液晶显示器结构设计毕业论文.doc

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1、摘 要液晶显示器以其图像清晰细腻，不闪烁，不伤眼，无辐射，体积小，更轻薄等众多优点而取代了传统的CRT（阴极射线管）显示器，备受广大消费者青睐。目前较多应用于电子表，手机，MP3/4，PDA，掌上游戏机，GPS导航仪，数码照相机，数码摄影机，电脑显示器，电视机等。在汽车，医疗，军事各领域均有应用。其中较好的结构设计和构装技术可以在日常应用中更好的保护液晶显示器免受外界环境的影响和破坏，为产品的寿命延长起到非常积极地作用，为产品积累更多的信誉和口碑。本文介绍了LCD显示器的原理，设计过程，及其生产工艺流程。借助于Auto CAD和PRO/E软件设计了一款3.2英寸LCD彩色显示器。该款为480*

2、RGB*800高分辨率显示器，适用于高端手机和PDA。关键词：液晶显示器，原理；触摸功能AbstractLCD liquid crystal display with its crisp and clear images, no flicker, no eye injury, radiation, small size, light, and so many more advantages that replace the traditional CRT (cathode ray tube) monitors, which is satisfying more and more consume

3、rs. More used in the current electronic form, phone, MP3 / 4, PDA, handheld game consoles, GPS navigation systems, digital cameras, digital cameras, computer monitors, televisions, billboards, and other giant screen.It is used in various fields like the automotive, medical, military applications. On

4、e good structure design and packaging technology in daily application can be a better protection of the liquid crystal displays from outside the influence of the environment and destruction, for product life extension play a very active role for the product, make the most of the credit and reputatio

5、n.This article describes the principle of LCD monitors, the design process, Ansys mechanical analysis and production process. With Auto CAD and PRO / E software design features a 3.2 inch LCD color display with touch. Which is 480 * RGB * 800 high-resolution displays for high-end mobile phones and P

6、DA.Key words：LCD；principle；touch panel 目 录摘 要IAbstractII目 录III第一章 液晶显示器介绍及其结构解析11.1 液晶显示器介绍11.1.1 液晶显示器的历史11.1.2 液晶显示器的发明与发展21.1.3 液晶显示器的分类21.1.4 液晶显示器的和传统显示器的比较31.1.5 液晶显示器近期发展趋势41.1.6 液晶显示器所涉及的学科体系41.2 液晶显示器显示原理51.2.1 液晶分子51.2.2 通过改变液晶分子的排列状态实现液晶显示61.2.3 ITO膜的两种典型制作方法91.2.4 解释液晶显示器的构造91.2.5 液晶显示器的

7、驱动与显示111.2.6 有源矩阵驱动131.2.7 灰阶显示原理及全色显示原理141.2.8 电阻触摸屏原理介绍161.2.9触摸屏产品使用注意事项17第二章 液晶显示器结构设计192.1 TFT-LCD基本结构192.1.1 LCD基本构造192.2结构设计212.2.1产品规格222.2.2各组件厚度评估242.2.3 玻璃面板选择242.2.4背光设计262.2.5触摸屏设计272.2.6上铁框设计292.2.7柔性电路板（Flexible Printed Circuit，FPC）29第三章 组装工艺313.1偏光片与PANEL贴合313.2 Drive IC与PANEL贴合313.3

8、 FPC与PANEL贴合及Silicon 胶涂覆323.4 Masking tape（遮光胶）与Panel asm贴合333.5 BLU与Panel贴合343.6上铁框组装353.7 TP贴合353.8 LED，TP FPC 焊接363.9 绝缘胶带(Isolution tape)贴附37全文总结38参考文献39致谢40第一章 液晶显示器介绍及其结构解析1.1 液晶显示器介绍1.1.1 液晶显示器的历史液晶的发现早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。在电场的作用下，液晶分子的排列会产生变化。从而影响到它的光学性

9、质，这种现象叫做电光效应。利用液晶的电光效应，英国科学家在上世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄（目前14.1英寸的整机厚度可做到只有5厘米），重量轻、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作电压低（1.5到6V）且无辐射，无闪烁并能直接与CMOS集成电路匹配。由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。目前液晶显示器所用液晶的分子几乎都是棒状的，这是液晶分子的典型结构。它是直径约0.4nm，长约2nm的有机体。这种液晶分子由四部分组成：作为骨架的刚硬部分（

