液晶技术的挑战.ppt
3.15 薄型背光源,要求1、亮度的均一性2、薄型化3、高灰度、高效率 光源耗电占整个显示屏的一半以上 重大课题,背 光 源 的 构 造(侧端光源),射向液晶屏,反光罩,冷阴极(荧光)管,反射板,导光板(平面光),扩散板(匀光),蓝膜,绿膜,红膜,蓝,绿,红,波长,亮度,荧光灯管的发光光谱,冷 阴 极 荧 光 灯,Sidelight 方式：薄型化,灯电源电路：将数伏电压升到1000伏 的程度。也须薄型化。,三基色荧光粉：控制荧光粉的成分与量 有效发光、节能,3.16 液晶屏的驱动,画像信号,控制器,栅 极 驱 动,标准电源回路,信 号 线 驱 动,1,2,3,4,1 2 3 4 5 6,栅 线 上 的 电 压 波 形,电压,时间,0V,栅线1,栅线2,栅线3,34.7s,VGA480条栅线，60Hz,信 号 线 上 的 电 压 波 形,电压,时间,信号线1,信号线2,信号线3,VGA 640条信号线3(RGB)2400,34.7s/,专用ICLCD控制器双向驱动,各向异性导电粘胶膜,只允许电流在厚度方向上导通，而不允许在面内流动。,IC侧的输出端,液晶屏的端子,导电性粒子,TFT基板,黏结剂,栅源驱动,液晶显示器的整体结构图,偏光片,偏光片,CF基板,TFT基板,液晶层,源驱动,背光源单元,电源,控制器,栅驱动,转换器,表示显示性能的用语,尺寸：与CRT相同用对角线长、以英寸为单 位。灰度：表示亮度，以cd/m2为单位。最近有 亮度为300cd/m2的商品出售。象元数：VGA 640(3)480 SVGA 800(3)600 XGA 1024(3)768 SXGA 1280(3)1024,主流,对比度：最亮与最暗两状态间的亮度比值。理想暗态的灰度应该是无限小。现在商品的对比度一般为300左右。视角：对比度能够保持在 5 或 10 以上的角 度范围。响应时间：液晶分子对电场的响应时间现 在为30ms量级。这个响应速度 在计算机、监视器和导航显示 器上几乎没有问题，但在视频 动态显示上出现残像。这是今 后需要改进的课题。,典型例：TN模式的对比度图（10）,数字表示角度,5章 液晶技术的挑战 重点 液晶取向的新技术 显示性能的改善,5.1 液晶显示器的 现代技术,现代液晶显示器技术,液晶显示技术的新进展,Head Mount Display(HMD),眼镜或防护镜类的个人用显示器。有各种各样的用途。例如，由于采用光学放大系统，可以在乘电车时独自欣赏大画面电影而毫不影响他人。因为画面可出自于手提电脑，特别是超小型电脑和佩带型电脑系统，这是21世纪携带情报器的热门话题。液晶显示的另一发展方向：超小型、高精细化。,5.2 摩擦方法以外 的取向技术,1、斜向蒸镀SiO法 基板斜向放置可控制蒸镀方向从 而控制液晶预倾角。,SiO,液晶,2、光控取向法,线偏振光,光控取向膜,玻璃基板,液晶分子,3、垂直取向剂的使用,进行垂直取向时，须使用一种特殊的界面活性剂，即垂直取向剂。垂直取向剂可使玻璃表面生成毛发样的物质，液晶分子可在毛发之间垂直排列。垂直取向的器件，加电压时须使液晶分子倒下，所以使用的液晶应是负性液晶。象水平取向的情况一样，须有一定预倾角才能控制液晶分子随电压立起的方向均匀一致，垂直取向上加电压时也须采取一定措施使液晶分子倒下时的方向均匀一致。,（1）斜向电场法,(a)off,(b)on,对向电极,象素电极,控制窗,电力线,（2）肋骨法,肋骨,电极,5.3 摩擦取向法的 缺点与困难,（1）缺点 摩擦时摩擦布上纤维脱落会造成取向缺 陷。尽管产业上摩擦后进行清洗，但工 艺步骤增多使成本增加。另外摩擦时产 生的静电易使TFT击穿。（2）困难 由于在一个象元中采用多畴取向的办法 可改善视角特性，而这种微小区域的取 向控制是摩擦取向方法所不能解决的。,5.4 液晶显示的视角问题,所看到的 液晶分子,视线方向,对比度、颜色变化,多畴取向的效果,平均感觉,视线上的 液晶分子,5.5 多畴取向技术,1、掩膜摩擦,摩擦,摩擦,取向膜,光刻胶,预倾角不同的取向,2、光控取向,光控取向膜,掩膜板,液晶分子,3、肋骨法,5.6 宽视角液晶显示技术,1、液晶位相补偿膜,盘状液晶,2、IPS 模式(In Plane Switching),摩擦方向,电极,电场方向,(a)off,(b)on,3、MVA 模式(Multi-domain Vertical Alignment),在同一象素中，存在预倾角方向不同的多个垂直取向畴。