。根據在一個畫面上像素的排列的多少，其LCD的名稱也不同。

      吉林彩晶1期線目前可以生產10.4英寸 VGA 和16.1英寸SXGA兩種，10.4英寸 2塊/片和16.1英寸1塊/片。VGA的像素數約是31萬像素（=640×480像素）。在黑白顯示LCD中，組成TFT的像素數與像素數相同，大約是31萬個晶體管；在彩色顯示中大約100萬個晶體管（即亞像素數約是100萬個=640×480×3），像素數也是31萬。 信號線條數是640×3，柵線條數是480。

26.像素間距（Pitch）

      像素間距是從一個像素的邊緣到相鄰的像素相同邊緣的距離，由像素數與畫面尺寸確定像素間距和一個像素的大小。例如10.4畫面的VGA（640×480像素）的像素間距大約是330μm。清晰度越高，像素數越多，像素間距變小，也就是高精細化。

27.顯示尺寸（顯示范圍）

      顯示尺寸（顯示范圍）指顯示圖像的范圍，叫有效區域。從整個LCD去除顯示范圍部分叫做邊緣。用TFT LCD顯示的個人電腦有將邊緣變得越來越小的趨勢。只要像素間距及分辨率自動確定，顯示尺寸就能確定。如330μm，分辨率640×480像素的VGA，其顯示尺寸對角線為10.4英寸時，即對角線是26cm。16.1英寸對角線是44cm。

28.長寬比

    長寬比是顯示畫面橫方向尺寸和縱方向尺寸的比。通常電視畫面的長寬比為4：3。

29.亮度

      亮度表示在單位面積上畫面明亮程度的量。具體的說，通過畫面法線方向的光量的密度。單位是[cd/m2]或用尼特表示。（1尼特= cd/m2）。亮度取決于通過液晶盒和彩膜的光量，及背光源的亮度。

30.開口率

      開口率是像素（或者亞像素）的光通過部分面積與像素面積（或者亞像素面積）的比值。開口率越大，亮度越高，屏越明亮。在TFT LCD中開口率受陣列基板與彩膜基板對位精度，和陣列基板上TFT的大小及信號總線寬度的制約，提高開口率是制造LCD廠家來說最大的課題。

31.灰度和色數

      根據亮度白和黑之間反差分成幾個等級。顯示亮度不同的反差以灰度表示，或者叫中間色調、反差

32.對比度

      對比度是將顯示黑的狀態下的透射率為基準，與顯示白的狀態的透射率的比例。也就是黑的亮度與白的亮度的比，這個值越大，顯示越清楚，越易讀。在彩色顯示中對比度越大，色的純度越高。對比度一般數值要求不小于3~5。在生產上使用的電測機上，對比度是憑肉眼判斷的。

33.響應速度

      響應速度是指信號由白到黑，由黑到白轉換所需要的時間。這個響應速度慢，在畫面中移動的物體會留下“圖像的拖影”。表現在計算機中，有時滾動圖像看不見，有時使用鼠標時看不見光標位置。響應速度取決于液晶的粘度和玻璃轉變溫度。

      上升時間：液晶顯示器件加上驅動電壓后透光率從10%變化到90%所需要的時間，在一般的扭曲向列相液晶顯示器中為100ms左右。

      下降時間：液晶顯示器件在去掉驅動電壓后透光率從90%下降到10%所需要的時間，在一般的扭曲向列相液晶顯示器中為200ms左右。

34.LCD的透射率

      由背光源到通過液晶盒的光會發生衰減。由背光源發射的光，先在燈周圍及導光板上衰減，然后到擴散板等光學補償膜上衰減。從而由光源發射的光到LCD表面時，就變少了。液晶盒的透射率由TFT像素的開口率（約65%）、偏振片的透射率（約43%）、彩膜的透射率（約34%）、透明導電ITO電極透射率（約95%）、液晶材料的透射率（約100%）決定。10.4寸VGA的透射率約是10%。