10、联苯），柔软的尾部（戊基），二者间的连接部分（烷叉基）和极性基（氰基）组成。其中，刚硬的骨架部分保证液晶分子按一定的规则排列。，柔软部分有利于液晶分子的运动，极性基则提供电场作用下的转矩。当这种液晶材料被夹于两个电极之间时，在两电极所施加电场的作用下，液晶分子纵向排列；无电压时，液晶分子横向排列。它在显示时的作用可以类比成窗帘。当电压处于ON状态时，窗帘打开，光线可以通过；当电压处于OFF时，窗帘封闭。在液晶显示器中，液晶材料的使用量是非常少的。12英寸的液晶显示器，大约需要230mg，每一滴眼药按50mg计，仅仅是5滴眼药水的份量。液晶材料用量是如此至少，却有着不可替代的作用。足以看出液晶对

11、于液晶显示器的作用。1.1.2 液晶显示器的发明与发展1930-1960年期间是液晶研究的空白期。究其原因，是由于当时没有发现液晶的实际应用。但是，在此期间，半导体电子工学却得到长足进展。为使液晶能在显示器中应用。透明电极的图形化以及半导体电路一体化的细微加工技术必不可缺。随着半导体工学的进步，这些技术早已不在话下。 20世纪40年代，开发出硅半导体，利用传导电子的n半导体和传导空穴的p半导体构成pn结，发明了二极管和三极管。在此之前，在电路中为了实现从交流到直流的整流功能，要采用真空二极管，要实现放大功能，要采用真空三极管。这些大而笨重的器件完全可以由半导体二极管和三极管替代，不需要向真空中

12、发射电子，仅在固体，特别是极薄的膜层中，即可实现整流放大功能，从而使电子回路实现了小型化。接着，光加工技术实现了包括二极管，三极管在内的电子回路图形的薄膜化，超细微化。这种技术简称为光刻。20世纪60年代，随着半导体集成电路（IC）技术的进展，电子设备实现了进一步小型化。上述技术进步，对于在液晶显示装置中的应用是必不可少的。随着材料科学和材料加工技术的进一步发展，以及新型显示模式和驱动技术的开发，液晶显示器获得飞速发展。1971年5月美国Optel公司，1972年Microma公司先后采用DS（Dynamic Scatering，动态散射）现显示模式液晶显示的数字式电子手表推向市场。但是，两家

13、公司推出的产品在液晶质量和寿命方面都存在问题，不能长时间使用，而且还存在驱动电压高，相应速度慢等问题。与之相对的是，日本精工集团为了解决上述问题，不是采用DS模式，而是采用TN（Twisted Nematic），扭曲向列）模式，成功地实现了实用化。TN模式是没有电流通过的显示模式。因此耐久性显著提高，电能消耗也小，即使不更换电池也能使用1.5-2年。但是，当时液晶显示器的工作温度范围窄，在0-70C，实现冰点以下的显示仍然是有待解决的课题。1.1.3 液晶显示器的分类晶产品其实早存在于我们的生活之中。如电子表、计算器、掌上游戏机等。按照分子结构排列的不同可分为三种：类似粘土状的Smestic液

14、晶、类似棉花棒的Nematic液晶、类似胆固醇状的Choleseic液晶，这三种液晶的物理特性不尽相同，用于液晶显示器的是第二种液晶。采用此种液晶制造的显示器称为LCD。常见的液晶显示器分为TNLCD、STNLCD、DSTNLCD和TFTLCD四种，其中前三种基本的显示原理都相同，只是分子排列顺序不同而已；而TFTLCD采用的是与TN系列LCD截然不同的工作原理。目前电脑上采用的都是这种液晶显示器。其工作原理是采用两夹层，中间填充液晶分子，夹层上部为FET晶体管。夹层下部为共同电板，在光源设计上要用“背透式”照射方式，在液晶的背部设置类似日光灯的光管。光源照射时由下而上透出借助液晶分子传导光线

15、，透过FET晶体管层，晶体分子会扭转排列方向产生透光现象，影像透过光线显示到屏幕上，到下一次产生通电之后分子的排列顺序又会改变，再显示出不同影像。1.1.4 液晶显示器的和传统显示器的比较虽然产品购造和显示原理都不尽相同，液晶显示器（LCD） 和传统显示器（CRT）的共同目的都是达到优良的显示效果，现在我们对CRT和TFT液晶显示器作一比较。 结构和产品体积：传统的CRT型显示器必须通过电子枪发射电子束到屏幕，因而显像管的管就不能太短，当屏幕增大时也必须加大体积，TFT则通过显示器上的电子板来改变分子状态，以达到显示目的，即使屏幕加大，它只需将水平面积增大即可，而体积却不会有很大增加，而且要比

