【正文】 性質(zhì)具有各向相異性，例如介電常數(shù) ? 、電導(dǎo)率 ? 、粘滯系數(shù) ? 等均有異向行。正是由于存在著各向異性，所以在定溫度區(qū)域內(nèi)，呈液晶態(tài)時(shí)，分子之間的作用是使其分子呈現(xiàn)有序排列。一般根據(jù)分子排列的不同，液晶可以分為近晶相、向列相和膽 甾 相。目前，廣泛用于顯示器件上的液晶叫列相。其分子呈長棒狀，平時(shí)，是沿棒狀長軸方向有序 排列的，當(dāng)它與固體表面接觸時(shí)，會沿與固體表面狀態(tài)最低自由能狀態(tài)排列。不過，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，膽 甾 相和近晶相也開始應(yīng)用在最新的顯示器件上了。 液晶是一種很有價(jià)值，應(yīng)用廣泛的物質(zhì)形態(tài)。顯示器件是液晶發(fā)展應(yīng)用最快的一個(gè)領(lǐng)域。液晶由于稍微受外界環(huán)境影響分子排列就會改變，因而是一種具有很多奇異性能的功能材料。此外，在生命、醫(yī)療領(lǐng)域液晶將更能發(fā)揮獨(dú)特的作用，成為打開生命迷宮的一把鑰匙。 液晶作為顯示器件時(shí)，方式很多。最常見的液晶顯示器件（ LCD）屬于扭曲相列型 (TN)。此外，還有不用偏振片，具有存儲效應(yīng)的相變型（ PC） 。有電流效應(yīng)的動態(tài)散射型（ DS）；有加入染料的賓主彩色型（ GH） 。有彩色偏振片型（ STN）；有可以作為液晶電視的有源矩陣型（ TFT） 。還有正在開發(fā)的后起之秀鐵電型（ FE）及 MLC、 LCOS 等等。 液晶電光特性 液晶同固態(tài)晶體一樣具有特異的光學(xué)各向異性。而且，這種光學(xué)各向異性伴隨分子排列結(jié)構(gòu)不同將呈現(xiàn)不同的光學(xué)形態(tài)。例如，選擇不同的初期分 單片機(jī)控制液晶顯示系統(tǒng) 21 子取向和液晶材料，將分別得到旋光性、雙折射性、吸收二色性、光散射性等各種形態(tài)的光學(xué)特性。一旦使分子取向發(fā)生變化，這些光學(xué)特性將隨之變化，于是在液晶中的傳輸光受到調(diào) 制。由此可見，變更分子排列狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)光調(diào)制。 由于液晶分子使液體，分之排列結(jié)構(gòu)不像固態(tài)晶體那樣強(qiáng)固。另一方面液晶有具有顯著的介電各向異性 ?? 和發(fā)偶極子 P0 。一旦給液晶層施加上電壓，則在介電各向異性 ?? 或發(fā)偶極子 P 0 和電場的相互作用下，分子排列狀態(tài)很容易發(fā)生變化。因此利用外加電場即可改變液晶分子取向，產(chǎn)生光調(diào)制。這就使液晶顯示的基本原理。 這種由電場產(chǎn)生的光調(diào)制現(xiàn)象使液晶的光電效應(yīng)（ electrooptic effect）。它是液晶顯示的基礎(chǔ)。 液晶顯示模塊原理 液晶顯示模塊 LCD（ Liquid Crystal Display）是一種新型的顯示模塊，它與其它的顯示模塊相比較，有體積小，低壓微功耗，適合戶外使用，顯示信息大和無電磁輻射等優(yōu)點(diǎn)。 液晶顯示模塊是一種被動式顯示模塊，由于它的功耗極低，抗干擾能力強(qiáng)，因而，在低功耗的單片系統(tǒng)中大量的使用。 LCD 本身不發(fā)光，只調(diào)節(jié)光的亮度，目前出售的 LCD 都是根據(jù)液晶的扭曲－向列效應(yīng)原 理制成的。這是一種電場效應(yīng)，夾在兩片導(dǎo)電玻璃電極間的液晶經(jīng)過一定的處理后，它的內(nèi)部的分子呈 90 ? 的扭曲，當(dāng)線性偏振光透過其偏振面會旋轉(zhuǎn) 90 ? ，當(dāng)在玻璃電極上加上電壓后，在電場作用下，液晶的扭曲結(jié)構(gòu)消失，其旋光作用也消失，偏振光便可以直接通過，當(dāng)去掉電場后，液晶分子又恢復(fù)其扭曲結(jié)構(gòu)。