LCD液晶显示屏的简单介绍

2013年06月05日 22:06    1640190015
关键词: LCD , 液晶 , 显示屏
  TFT液晶屏
  TFT是"Thin Film Transistor"的缩写,又称为"真彩",它属于有源矩阵液晶屏,它是由薄膜晶体管组成的屏幕,它的每个液晶像素点都是由薄膜晶体管来驱动,每个像素点后面都有四个相互独立的薄膜晶体管驱动像素点发出彩色光,可显示24bit色深的真彩色。在分辨率上,TFT液晶屏最大可以达到UXGA(1600×1200)。   TFT的排列方式具有记忆性,所以电流消失后不会马上恢复原状,从而改善了STN液晶屏闪烁和模糊的缺点,有效地提高了液晶屏显示动态画面的效果,在显示静态画面方面的能力也更加突出,TFT液晶屏的优点是响应时间比效短,并且色彩艳丽,所以它被广泛使用于笔记本电脑和DV、DC上。而TFT液晶屏的缺点就是比较耗电,并且成本也比较高。
  液晶是处于固态和液态之间具有一定有序性的有机物质,具有光电动态散射特性;它有多种液晶相态,例如胆甾相,各种近晶相,向列相等。根据其材料性质不同,各种相态的液晶材料大都已开发用于平板显示器件中,现已开发的有各种向列相液晶、聚合物分散液晶、双(多)稳态液晶、铁电液晶和反铁电液晶显示器等,其中开发最成功的、市场占有量最大、发展最快的是向列相液晶显示器。 显示用液晶材料是由多种小分子有机化合物组成的,这些小分子的主要结构特征是棒状分子结构。随着LCD的迅速发展,人们对开发和研究液晶材料的兴趣越来越大。
  1、TN-LCD用液晶材料
  TN型液晶材料的发展起源于1968年,当时美国公布了动态散射液晶显示(DSM-LCD)技术。但由于提供的液晶材料的结构不稳定性,使它们作为显示材料的使用受到极大的限制。1971年扭曲向列相液晶显示器(TN-LCD)问世后,介电各向异性为正的TN型液晶材料便很快开发出来;特别是1974年相对结构稳定的联苯睛系列液晶材料由G.W.Gray等合成出来后,满足了当时电子手表、计算器和仪表显示屏等LCD器件的性能要求,从而真正形成了TN-LCD产业时代。
  LCD用的TN液晶材料已发展了很多种类。这些液晶化合物的结构都很稳定,向列相温度范围较宽,相对粘度较低。不仅可以满足混合液晶的高清亮点、低粘度在20~30mPaoS(20℃)及△n≈0.15的要求,而且能保证体系具有良好的低温性能。含联苯环类液晶化合物的△n值较大,是改善液晶陡度的有效成分。嘧啶类化合物的K33/K11值较小,只有0.60左右,在TN-LCD和STN-LCD液晶材料配方中,经常用它们来调节温度序数和△n值。而二氧六环类液晶化合物是调节"多路驱动"性能的必需成分。