16、CRT显示器轻很多，同时TFT由于功耗只用于电板和驱动IC上，因而耗电量较小。 辐射和电磁干扰：传统的显示器由于采用电子枪发射电子束打到屏幕产生辐射源。虽然现在有一些先进的技术可将辐射降到最小，但仍然不能完全根除。TFT液晶显示器则不必担心这一点。至于电磁波的干扰，TFT液晶显示器只有来自驱动电路的少量电磁波，只要将外壳严格密封就可使电磁波不外泄，而CRT显示器为了散热不得不在机体上打出散热孔，所以必定会产生电磁干扰。 屏幕平坦度和分辩率：TFT液晶一开始就采用纯平面的玻璃板，所以平坦度要比大多数CRT显示器好得多，当然现在有了纯平面的CRT彩显。在分辨率上，TFT却远不如CRT显示器，虽然从

17、理论上讲它可提供更高的分辩率，但事实却不是这样。 显示效果：传统CRT显示器是通过电子枪打击荧光粉因而显示的亮度比液晶的透光式显示要好得多，在可视角度上CRT也要比TFT好一些，在显示反映速度上，CRT与TFT相差无几。 1.1.5 液晶显示器近期发展趋势由于液晶显示器有着许多传统CRT不可比拟的优点，所以它会越来越多地用于桌面台式显示器上，液晶显示器是通过数字信号来显示影像的，和阴极射线管采用模拟信号不太相同，不过为了符合市场要求，目前液晶显示器的信号种类是模拟与数字两种均有。采用模拟信号的好处是可以和目前绝大多数显卡兼容，但是这样做在液晶显示器内部还得加装一个APC，将传输进来的模拟信号再

18、转换成数字信号，这样可能会影响显示品质。目前一些供应商正在制定PC机与LCD之间的专用标准接口，其目的是提供在主流机型已存在的端口上直接兼容数字信号，不过目前的显卡很少有支持数字传输界面的，而且数字界面的管脚也尚未统一，这是近期内要解决的问题之一。 此外，液晶显示器的色彩调校。一直不尽如人意，这是因为LCD的色彩调校要考虑到环境光源和液晶显示器的属性，再加上液晶显示器的可视角度狭窄，要同时调整出一个最佳的观看角度和色彩正确性就非常不容易。目前市面上还没有专为桌面型液晶显示器所设计的色彩调校软件，不过相信未来，将会有更多的厂商重视液晶显示器的色彩调校。1.1.6 液晶显示器所涉及的学科体系开发液

19、晶显示器需要研究的课题涉及的学科体系理解液晶的定义物理化学了解分子形状和大小，以及结构和排列方式原子，分子结构，化学键理论，有机化学，结晶化学偏光和颜色（光射入液晶会发生什么现象？）液晶光学，电磁波理论，色度学电压作用于液晶会发生什么现象电化学和物理化学，电场理论如何理解ITO既透明又导电的特性陶瓷材料结构，固体电子论关于液晶显示器的无源驱动和有源驱动电子学及电路控制TFT的原理及制作微电子学，大规模集成电路制作工艺如何提高TFT LCD的显示性能各种专门知识和技能的综合运用液晶显示器显示性能的评价测试方法及视觉理论液晶显示器的关键材料及部件有机材料科学，无机材料科学TFT LCD显示屏的制作

20、，显示器模块的组装液晶屏制作工艺，电子封装工艺1.2 液晶显示器显示原理1.2.1 液晶分子任何物质中，分子或原子之间都存在使其聚集在一起的力，我们可以称之为“凝聚力”；另一方面，分子或原子也存在激烈运动，并且，温度越高，运动越激烈。物质处于何种状态，气态，固态，还是液态，决定于凝聚力的大小与原子，分子运动强弱二者之间的关系。1888年，奥地利植物学家瑞尼泽尔在液体和固态晶体之间还存在一类处于中间状态的物质-安息香酸胆甾醇脂，将这种状态命名为“液态晶体”，简称“液晶”。瑞尼泽尔测定了这种物质的熔点。加热观察其状态的变化。在从固态变为液态的过程中，发现融化状态经历两个阶段。在145.5C时，从晶

