毕设液晶显示11定稿(3)

STN-LCD的设计 3

1 液晶概论

1.1 引言

液晶走遍千家万户，应用之广泛是人所共知。它已经深入到人类生活的每一个角落，

它正改变着人类的的生活。比如日常生活中的手表、时钟、计算器、仪器仪表、家电、医疗器械、车船仪器、声象设备文体用品电脑、通讯设备视频图像显示和大画面显示等等。

在信息显示技术中，人们发现了信息数字化的重要作用和意义。数字化的信息更加准确，同一性，更易传输和识别，很多信息可以直接用数字新表示，从而数字化显示又成为信息显示的又一个重要内容。又从数字化显示发展到字符显示，它吧人类特有的语言文字用于显示，这种现实与数字显示合在一起用途广用量更大。在这同时，人们还希望用图形和图像进行显示显示的内容五彩缤纷，并且可以实时活动和具有三维立体效果。这些在二十世纪尾声时已经陆续实现，LCD的计算器、手机、计算机，半导体发光数码管显示LED汽车计价器，商场的大屏幕广告,电子枰，家电，VCD,等离子显示的大彩电。这些林林总总的各类显示正为你做着各种服务，相信不久的将来显示技术的发展将会为人类做出更大的贡献。

1.2 显示技术和液晶显示器的发展、特点

1.2.1 液晶显示器的发展

液晶显示器，或称LCD（Liquid Crystal Display），为平面超薄的显示设备，它由一定数量的彩色或黑白像素组成，放置于光源或者反射面前方。液晶显示器功耗很低，因此倍受工程师青睐，适用于使用电池的电子设备。它的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面配合背部灯管构成画面。

液晶显示器LCD（ Liquid Crystal Display），对于许多的用户而言可能是一个并不算新鲜的名词了，不过这种技术存在的历史可能远远超过了我们的想像 －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。在电厂的作用下，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（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

陕西科技大学毕业设计（论文）说明书 4

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。

第一台可操作的LCD基于动态散射模式(Dynamic Scattering MoD,DSM)，RCA公司乔治·海尔曼带领的小组开发了这种LCD。海尔曼创建了奥普泰公司，这个公司开发了一系列基于这种技术的的LCD。 1970年12月，液晶的旋转向列场效应在瑞士被仙特和赫尔弗里希霍夫曼-勒洛克中央实验室注册为专利。 1969年，詹姆士·福格森在美国俄亥俄州肯特助理大学（Ohio University）发现了液晶的旋转向列场效应并于1971年2月在美国注册了相同的专利。1971年他的公司（ILIXCO）生产了第一台基于这种特性的LCD，很快的替代了性能较差的DSM型LCD。

在1985年之后，这一发现才产生了商业价值，1973年日本的声宝公司首次将它运用于制作电子计算器的数字显示。LCD是笔记本电脑和掌上计算机的主要显示设备，在摄影机中，它也扮演着非常重要的角色，而且它开始逐渐渗入到桌面显示器市场中。 一直以来，追求更完美的视觉享受都是我们桌面显示设备的目标，回顾显示技术发展历程，我们不难发现它都是围绕着同样一个主题“追求更佳的人类肉眼视觉舒适性”！ 作为近几年才突然新兴起的新产品，液晶显示器已经全面取代笨重的CRT显示器成为主流的显示设备。可是，液晶显示器的发展之路并不是我们想象中的那样一帆风顺。下面，我们与新老用户一起回顾一下LCD发展的艰辛曲折之路。

LCD早期发展(1986~2001)—过高成本抑制其发展之路技术不成熟的早期，LCD主要应用于电子表、计算器等领域。我们平时所说的LCD，它的英文全称为Liquid Crystal Display，直译成中文就是液态晶体显示器，简称为液晶显示器。

液晶是一种几乎完全透明的物质。它的分子排列决定了光线穿透液晶的路径。到20世纪60年代，人们发现给液晶充电会改变它的分子排列，继而造成光线的扭曲或折射，由此引发了人们发明液晶显示设备的念头。

世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初，被称之为TN-LCD（扭曲向列）液晶显示器。后来就有STN-LCD,STN-LCD是Super Twist Nematic Liquid Crystal Display的简称，即超扭曲向列液晶显示器，他的扭曲角在180~270度之间，他比TN-LCD显示信息量大，是LCD产品中的中档产品。尽管是单色显示，它仍被推广到了电子表、计算器等领域。[2] 1.2.2 液晶显示器的特点

(1)机身薄，节省空间与比较笨重的CRT显示器相比，液晶显示器只要前者三分之一的空间。

(2)省电，不产生高温，它属于低耗电产品，可以做到完全不发热(主要耗电和发热部分存在于背光灯管或LED)，而CRT显示器，因显像技术不可避免产生高温。

STN-LCD的设计 5

(3)低辐射，益健康。液晶显示器的辐射远低于CRT显示器（仅仅是低，并不是完全没有辐射，电子产品多多少少都有辐射），这对于整天在电脑前工作的人来说是一个福音。

(4)画面柔和不伤眼。不同于CRT技术，液晶显示器画面不会闪烁，可以减少显示器对眼睛的伤害，眼睛不容易疲劳。

(5)液晶显示器绿色环保，它的能源消耗相对于传统的CRT来说，简直是太小（17''功率大概在65-12W之间）；对于逐渐引起国人重视的噪音污染也与它无缘，因为它的自身的工作特点决定了它不会产生噪音（对于那种喜欢一边使用电脑，一边有节奏的敲打显示器的用户发出的噪音，这里不予以考虑）；液晶显示器还有一个好处就是发热量比较低，长时间使用不会有烤热的感觉，这一点也是以前的显示器无可比拟的，以前的显示器可是宝贵，尤其是夏天，家里的空调、电扇都得为它服务给它降温。使用液晶显示器无形中为大气降了温，也为阻止日益升温的大气作贡献。同时减少辐射，降低环境污染。当然了，环保也不会少了辐射这个指数的，虽然我们不能说液晶显示器就完全没有辐射，但是相对于辐射大户CRT，以及日常家电的辐射来说，液晶显示器那一点点辐射简直可以忽略不计。[9]