把這樣的液晶置于兩個(gè)偏振片之間，改變偏振片的相對位置（正交或平行）就可以得到白底黑字或黑底白字的顯示形式。 單片機(jī)控制液晶顯示系統(tǒng) 22 LCD 的基本構(gòu)造 ]4[ 液晶顯示器件從結(jié)構(gòu)上說，屬于平板顯示器件。其基本結(jié)構(gòu)，呈平板形。典型液晶顯示器件基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。它主要由前后偏振片、前后玻璃片、封接邊及液晶等幾大部件組成。 當(dāng)然，不同類型的液晶顯示器件其部分部件可能會有不同，如：相變型、PDLC、多穩(wěn)態(tài)型液晶顯示器件沒有偏振片，有源矩陣型液晶顯示器件在基板上制作有有源矩陣電路等，但是所有液晶顯示器件都可以認(rèn)為是由兩片光刻有透明導(dǎo)電電極的基扳，夾持一個(gè)液晶層，封接成一個(gè)偏平盒，有時(shí)在外表面還可能貼 裝上偏振片等構(gòu)成。 下面以典型的扭曲向列型液晶顯示器件（ TN）為例，進(jìn)行介紹。將兩片光刻好透明導(dǎo)電極圖形的平板玻璃相對放置在一起，使其間相距為 6—7um。四周用環(huán)氧膠密封，但在一側(cè)封接邊上留有一個(gè)開口，該開口稱為液晶注入口。液晶材料即是通過該注入口在真空條件下注入的。注入后，用樹脂將開口封堵好，再在此液晶盒前后表面呈正交地貼上前后偏振片即完成了一個(gè)完圖 典型液晶顯示器件結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)控制液晶顯示系統(tǒng) 23 整的液晶顯示器件。當(dāng)然，作為扭曲向列型液晶顯示器件，在液晶盒內(nèi)表面還應(yīng)制作上一層定向?qū)?。該定向?qū)咏?jīng)定向處理后，可使液晶分子在液晶盒內(nèi)，在前后玻璃基板表面都呈沿 面平行排列，而在前后玻璃基板之間液晶分子又呈 90 度扭曲排列。從而使其具有特有的光學(xué)和電光學(xué)特性。 現(xiàn)將構(gòu)成液晶顯示器件的三大基本部件和特點(diǎn)介紹如下： 這是一種表面極其平整的浮法生產(chǎn)薄玻璃片。表面蒸鍍有一層 In2O3 或SnO2透明導(dǎo)電層，即 ITO 膜層。經(jīng)光刻加工制成透明導(dǎo)電圖形。這些圖形由像素圖形和外引線圖形組成。因此，外引線不能進(jìn)行傳統(tǒng)的錫焊，只能通過導(dǎo)電橡膠條或?qū)щ娔z帶等進(jìn)行連接。如果劃傷、割斷或腐蝕，則會造成器件報(bào)廢。 2．液晶 液晶材料是液晶顯示器件的主體。不同器件所用液晶材料 不同，液晶材料大都是由幾種乃至十幾種單體液晶材料混合而成。每種液晶材料都有自己固定的清亮點(diǎn) TL 和結(jié)晶點(diǎn) Ts。因此也要求每種液晶顯示器件必須使用和保存在 Ts—TL 之間的一定溫度范圍內(nèi)，如果使用或保存溫度過低，結(jié)晶會破壞液晶顯示器件的定向?qū)?；而溫度過高，液晶會失去液晶態(tài)，也就失去了液晶顯示器件的功能。 3．偏振片 偏振片又稱偏光片，由塑料膜材料制成。涂有一層光學(xué)壓敏膠，可以貼在液晶盒的表面。前偏振片表面還有一保護(hù)膜，使用時(shí)應(yīng)揭去，偏振片怕高溫、高濕，在高溫高濕條件下會使其退偏振或起泡。 LCD 的驅(qū)動方式 液晶的顯示是由于在顯示像素上施加了電場的緣故，而這個(gè)電場則由顯 單片機(jī)控制液晶顯示系統(tǒng) 24 示像素前后兩電極上的電位信號合成產(chǎn)生，在顯示像素上建立直流電場是非常容易的事，但直流電場將導(dǎo)致液晶材料的化學(xué)反應(yīng)和電極老化，從而迅速降低液晶的顯示壽命，因此必須建立交流驅(qū)動電場，并且要求這個(gè)交流電場中的直流分量越小越好，通常要求直流分量小于 50mV。在實(shí)際應(yīng)用中，由于采用了數(shù)字電路驅(qū)動，所以這種交流電場是通過脈沖電壓信號來建立的。 