21、体变为乳白色浑浊液体，且具有一定的粘滞性。当温度继续升高，在178.5C时，变为透明清澈的普通液体。而且，在上述浑浊状态下，可以看到珍珠样的彩虹色。大多数固体，如金属，陶瓷，矿物等，都呈现晶体形态。但是也有像玻璃，无定形碳，非晶态硅（amorphous silicon，a-Si）等不呈晶态，而呈非晶态的物质。所以应该将液晶理解为处于液态与晶态之间的状态，而非液态与固态之间的状态。1.2.2 通过改变液晶分子的排列状态实现液晶显示液晶显示器的工作原理可以用几句话概括：“当光入射时，液晶分子调制光使光通透遮断，以进行文字和头像的显示。”尽管粗略，却也言中本质。因此，使液晶分子规则排列，进一步使液晶

22、分子发生规则性变化就是必不可少的。并非已经发现的所有液晶物质都能用于显示。只有满足如下条件，才能作为显示器用液晶材料的候选：(1).具有优良的规则排列特性；(2).在外加电压作用下，其排列方向能极快的发生变化；(3).这些动作可在室温范围内进行。 一般来说，使有机分子排列的原动力是分子间作用力，即范德华力，该力以引力的形式存在于分子之间。相对于构成凝聚态物质的很强的一次建（共价键，离子键，金属键）力而言，属于二次键力的范德华力尽管很弱，但对于实现液晶分子的排列来说，却起着关键作用。实际上，通过对范德华力进行控制，就可以制成用于液晶显示器的液晶材料。首先，需要了解到为什么向列型，层列型，胆甾相型

23、的液晶分子是由于范德华力按照一定规则排列的。其次，范德华力有多种，但对于液晶分子来说，范德华力源于电子偏移而引起的永久偶极子之间的作用力。需要强调的是，范德华力的大小取决于分子大小和形状，如果存在环状的双键，则范德华力会增强。若存在苯基，则范德华力大大增强。通过对分子结构（苯基与直链的组合）的控制，就能对液晶分子的排列进行控制。特别是，通过苯基与直链碳氢原子团上的极性基最佳组合，可制作出满足显示性能要求的液晶。 另外一个问题，如何对液晶分子工作温度进行改良。如果液晶显示器在寒冷地区变为固体，在炎热地区变为液体，将给使用者造成极大麻烦。所以，液晶的工作区域温度不仅要涵盖室温，而且其范围越宽越好，

24、无论在寒冷的北极，还是在炎热的赤道，特别是作为汽车导航仪使用的情况下，要求能在-10100摄氏度宽广的范围内工作。 所谓液晶，是液体和晶体的中间状态。液晶稳定存在的温度，大致在其熔点附近，因此，首先要液晶的熔点，努力使其接近室温。有机物质的熔点与碳的数目相关。碳的数目增多，相对分子质量增大，熔点也上升。最初发现的胆甾醇安息香酸酯仅在145178摄氏度呈现液晶特性，显然，相对分子质量太大了。5CB曾是实用液晶的一种，该分子中碳原子数目为18，稳定存在的温度是22.535摄氏度，采用这种液晶不必附带加热器。但是，单一的液晶物质处于液晶状态的温度非常窄，为了用于实际的液晶显示器，需要掺入各种各样的液

25、晶物质，以扩大混合液晶材料稳定工作的温度范围。液晶分子若能在室温下使用，范德华力过强或者过弱都难以胜任这样的工作。也就是说，若室温时以固态的形式存在，则范德华力过强；而以液态形式存在，则范德华力过弱。因此，需要具有理想范德华力的液晶分子。原子团的组合可以有效控制范德华力。苯环难以变形，刚硬性强。而且，由于具有双键，范德华力强。苯基越多越容易变为固体。即使处于液晶状态，在电场作用下的运动状态也不理想。相比之下，烷基由单键构成，范德华力弱，柔软性好，容易变形。液晶分子除了苯基以外，还有像尾巴一样的烷基，通过对苯基和烷基的合理组合，可以有效调节范德华力。液晶分子由苯基等刚硬部分，烷基等柔软部分，在电

26、场作用下决定液晶分子排列方向的极性基，以及连接刚硬部分和柔软部分且富有弹性的连接部分等四大部分组成。苯环己烷系，苯双环己烷系等都属于液晶分子。这些是以液晶分子刚硬部分的特征来命名的，前者并列两个碳还，后者并列三个碳环，由于这些液晶分子构成的液晶材料粘滞性小，对电压响应速度快，热，光作用下的稳定性好。即时两个苯环并列的联苯并列的联苯系物质也显示液晶性，但相比之下，由一个苯环和一个环己烷连结而成的液晶具有粘滞性小的优点。液晶分子的旋光性，利用螺旋排列的液晶，使直线偏振光的偏振面发生旋转的现象。利用液晶分子的这种性质可以达到对入射光进行控制，让入射光通过还是遮断的目的，达到显示的效果（如图1.2.1