  2、STN-LCD用液晶材料
  自1984年发明了超扭曲向列相液晶显示器(STN-LCD)以来,由于它的显示容量扩大,电光特性曲线变陡,对比度提高,要求所使用的向列相液晶材料电光性能更好,到80年代末就形成了STN- LCD产业,其产品主要应用在BP机、移动电话和笔记本电脑、便携式微机终端上。
  STN-LCD用混晶材料一般具有下述性能:低粘度;大K33/K11值;△n和Vth(阈值电压)可调;清亮点高于工作温度上限30℃以上。混晶材料的调制往往采用"四瓶体系"。这种调制方法能够独立地改变阈值电压和双折射,而不会明显地改变液晶的其他特性。
  STN-LCD用液晶化合物主要有二苯乙炔类、乙基桥键类和链烯基类液晶化合物。二苯乙炔类化合物:把STN-LCD的响应速度从300ms提高到120~130ms,使STN-LCD性能得到大幅度的改善,从而在当今的STN-LCD中使用较多,现行STN-LCD用液晶材料中约有70%的配方中含有二苯乙炔类化合物。乙基桥键类液晶:与相应的其他类液晶比较,这类液晶的粘度、△n值都比较低;相应化合物的相变温度范围和熔点相对较低,是调节低温TN和STN混合液晶材料低温性能的重要组分。链烯基类液晶:由于STN-LCD要求具有陡阈值特性,为此,只有增加液晶材料的弹性常数比值K33/K11才能达到目的。烯端基类液晶化合物具有异常大的弹性常数比值K33/K11,用于STN-LCD中,得到非常满意的结果。
  近年来,STN显示器在对比度、视角与响应时间上都有显著的进步。由于TFT-LCD的冲击,STN-LCD逐渐在笔记本电脑和液晶电视等领域失去了市场。鉴于成本的因素,TFT-LCD将不可能完全代替STN-LCD原有的在移动通讯和游戏机等领域的应用。
  3、TFT-LCD用液晶材料
  随着薄膜晶体管TFT阵列驱动液晶显示(TFT LCD)技术的飞速发展,近年来TFT LCD不仅占据了便携式笔记本电脑等高档显示器市场,而且随着制造工艺的完善和成本的降低,目前已向台式显示器发起挑战。由于采用薄膜晶体管阵列直接驱动液晶分子,消除了交叉失真效应,因而显示信息容量大;配合使用低粘度的液晶材料,响应速度极大提高,能够满足视频图像显示的需要。因此,TFT LCD较之TN型、STN型液晶显示有了质的飞跃,成为21世纪最有发展前途的显示技术之一。
  与TN、STN的材料相比,TFT对材料性能要求更高、更严格。要求混合液晶具有良好的光、热、化学稳定性,高的电荷保持率和高的电阻率。还要求混合液晶具有低粘度、高稳定性、适当的光学各相异性和阈值电压。
  TFT LCD同样利用TN型电光效应原理,但是TFT LCD用液晶材料与传统液晶材料有所不同。除了要求具备良好的物化稳定性、较宽的工作温度范围之外,TFT LCD用液晶材料还须具备以下特性:

  (1)低粘度,20℃时粘度应小于35mPaos,以满足快速响应的需要;
  (2)高电压保持率(V.H.R),这意味液晶材料必须具备较高的电阻率,一般要求至少大于1012Ω.cm;
  (3)较低的阈值电压(Vth),以达到低电压驱动,降低功耗的目的;
  (4)与TFT LCD相匹配的光学各向异性(△n),以消除彩虹效应,获得较大的对比度和广角视野。△n值范围应在0.07~0.11之间。
  在TN、STN液晶显示中广泛使用端基为氰基的液晶材料,如含氰基的联苯类、苯基环己烷类液晶,尽管其具有较高的△ε以及良好的电光性能,但是研究表明,含端氰基的化合物易于引人离子性杂质,电压保持率低;其粘度与具有相同分子结构的含氟液晶相比仍较高,这些不利因素限制了该类化合物在TFT LCD中的应用。酯类液晶具有合成方法简单、种类繁多的特点,而且相变区间较宽,但其较高的粘度导致在TFT LCD配方中用量大为减少。因此,开发满足以上要求的新型液晶化合物成为液晶化学研究工作的重点。
  目前,在液晶显示材料中,TN-LCD已逐步迈入衰退期,市场需求逐渐萎缩,而且生产能力过剩,价格竞争激烈,己不具备投资价值。而STN-LCD将逐渐进入成熟期,市场需求稳步上升,生产技术完全成熟。而TFT-LCD在全球范围内正进入新一轮快速增长期,市场需求急剧增长,有望成为21世纪最有发展前途的显示材料之一。
  结语
  液晶材料是随着LCD 器件的发展而迅速发展,从联苯腈、酯类、含氧杂环苯类、嘧啶环类液晶化合物逐渐发展到环已基(联)苯类、二苯乙炔类、乙基桥键类和各种含氟芳环类液晶化合物,最近日本合成出结构稳定的二氟乙烯类液晶化合物,其分子结构越来越稳定,不断满足STN、TFT-LCD的性能要求。 虽然世界液晶显示器的市场量越来越大,但我国液晶行业在其中的份额却很小,而且仍是集中在TN液晶材料方面,在TFT液晶材料方面有一定的发展,但目前在世界液晶市场中缺乏竞争力,强烈呼吁国家应当采取积极措施,加强液晶显示器件与材料研究开发的人力与资金投入,在平板显示行业上向上游倾斜,以振兴中华液晶显示行业。
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