时代其实还是模拟时代，而未来的时代从发展趋势来看是数字时代。显示器智能化操作，数字空符、数码显示是未来显示器的必要条件。随着数字时代的来临，数字技术必将全面取代模拟技术，LCD不久就会全面取代模拟CRT显示器。

不过从另一个方面讲液晶显示器的数字接口并不普及，还远远没有到应用领域。从理论上说，液晶显示器是纯数字设备，与电脑主机的连接也应该是采用数字式接口，采用数字接口的优点是不言而喻的。首先可以减少在模数转换过程中的信号损失和干扰；减少相应的转化电路和元件；其次不需要进行时钟频率、向量的调整。

市场上大部分液晶显示器的接口是模拟接口，存在着传输信号易受干扰、显示器内部需要加入模数转换电路、无法升级到数字接口等问题。并且，为了避免像素闪烁的出现，必须做到时钟频率、向量与模拟信号的完全一致。[6]

此外，液晶显示器的数字接口尚未形成统一标准，带有数字输出的显示卡在市面上并不多见。这样一来，液晶显示器的关键性的优势却很难充分发挥。

这个问题可能不是很好理解，我们举例子说明一下吧。使用过液晶显示器的人都知道液晶显示器很容易产生影像拖尾现象。

响应时间是液晶显示器的一个特殊指标。液晶显示器的响应时间指的是显示器各像素点对输入信号反应的速度，响应时间短，则显示运动画面时就不会产生影像拖尾的现象。这一点在玩游戏、看快速动作的影像时十分重要。足够快的响应时间才能保证画面的连贯。市面上一般的液晶显示器，响应时间与以前相比已经有了很大的突破，一般为40ms左右。不过随着技术的日益发展LCD和CRT的这个差距在逐渐的被弥补上，一款液晶显示器的响应时间就已经缩短到了5ms。

陕西科技大学毕业设计（论文）说明书 6

从外形上看液晶显示器的外观轻巧超薄，与传统球面显示器相比，其厚度、体积仅是CRT显示器的一半（比如华硕的MS系列产品，其厚度更是达到了让人惊讶的1.65cm），大大减少了占地空间。

香港和东京是世界上液晶显示器普及率最高的地区，香港液晶显示器的出货量占到了显示器总出货量的七成。我们观察一下液晶显示器普及率高的地区就不难发现，这些地方大多是比较繁华，比较拥挤，生活水平比较高，而且写字楼、金融大厦林立的地方。在这些地方可谓是寸土寸金。显示器节省下来的空间的地皮价格远远高于液晶显示器和CRT显示器的差价。我国大陆的一些大城市的繁华区域也有向着这个方向发展的趋势。 这个问题其实是问您对显示器的用途。众所周知，由于液晶分子不能自已发光，所以，液晶显示器需要靠外界光源辅助发光。一般来讲140流明每平方米才够。有些广商的参数标准和实际标准还存在差距。这里要说明一下，就是一些小尺寸的液晶显示器以往主要应用于笔记本电脑当中，采用两灯调节，因此它们的亮度和对比度都不是很好。不过主流的桌面版本的液晶显示器的亮度一般都可以达到250流明到400流明，已经开始逐渐接近CRT的水平了。

对于大多数人来说，如果把CRT和LCD摆放在一起的话，可以比较轻松的分辨出液晶显示器和普通的CRT显示器的亮度和对比度以及色彩的饱和度的不同，但是就一般使用来说，这一点点差距并不会影响您的工作。但是对于专业的美工等要求准确色彩的工作来说，液晶显示器还不能完全达到其工作的要求。

1.3 液晶显示器的结构、显示原理

液晶显示器是一种采用液晶为材料的显示器。液晶是介于固态和液态间的 有机化合物。将其加热会变成透明液态，冷却后会变成结晶的混浊固态。在电场作用下，液晶分子会发生排列上的变化，从而影响通过其的光线变化，这种光线的变化通过偏光片的作用可以表现为明暗的变化。就这样，人们通过对电场的控制最终控制了光线的明暗变化，从而达到显示图像的目的。[10]

根据液晶分子的排布方式，常见的液晶显示器分为：窄视角的TN-LCD，STN-LCD，DSTN-LCD；宽视角的IPS,VA,FFS等。其中TN-LCD，STN-LCD和DSTN-LCD三种显示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。TN： 扭曲向列型（Twisted Nematic）液晶分子扭曲角度为90度。STN：超扭曲向列型（Super TN）其S即为Super之意，也就是液晶分子的扭转角度加大，呈180度或270度，如此而达到更优越的显示效果(因对比度加大)。DSTN：双层超扭曲向列型（Double layer STN）。其D为double layer双层之意，因此又比STN更优异些。由于DSTN的显示面板结构已较TN与STN复杂，显示画质较之更为细腻。[1]

STN液晶显示屏采用无源矩阵结构，在两块玻璃基板的内侧配置有行电极（扫描线）