27、）。 图1.2.1 液晶分子对入射光的偏转作用为了显示文字和图形，微细加工技术是至关重要的。对于黑白画面的液晶显示器来说，要想利用它显示文字和图形，只需要在有字的地方遮蔽光，无字的地方遮蔽光即可。当遮蔽光时，只要在光的通路上设置某种障碍物，使光不能透过就可以了。但是，在画面上显示文字和图形，而且能随时间而变，必须将画面精细地分割，对于一个个微小的像素能全面布置且随时放入，取出极小的障碍物。要想制造出这样的装置着实不易。例如，240*320像素的显示屏，需要76800个这样微小的障碍物，这样的装置几乎不可以完成。着眼于构成物质的基本单元-分子，如果对其旋转实施有效控制，则可以实现精细动画显示。要

28、想做到这一点，需要用微细加工的透明电极，将上物质夹于其间。施加电压时，仅使与电极相接触的极细部分的物质（分子）发生旋转，从而达到与放出，取出障碍物同等的效果。其中，画面上的所有像素，必须以像素为单位独立地施加电压。也就是说，用来施加电压的电极必须按像素各自独立，而且要做到十分精细。几十年前，半导体集成电路制程中的光刻技术已达到微米，亚微米水平，由此来制作画面为数十万个像素的电极，并用于液晶显示器，已经没有太大困难。上世纪七十年代，像素数达到100个左右，世纪末达到数百万个。如果要将液晶用于显示器，离不开透明电极。如果画面上的电极是非透明的。则将看不到画面，更谈不上显示了。为了解决这一难题，开发

29、出对于可见光透明，而且导电的物质。现在，作为显示器用电极，一般采用氧化铟中添加5%10%的透明导电陶瓷（氧化物固溶体）材料。这种物质称为铟锡氧化物（indium tin oxide），取英文首字母，简称ITO。ITO是以两种氧化物的固溶体结构存在，并以薄膜的形式沉积在玻璃基板上，做成透明电极而使用。1.2.3 ITO膜的两种典型制作方法(1).真空蒸镀法(共沉积法)：在真空中使氧化铟和氧化锡同时蒸发，在温度相对较低的基板上，二者同时凝聚，固溶，附着，形成ITO膜，一般称为真空蒸镀法。由于是两种成分同时蒸发和凝聚，又称其为共沉积法。(2).溅射镀膜法（溅镀法）：在由氧化铟，氧化锡粉末压制烧结而成

30、的ITO靶上施加电压，形成氩气体放电的等离子体，氩离子在电压作用下高速碰撞靶，发生溅射作用，使靶成分的原子碰出和气化，并沉积在基板上，称这种方法为溅射镀膜法（简称溅镀法）。1.2.4 解释液晶显示器的构造图1.2.2 LCD层列结构如上图，主要组成部件包括：1.照明光源（LED），为显示器提供光源；2反射膜；3.导光板；4.扩散片；5.上下增光膜；6.上下偏光片；7.液晶盒（包括玻璃基板，透明电极，取向膜，液晶层，隔离子等构成）。其中，反光膜，导光板和扩散片以及增光膜所起的作用是将点光源（LED）发出的光均匀的分布到整个画面。下偏光片起到的是起偏片的作用：产生仅沿特定方向振动的光（偏振光）。上

31、偏光片起检偏片的作用：或对偏振光遮挡，或使偏振光透过。液晶盒由两块玻璃基板封接而成，中间仅保持5um左右的缝隙，其中封入液晶。玻璃基板表面按要求预先形成透明电极，以便对液晶施加电压。在上述布置下，可以使液晶分子的方向发生变化，进而利用液晶分子取向的不同，使偏振光透过或者遮断，从而达到画面显示的目的。液晶显示器的制作流程图示：图1.2.3 液晶显示器制作流程图1 玻璃基板彻底洗净。清洗有机物，一般采用三氯乙烯（因环保要求而限制使用）和异丙醇等；出去金属和金属锈蚀以及灰尘等等，一般采用过氧化氢的氢氧化钠溶液以及过氧化氢的盐酸溶液等。2 利用真空蒸镀法和溅射镀膜法等，在洗净的玻璃基板上全面沉降ITO

