李 轲 刘 迪

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北 武汉 430070）

液晶显示技术分析

李 轲 刘 迪

（国家知识产权局专利局专利审查协作湖北中心，湖北 武汉 430070）

从液晶材料、液晶显示器构造、液晶显示器的分类、还有液晶显示领域一些新的技术动向等方面全面介绍了液晶显示技术。

液晶显示；背光；晶体管；边框

液晶显示器自从诞生以来，经历了蓬勃的发展过程。由于其具有低电压、低功耗、易彩色化、辐射低、被动显示等特点，深受市场的青睐。

1　液晶显示器构造

图1　液晶显示器内部结构图

图1显示了液晶显示器的构造示意图，液晶显示器由以下几个部分构成：背光源（P11，P12，P13），光学扩散元件（P10），显示面板（P20），显示面板（P20）包括玻璃基板、配向膜、彩色滤光片、透明电极、设置于两个透明电极间的液晶分子层（其构成显示像素的开关）、两侧的两个偏振方向互相垂直的偏光板。如果在两电极间没有液晶，光通过其中一个偏光板后其偏振方向将和第二个偏振片完全垂直，因此被完全阻挡了。但是如果通过一个偏光板的光线偏振方向被液晶旋转，那么它就可以部分通过另一个偏光板。

液晶对光线偏振方向的旋转可以通过静电场控制，从而实现对光的控制。在将电荷加到透明电极之前，液晶分子的排列被电极表面的配向膜决定，将一定量的电荷加到每个像素或者子像素的透明电极上而产生静电场，那么液晶分子将被此静电场诱发感应而产生静电扭转力，使得液晶分子的排列产生变化，进而改变通过光线的旋转幅度。通过控制光线旋转的偏振角度，从而能够控制通过偏光板的光强度［1］。

2　液晶显示器分类

2.1按照液晶面板的驱动方式区分

包括被动矩阵式面板和主动式面板：被动矩阵式显示面板上的每一行或列都有一个独立的电路，每一个像素的位置也要一个行和列同时指定，因为每一个像素也要在更新前记着各自的状态，此时每个像素也是没有稳定的电荷供应。当像数增加时，相对的行和列数目也会增加，这种显示方式变得更难使用，以被动数组所制造的液晶显示屏特性为非常慢的反应时间及低对比度。

主动式显示面板是最常见的，利用TFT（Thin FilmTransistor）驱动。此外由于FET晶体管具有电容效应，能够保持电位状态，先前透光的液晶分子会一直保持这种状态，直到FET电极下一次再加电改变其排列方式为止。

主动矩阵式显示面板通过有源开关的方式来实现对各个像素的独立精确控制，因此相比之前的无源驱动可以实现更精细的显示效果。每个像素都有自己的晶体管，允许操控单一像素。当一条列线路被打开时，所有行线路会连接到一整列的像素，而每条行线会有正确的电压驱动，这条列线路会关掉而另一列被打开。在一次完整的画面更新运作中，所有列线路会依照时间串行被打开。同等大小的主动数组显示屏比起被动数组显示屏会显得更亮更锐利，而且有短的反应时间。

2.2按照背光源的不同区分

①CCFL（冷阴极荧光灯管）的优势是色彩表现好，不足在于功耗较高。

②LED的优势是体积小、功耗低，因此用LED作为背光源，可以在兼顾轻薄的同时达到较高的亮度。其不足主要是色彩表现比CCFL差，所以专业绘图LCD大都仍采用传统的CCFL作为背光光源。

2.3按照透射反射模式区分

①透射式液晶显示器，在显示屏幕背后的放置光源照亮，观看者可在屏幕的另一侧观察。该类LCD多用于需高亮度显示的应用中，通常的计算机显示器、PDA还有手机中均有使用。

②反射式液晶显示器，常用于电子钟表和计算器中，利用后侧的散射的反射面将外部的光反射回来照亮屏幕。这种类型的液晶显示屏具有较高的对比度，因为光线要经过液晶两次，所以被削减了两次。由于没有使用照明设备而明显降低了功耗，因此电池的使用寿命更久。

③半穿透半反射式液晶显示器，既可以当作透射型使用，也可以用于作反射型显示使用。当外部光线很强的时候，该液晶显示器按照反射式工作，而当外部光线不足时，又能用作透射式显示器使用。

3　液晶显示的新技术

3.1蓝相液晶显示器

蓝相是出现在手性向列性相与各向同性相之间的温度范围很窄的一种液晶相。蓝相液晶显示器最具有潜能成为下一代显示器。因为蓝相液晶具有以下革命性的特性：①蓝相液晶显示的理论响应速度可达到ms级以下，从根本上解决了二倍速、四倍速液晶显示的响应速度问题，甚至八倍速液晶显示都将成为可能；②宏观上，蓝相液晶是各向同性的，蓝相液晶显示器具有视野角大，暗态好的特点；③由于蓝相液晶材料稳定的原因，使得蓝相液晶显示不需要其它各种液晶显示模式所必须的配向膜，从而制造成本更低，制造工艺更简便。

但是，蓝相液晶显示器仍然存在一个很大的技术难题，驱动电压非常高。目前，大多数技术通过改进蓝相液晶材料的科尔常数降低驱动电压，另外一个改进的办法是通过增加像素电极和公共电极的高度以达到增强横向电场强度，进而降低驱动电压的目的。

3.2低反射液晶显示技术

LCD显示器工作的时候，在外界光线比较强的情况下，在它表面的玻璃板产生反射会干扰到正常显示。因此，在室外的一些明亮的公共场所里，液晶显示器的性能和可观性将大大降低。即使液晶显示器的分辨率再高，若其反射技术没处理好，其显示效果也难以改观。低反射液晶显示技术就是在液晶显示器的最外表设置反射防止涂层，来减少反射而增加透射，改善液晶显示器的光泽感、液晶显示器的透光率以及分辨率，大大提高显示效果。

3.3零功率

近年来研发出来的零功率液晶显示器，，其利用反射式或者透射补偿式工作方式，节省光源功耗，可以大幅降低显示器的功率消耗。此技术针对像是电子书和可携式计算机这类的低耗能的移动设备。

3.4胆固醇液晶显示技术

胆固醇相液晶是一种分子呈螺旋状排列的液晶材料，其可以通过在向列相液晶中加入旋光剂来达到这种排列结构，因而有被称为手性向列相。利用胆固醇相液晶材料在不同电位下，针对不同旋转偏振光所呈现的反射和透射两种不同的模式来达到特殊的显示效果。胆固醇相液晶通常用于反射式液晶显示器，其可以利用外界环境的光源照射来显示影像，而无需背光源。

3.5窄边框液晶显示板

为该种液晶面板可以从面板固定上进行改进，通过减小前框面积或者省略前框的做法而实现，另一方面，可以通过将显示区域周边的电路设置在显示区域中的像素间隔里，以减小显示区周边面积。

4　结语

本文主要叙述了液晶材料的物理性质、应用的显示器领域、一些新型的液晶显示技术，以及液晶显示领域中常见的各种技术点。

［1］黄锡珉.TFT-LCD技术的进步［J］.液晶与显示，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

李轲（1984-），男，博士，助理研究员，研究方向：微电子学与固体电子学。