液晶顯示技術分析

李 軻 劉 迪

（國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北 武漢 430070）

液晶顯示技術分析

李 軻 劉 迪

（國家知識產權局專利局專利審查協作湖北中心，湖北 武漢 430070）

從液晶材料、液晶顯示器構造、液晶顯示器的分類、還有液晶顯示領域一些新的技術動向等方面全面介紹了液晶顯示技術。

液晶顯示；背光；晶體管；邊框

液晶顯示器自從誕生以來，經歷了蓬勃的發展過程。由于其具有低電壓、低功耗、易彩色化、輻射低、被動顯示等特點，深受市場的青睞。

1　液晶顯示器構造

圖1　液晶顯示器內部結構圖

圖1顯示了液晶顯示器的構造示意圖，液晶顯示器由以下幾個部分構成：背光源（P11，P12，P13），光學擴散元件（P10），顯示面板（P20），顯示面板（P20）包括玻璃基板、配向膜、彩色濾光片、透明電極、設置于兩個透明電極間的液晶分子層（其構成顯示像素的開關）、兩側的兩個偏振方向互相垂直的偏光板。如果在兩電極間沒有液晶，光通過其中一個偏光板后其偏振方向將和第二個偏振片完全垂直，因此被完全阻擋了。但是如果通過一個偏光板的光線偏振方向被液晶旋轉，那么它就可以部分通過另一個偏光板。

液晶對光線偏振方向的旋轉可以通過靜電場控制，從而實現對光的控制。在將電荷加到透明電極之前，液晶分子的排列被電極表面的配向膜決定，將一定量的電荷加到每個像素或者子像素的透明電極上而產生靜電場，那么液晶分子將被此靜電場誘發感應而產生靜電扭轉力，使得液晶分子的排列產生變化，進而改變通過光線的旋轉幅度。通過控制光線旋轉的偏振角度，從而能夠控制通過偏光板的光強度［1］。

2　液晶顯示器分類

2.1按照液晶面板的驅動方式區分

包括被動矩陣式面板和主動式面板：被動矩陣式顯示面板上的每一行或列都有一個獨立的電路，每一個像素的位置也要一個行和列同時指定，因為每一個像素也要在更新前記著各自的狀態，此時每個像素也是沒有穩定的電荷供應。當像數增加時，相對的行和列數目也會增加，這種顯示方式變得更難使用，以被動數組所制造的液晶顯示屏特性為非常慢的反應時間及低對比度。

主動式顯示面板是最常見的，利用TFT（Thin FilmTransistor）驅動。此外由于FET晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態，直到FET電極下一次再加電改變其排列方式為止。

主動矩陣式顯示面板通過有源開關的方式來實現對各個像素的獨立精確控制，因此相比之前的無源驅動可以實現更精細的顯示效果。每個像素都有自己的晶體管，允許操控單一像素。當一條列線路被打開時，所有行線路會連接到一整列的像素，而每條行線會有正確的電壓驅動，這條列線路會關掉而另一列被打開。在一次完整的畫面更新運作中，所有列線路會依照時間串行被打開。同等大小的主動數組顯示屏比起被動數組顯示屏會顯得更亮更銳利，而且有短的反應時間。

2.2按照背光源的不同區分

①CCFL（冷陰極熒光燈管）的優勢是色彩表現好，不足在于功耗較高。

②LED的優勢是體積小、功耗低，因此用LED作為背光源，可以在兼顧輕薄的同時達到較高的亮度。其不足主要是色彩表現比CCFL差，所以專業繪圖LCD大都仍采用傳統的CCFL作為背光光源。

2.3按照透射反射模式區分

①透射式液晶顯示器，在顯示屏幕背后的放置光源照亮，觀看者可在屏幕的另一側觀察。該類LCD多用于需高亮度顯示的應用中，通常的計算機顯示器、PDA還有手機中均有使用。

②反射式液晶顯示器，常用于電子鐘表和計算器中，利用后側的散射的反射面將外部的光反射回來照亮屏幕。這種類型的液晶顯示屏具有較高的對比度，因為光線要經過液晶兩次，所以被削減了兩次。由于沒有使用照明設備而明顯降低了功耗，因此電池的使用壽命更久。