32、透明导电膜。3 利用光刻法制作电极图形（pattern）。4 在基板内表面涂覆取向膜（聚酰亚胺膜），利用外带长纤维的辊子等对对取向膜进行摩擦，使取向膜表面留下按特定方向排列的伤痕，则液晶分子会沿着表面伤痕定向排列。当然，也有需要使液晶分子垂直表面并排的场合，对此可采用特殊蒸镀沉积等取向方式。5 在前后两块玻璃基板之间，散布隔离子（早期为陶瓷颗粒，目前多用有机颗粒或印刷浆料成型），以保持两块玻璃基板的间隙为5um左右。两块玻璃基板由框胶固定贴合（封接）， 并预留液晶注入口。需要特别注意的是，两块玻璃基板的间隙要均匀，否则画面显示易出现色斑。6 排除间隙中的空气，使之保持真空状态。7 . 在对液晶

33、少许加热，使之具有流动性之后，向间隙中注入液晶，充满之后，堵塞注入口。8. 贴附上下偏光片。9. 安装背光模块。1.2.5 液晶显示器的驱动与显示1.笔段式显示和静态驱动在液晶显示器中，必须对用来显示文字的微小区域，而且要对多个微小区域，进行电压ON/OFF的切换。为进行这种切换，如何布置电极，又如何设置开关呢？最简单的方法是采用静态驱动的笔段式显示（比如电子手表）。在最早实现实用化的液晶手表中，采用的就是TN型笔段式显示。正如数字盘8笔段计算器和数字式手表中所见到的。电极由8个笔段按“8”来布置。这里所说恩恩笔段（segment），有“区段”，“部分”等含义，是电极随电压ON/OFF发生黑白

34、变化的基本单元。在上玻璃基板的内侧形成笔段电极，每一个笔段都连有布线和端子，与设于外部的开关相连接。开关不设置在画面上。与上玻璃基板相配合，下玻璃基板的内侧形成共用电极。当所有电极都处于ON时，显示为黑色。在这种情况下，每一个笔段构成一个像素。像素越多，显示的图像月清晰。对于静态驱动来说，存在下列关系：笔段数=笔段电极数=开关数为了增加像素数，必须同时增加电极数及开关数，这实现起来比较困难。正因为如此，这种方法只能显示数字，字母等简单符号，多用于计算器，手表，家用电器等。2.矩阵式显示和动态驱动为了实现更精细的显示，需要在像素分得更小的前提下，电极数目却不增加。为此，利用细长的电极，在上玻璃内

35、侧的ITO薄膜上布置纵向条状电极，在下玻璃布置横向条状电极。在这种情况下，有像素数=横向电极数*纵向电极数图1.2.4 矩阵式显示横向布置的电极（行电极）又称为“扫描电极”。纵向布置的电极（列电极）又称为“显示电极”。由横向电极自上而下反复ON/OFF反复扫描。如下图显示画面中的“33”：如图2.2.3，为了显示“33”这一数字，第1行扫描电极ON时，列电极从左数，第2，3，6，7列的电极处于ON。下一瞬间，第1行扫描电极OFF，第2行扫描电极ON。与此同时，列电极第4列，第8列处于ON。这种由上到下由水平方向顺序扫描的方法称为“线顺序扫描”方式。由于扫描极快，人眼视觉“33”在同一画面当中显

36、示。这种方法称为动态驱动，相对于静态驱动利用静止的笔段电极进行显示而言，动态驱动是通过扫描完成的。由于电极是按照横行，纵列条状排列，又称其为简单矩阵驱动。这样的显示称为矩阵显示。超扭曲向列（super twisted nematic，STN）液晶多采用这种驱动方式。虽然简单矩阵驱动确实能使电极数目和开关数目减少，但存在两大问题。第一个问题是难以适应液晶分子响应速度慢的问题。在显示动画的场合中，为了让观众看到连续的动画效果，1秒你内至少要显示60个画面（帧）。也就是说，一帧所用的时间最多1/60秒。仅仅使水平扫描电极最上一行的电压为ON，与此同时，垂直扫描电极按先后输入ON或者OFF信号。这样就

37、对应形成最上面一行所对应的部分画面。接着，仅使水平扫描电压第二行的电压为ON，与此同时，垂直扫描电极按先后输入ON或者OFF信号。这样就对应形成最上面二行所对应的部分画面。这样，一个扫描点（行电极与列电极的交叉点）的平均扫描时间，就等于1/60秒再除以像素的个数。对于QVGA的显示器来说，有240*320哥像素，则，每一个扫描允许施加电压的时间为0.0002ms，但对于TN型液晶来说，液晶分子在被施加电压之后到完成新的取向所用时间（响应时间）一般为10ms。显然，扫描时间不能适应液晶分子的响应时间。第二个问题是串扰（cross-talk）。STN型液晶分子尽管比TN型响应速度要快，但如果采用单