,4、ASM 轴对称取向模式（相对一个象元）(Axially Symmetric Aligned Micro-cell),TN,ASM,下基板分子,上基板分子,索尼、飞利普、夏普共同开发,5、铁电、反铁电液晶模式,不仅宽视角而且快速响应 响应时间小于1ms向列相液晶的响应时间约30ms,5.7 TFT元件性能的提高,1、多晶硅TFT 目前TFT中使用的半导体多为a-Si，即 非晶硅。非晶硅中载流子迁移率低，属于低性能半导体，但作为象素开关 来说已足以满足要求。近年出现的p-Si，即多晶硅属于高性能 半导体，不但可作为象素开关，还可 用于许多复杂电路、IC集成电路等。,源 驱 动,栅驱动,控制回路,显示信号,显示信号,a-Si型,p-Si型一体化,玻璃基板上p-Si制成的回路,液晶显示,液晶显示,周边集成一体化(Monolithic),优点：没有源、栅驱动和控制回路的成本回路接口简单化，减少了检查的麻烦无周边驱动模块，体积减小TFT更加小型化，可用于超小型 高精细液晶显示近年，连续晶粒多晶硅（CGS）的开发，为更进一步的小型精细化带来希望。,5.8 无须彩膜的彩色化,双折射模式（Electrically Controlled Birefringence,ECB）,所加电压不同液晶盒的双折射变化，导致透过率和颜色变化的模式。尽管它只能给出特定颜色，而不可能给出全彩色，但能廉价实现多色显示，部分应用于便携器上。,宾主模式（Guest-Host）,off态 光,on态 光,偏振片,玻璃基板,色素分子,液晶分子,玻璃基板,二向色性色素分子,线偏振光,线偏振光的吸收,减法混色彩色化,加红色吸收色素,加绿色吸收色素,加蓝色吸收色素,比彩膜方式亮度高，但全彩色需3枚液晶屏,相 变 型 宾 主 模 式,外部光,外部光,树脂层,玻璃基板,彩膜,液晶分子,黑色色素,反射电极,玻璃基板,off,on,场 顺 序 选 择 彩 色 模 式,红、绿、蓝三只灯依次点亮。显示中图象60次/秒切换，此模式有三只灯，须180次/秒切换，每只灯的点亮时间为5.6ms。高亮度。,红灯,绿灯,蓝灯,场顺序选择彩色模式的优点：无须彩膜，高亮度；常规的红、蓝、绿三个象素合为一个，只须一个TFT驱动，开口率相对提高。,胆甾相液晶的选择反射模式,使用扭曲螺距与红、蓝、绿相对应的三个屏，进行彩色反射显示。,5.9 液晶的投影显示,镜头,液晶屏,光源,液晶屏,屏 幕,屏 幕,前投式,背投式,反射镜,彩 色 投 影 显 示,由于扩大投影光密度减小，亮度成为投影中的关键问题。使用彩膜的最大弱点是光利用率低。它至少要将一个象素分为三块，每块上对应的彩膜只允许一种颜色通过而其它颜色的光均被吸收。为提高彩色投影亮度，提出以下两种方式。,彩 色 三 板 显 示 方 式,屏 幕,镜头,DM:波长选择反射镜,微透镜波长选择反射方式,DM(R,G,B),微透镜,液晶屏,蓝,红,绿,微透镜,液晶屏,场顺序选择彩色投影方式,优点：亮度高、液晶屏数少超大画面。不仅公共场合，今后将普及家庭,投影显示：,5.10 反射型液晶显示,太阳光,太阳光,散射（防 周围景 色映入）,树脂层,优点：超节能、室外强光下显示性能更佳。,5.11 液晶响应的高速化,普通液晶显示的响应时间约为30ms 动态显示有残像下述快响应模式正在开发之中。,OCB(Optically Compensated Bend)模式,off,on,响应时间数ms，宽视角,近晶相液晶的显示应用,1、铁电液晶显示 佳能公司 正在实现 商品化。,快速、宽视角、无须TFT,电压,亮度,2、反铁电液晶显示,亮度,电压,3、V字型切换的液晶显示,驱动须用TFT。东芝、卡西欧计算机等正在研发。,亮度,电压,5.12 液晶屏的尺寸,初始生产时期的玻璃基板尺寸为：,8英寸 4枚,11.3英寸 2枚,10.4英寸 2枚,12.1英寸 1枚,基 板 尺 寸 的 发 展 趋 势,一边尺寸为1米的玻璃基板即将量产：12.1英寸的割取数为16枚，成本下降。,大尺寸基板在生产技术上的新挑战：制作TFT的绝缘膜、金属膜及半导体膜的成膜均匀性，光刻掩膜和取向膜涂敷的均匀性，搬送装置，这些将为设备、材料开发商提出更高的要求。,5.13 液晶显示的展望,液晶显示的普及,随着显示尺寸的增大，不但是携带型台面显示装置也进入市场。20英寸电视已在日本商品化。省空间、低能耗的需求会越来越高。,相互渗透,由索尼、非利普和夏普联合开发的40型等离子体寻址液晶显示器（PALC）已成功。解决了液晶显示大尺寸化的困难。更大型化可采用投影形式。当然超小型高精细化也可通过液晶实现。尺寸、用途、形态具有应用的柔韧性。期待着凌驾于CRT之上的液晶显示时代的到来。,