③半穿透半反射式液晶顯示器，既可以當作透射型使用，也可以用于作反射型顯示使用。當外部光線很強的時候，該液晶顯示器按照反射式工作，而當外部光線不足時，又能用作透射式顯示器使用。

3　液晶顯示的新技術

3.1藍相液晶顯示器

藍相是出現在手性向列性相與各向同性相之間的溫度范圍很窄的一種液晶相。藍相液晶顯示器最具有潛能成為下一代顯示器。因為藍相液晶具有以下革命性的特性：①藍相液晶顯示的理論響應速度可達到ms級以下，從根本上解決了二倍速、四倍速液晶顯示的響應速度問題，甚至八倍速液晶顯示都將成為可能；②宏觀上，藍相液晶是各向同性的，藍相液晶顯示器具有視野角大，暗態好的特點；③由于藍相液晶材料穩定的原因，使得藍相液晶顯示不需要其它各種液晶顯示模式所必須的配向膜，從而制造成本更低，制造工藝更簡便。

但是，藍相液晶顯示器仍然存在一個很大的技術難題，驅動電壓非常高。目前，大多數技術通過改進藍相液晶材料的科爾常數降低驅動電壓，另外一個改進的辦法是通過增加像素電極和公共電極的高度以達到增強橫向電場強度，進而降低驅動電壓的目的。

3.2低反射液晶顯示技術

LCD顯示器工作的時候，在外界光線比較強的情況下，在它表面的玻璃板產生反射會干擾到正常顯示。因此，在室外的一些明亮的公共場所里，液晶顯示器的性能和可觀性將大大降低。即使液晶顯示器的分辨率再高，若其反射技術沒處理好，其顯示效果也難以改觀。低反射液晶顯示技術就是在液晶顯示器的最外表設置反射防止涂層，來減少反射而增加透射，改善液晶顯示器的光澤感、液晶顯示器的透光率以及分辨率，大大提高顯示效果。

3.3零功率

近年來研發出來的零功率液晶顯示器，，其利用反射式或者透射補償式工作方式，節省光源功耗，可以大幅降低顯示器的功率消耗。此技術針對像是電子書和可攜式計算機這類的低耗能的移動設備。

3.4膽固醇液晶顯示技術

膽固醇相液晶是一種分子呈螺旋狀排列的液晶材料，其可以通過在向列相液晶中加入旋光劑來達到這種排列結構，因而有被稱為手性向列相。利用膽固醇相液晶材料在不同電位下，針對不同旋轉偏振光所呈現的反射和透射兩種不同的模式來達到特殊的顯示效果。膽固醇相液晶通常用于反射式液晶顯示器，其可以利用外界環境的光源照射來顯示影像，而無需背光源。

3.5窄邊框液晶顯示板

為該種液晶面板可以從面板固定上進行改進，通過減小前框面積或者省略前框的做法而實現，另一方面，可以通過將顯示區域周邊的電路設置在顯示區域中的像素間隔里，以減小顯示區周邊面積。

4　結語

本文主要敘述了液晶材料的物理性質、應用的顯示器領域、一些新型的液晶顯示技術，以及液晶顯示領域中常見的各種技術點。

［1］黃錫珉.TFT-LCD技術的進步［J］.液晶與顯示，1999，14（2）：79-89.

Analysisof Liquid Crystal Display Technology

Li Ke Liu Di
（Patent Examination Cooperation Hubei Center of the Patent Office，SIPO，Wuhan Hubei 430070）

Liquid crystal display technology is comprehensively introduced from the aspects of the liquid crystal materials，the structure of liquid crystal display，the classification of liquid crystal display，and some new technologies trends in the field of liquid crystal display and so on.

liquid crystal display；backlight；transistor；frame

TN873.93

A

1003-5168（2015）12-0012-2

2015-12-15

李軻（1984-），男，博士，助理研究員，研究方向：微電子學與固體電子學。