38、纯矩阵驱动，为了干净利落的完成液晶分子的取向转换，需要外加更高的电压，但由此会引发串扰问题。也就是被驱动的像素旁边的像素会因为受到较高电压的干扰被驱动了，而有所显示。这种受周围ON状态的影响，相连带的若干个像素也会有所显示的现象称为串扰。1.2.6 有源矩阵驱动为了解决简单矩阵驱动的两个缺点，我们需要变单纯矩阵驱动为有源矩阵驱动。采用后者的思路是，尽管针对每一个像素的电压扫描时间极短，但能否在开关切断之后，为了配合动作迟缓的液晶分子完成取向转换，而在较长时间内维持住这一电压呢？为了达到这一目的，需要在液晶盒的电击上附带一个起存储电荷作用的电容器，或者在液晶盒中并联插入电容器等方法。这样做的好处

39、是，除了在原来行、列电极的交叉点设置开关外，还应具备充电（存储电荷），充电停止、放电（释放电荷）、放电停止四个阶段。经过长期研究开发，人们利用具有放大功能的三极管作为像素开关，实现了这一目的，称其为TFT有源矩阵驱动。在晶体管开发初期，主要是pnp等双极型的，但随着集成电路的高密度化，MOS型逐渐称为主流并持续至今。MOS型晶体管主要由金属（metal，M）-氧化物（oxide,O）-半导体（semiconductor，S）集成而成。称其为“薄膜”三极管，主要是因为：TFT的金属层，特别是半导体活性层和绝缘层几乎全部由薄膜沉积法制作；而单晶硅晶体管（大规模集成电路）的活性层是由离子注入，绝缘层

40、是由硅氧（氮）化而成。TFT的活性层（只能是n型）是由等离子体化学气相沉积法（工艺温度必须低于玻璃基板的软化点）制作的非晶硅（或多晶硅，连续晶界硅）承担；而单晶硅晶体管（大规模集成电路）的活性层是由离子注入，（既可实现n型，又可实现p型）的单晶硅承担。TFT一般是在大尺寸玻璃上形成的，如目前在建的第十代玻璃母版尺寸为2800mm*3200mm，这是制作工艺的主要制约因素；而单晶硅晶体管（大规模集成电路）是在硅圆片上形成的，目前工业化生产硅圆片的尺寸为12英寸，生产工艺已经相当成熟。1.2.7 灰阶显示原理及全色显示原理液晶显示器的基本原理是借由电压的ON-OFF状态，对由置于显示屏背后的背光源

41、发出的光，实现透过-遮断控制。显示器的画面是由被成为像素的最小面积单位像素以平面方式构成的。在液晶显示器中，在并列大量像素的显示屏背后设置平面光源，通过透光像素和遮光像素的配置，显示出明暗相配的图案。像这样，由通过电气方式控制透光强度的屏，以及其背后设置的光源一起构成的液晶显示器称为透射型。处于光遮断状态像素的液晶物质，需要外加电压，而其以外的区域，无外加电压。像这种，电压OFF状态的像素处于透光状态的液晶显示器，称为常白型（normally white）。相反，在无外加电压的状态光被完全遮断的状态，这样的显示器称为常黑型（normally black）。一般说来，常白型的对比度更高。在图2.

42、2.3所示外加电场下，指向矢的倾角的值从基板界面处的=0到液晶物质层中央部位的=90，沿层厚方向（Z方向）呈连续分布。而且，当外加电压变化时，指向矢倾角沿层厚（由相对位置z/d表示）方向的分布状态会发生变化。对应指向矢这种角度状态的变化，透射光的强度也发生变化，也就是说，在ON-OFF中间，还能显示明暗之间不同的光强等级。在显示器中，多数情况下称可显示的灰阶（gray level）的数目为灰阶等级（tone）。调节灰阶等级的方法称为调灰。从最亮状态到最暗状态，其间亮度水平可以连续调节的成为模拟式调灰，而其间的亮度水平只能台阶式调节的方式称为数字式调灰。图2.2.4 液晶分子在电场作用下偏转图示

43、全色显示在显示器的功能中，除了调灰显示之外，更丰富多彩的是调灰显示。人眼可以感觉到光的波长范围在380nm780nm之间，依靠人眼的分光特性，人们可以感受到五颜六色的光。光之所以能够被感知是因为光的色刺激性。液晶显示器的彩色显示是通过红（R），绿（G），蓝（B）三原色加法混色来实现的。三原色的色刺激以其混合量相混合，获得与某一颜色（C）相等的彩色。R（R）+G（G）+B（B）=（C）在加法混色中，若混色成分增加，混色后的亮度为相加关系，因此混色亮度增加。单色显示是黑白两色显示，而多色、全色显示的功能更高，从而传达的信息量更大。将三原色各自的图像信号按数字式调制，可大大提高色表现能力。如果三原色

44、各自的图像信号按8位调制，则可表示的彩色数为2的8次方，为256，为1670万色。在彩色液晶屏显示中，透过像素进入观视者眼中的三个色刺激（R）、（G）、（B）的混色量，可以分别独立进行控制，因此，一个像素可以分为三个亚像素，每个亚像素可分别透过红、绿。蓝的光。换句话说，一个全色像素是由红、绿。蓝三个像素构成的。因此，液晶显示器中的加法混色是由合理分布亚像素来实现的，一般采用并置加法混色。由于三原色亚像素尺寸非常精细，已超过人眼的分辨能力，因此视觉上得到的是三原色加法混色效果。利用并置加法混色的全色液晶显示器屏幕在每一个像素的位置上，布置滤光片构成亚像素结构。所谓彩色滤光片实质上是可见光某一频带

45、的带通滤波器，分别由只能使红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）光透过的三种微小的滤光片构成。两个微小的彩色滤光片之间的间隙不能漏光，必须由黑色遮蔽。此部分一般是由矩阵状排列的多余黑色条带构成，称其为黑色矩阵（black matrix）。配置这些微小彩色滤光片的玻璃基板是构成液晶显示屏的两块玻璃基板中的一块，并在彩色滤光片的内侧（即靠近液晶的一侧）布置共用电极（ITO）。因此，形成彩色滤光片的玻璃基板又称彩色滤光片基板或者共用电极基板。1.2.8 电阻触摸屏原理介绍 电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层

46、外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电。电阻触摸屏的屏体部分是一块与显示器表面非常配合的多层复合薄膜，由一层玻璃或有机玻璃作为基层，表面涂有一层透明的导电层，上面再盖有一层外表面硬化处理、光滑防刮的塑料层，它的内表面也涂有一层透明导电层，在两层导电层之间有许多细小(小于千分之一英寸)的透明隔离点把它们隔开绝缘。 电阻触摸屏剖面结构. 当手指触摸屏幕时，平常相互绝缘的两层导电层就在触摸点位置有了一个接触，因其中一面导电层接通Y轴方向的5V均匀电压场，使得侦测层的电压由零变为非零，控制器侦测到这个接通后，进行A/D转换，并将得到的电压值与5V相比即可得触摸点的Y轴坐标，同理

47、得出X轴的坐标，这就是所有电阻技术触摸屏共同的最基本原理。 电阻类触摸屏的关键在于材料科技。常用的透明导电涂层材料有： ITO，氧化铟，弱导电体，特性是当厚度降到1800个埃（埃10-10米）以下时会突然变得透明，透光率为80，再薄下去透光率反而下降，到300埃厚度时又上升到80。ITO是所有电阻技术触摸屏及电容技术触摸屏都用到的主要材料，实际上电阻和电容技术触摸屏的工作面就是ITO涂层。 镍金涂层，五线电阻触摸屏的外层导电层使用的是延展性好的镍金涂层材料，外导电层由于频繁触摸，使用延展性好的镍金材料目的是为了延长使用寿命，但是工艺成本较为高昂。镍金导电层虽然延展性好，但是只能作透明导体，不适合作为电阻触摸屏的工作面，因为它导电率高，而且金属不易做到厚度非常均匀，不宜作电压分布层，只能作为探层。 四线电阻触摸屏： 四线电阻技术电阻触摸屏的两层导电层都是ITO，在每层的两边缘各涂一条银胶，一端加5V电压，一端加0V，即能在工作面的一个方向上形成均匀连续的平行电压分布。 四线电阻触摸屏的两层ITO工作面工作时都加上5V到0V的均匀电压分布场，触摸屏的引出线共有4条，四线电阻由此得名。当A面加竖直方向的电压场时，B面作为测量触摸点电压的探头；B面加水平方向的电压时，A面作探头。 电阻触摸屏特点： 总的来说，不管是四线电阻触摸屏、五线电