顯示像素上交流電場的強(qiáng)弱用交流電壓的有效值表示，當(dāng)有效值大于液晶的閾值電壓時(shí)，像素呈顯示態(tài)；當(dāng)有效值 小于閾值電壓時(shí)，像素不產(chǎn)生電光效應(yīng)；當(dāng)有效值在閾值電壓附近時(shí)，液晶將呈現(xiàn)較弱的電光效應(yīng)，此時(shí)將會影響液晶顯示器件的對比度。 液晶顯示的驅(qū)動就是用來調(diào)整施加在液晶顯示器件電極上的電位信號的相位、峰值、頻率等，建立驅(qū)動電場，以實(shí)現(xiàn)液晶顯示器件的顯示效果。液晶顯示的驅(qū)動方式有許多種，常用的驅(qū)動方法有：靜態(tài)驅(qū)動法和動態(tài)驅(qū)動法。對于 TN 及 STNLCD 一般采用靜態(tài)驅(qū)動或多路驅(qū)動方式。這兩種方式相比較各有優(yōu)缺點(diǎn)。靜態(tài)驅(qū)動響應(yīng)速度快、耗電少、驅(qū)動電壓低，但驅(qū)動電極度數(shù)必須與顯示筆段數(shù)相同，因而用途不如多路驅(qū)動廣。 1. 靜 態(tài)驅(qū)動法 靜態(tài)驅(qū)動法是獲得最佳顯示質(zhì)量的最基本的方法。它適用于筆段型液晶顯示器件的驅(qū)動。表 示出此類液晶顯示器件的電極結(jié)構(gòu)，當(dāng)多位數(shù)字組合時(shí)，各位的背電極 BP 是連接在一起的。振蕩器的脈沖信號經(jīng)分頻后直接施加在液晶顯示器件的背電極 BP 上，而段電極的脈沖信號是由顯示選擇信號 A與時(shí)序脈沖通過邏輯異或合成產(chǎn)生，當(dāng)某位顯示像素被顯示選擇時(shí)， A＝ 1，該顯示像素上兩電極的脈沖電壓相位相差 180? ，在顯示像素上產(chǎn)生 2V 的電壓脈沖序列，使該顯示像素呈現(xiàn)顯示特性；當(dāng)某位顯示像素為非顯示選擇時(shí)，A＝ 0，該顯示像素上兩電極的脈沖電壓相位相同，在顯示像素上合成電壓脈 單片機(jī)控制液晶顯示系統(tǒng) 25 沖為 0V，從而實(shí)現(xiàn)不顯示的效果。這就是靜態(tài)驅(qū)動法。為了提高顯示的對比度，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整脈沖的電壓即可。 表 液晶顯示器件電機(jī)結(jié)構(gòu) BP A SEG 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 當(dāng)液晶顯示器件上顯示像素眾多時(shí)，如點(diǎn)陣型液晶顯示器件，為了節(jié)省龐大的硬件驅(qū) 動電路，在液晶顯示器件電極的制作與排列上作了加工 ，實(shí)施了矩陣型的結(jié)構(gòu)，即把水平一組顯示像素的背電極都連在一起引出，稱之為行電極，把縱向一組顯示像素的段電極都連接起來一起引出，稱之為列電極。在液晶顯示器上每一個(gè)顯示像素都由其所在的列與行的位置唯一確定。在驅(qū)動方式上相應(yīng)地采用了類同于 CRT 的光柵掃描方法。液晶顯示的動態(tài)驅(qū)動法是循環(huán)地給行電極施加選擇脈沖，同時(shí)所有為顯示數(shù)據(jù)的列電極給出相應(yīng)的選擇或非選擇的驅(qū)動脈沖，從而實(shí)現(xiàn)某行所有顯示像素的顯示功能，這種行掃描是逐行順序進(jìn)行的，循環(huán)周期很短，使得液晶顯示屏上呈現(xiàn)出穩(wěn)定的圖象。我們把液晶顯示的掃描驅(qū)動方式稱為動態(tài) 驅(qū)動法。 LCD 的顯示原理 液晶顯示器件 LCD 的顯示原理是：在兩片玻璃基板上裝有配向膜，所以液晶會沿著溝槽配向，具有偶極矩的液晶棒狀分子在外加電場的作用下其排列狀態(tài)發(fā)生變化，使得通過液晶顯示器件的光被調(diào)制，從而呈現(xiàn)明與暗或透 單片機(jī)控制液晶顯示系統(tǒng) 26 過與不透過的顯示效果。液晶顯示器件中的每個(gè)顯示像素都可以單獨(dú)被電場控制，不同的顯示像素按照控制信號的 “指揮 ”便可以在顯示屏上組成不同的字符、數(shù)字及圖形。因此建立顯示所需的電場以及控制顯示像素的組合就成為液晶顯示驅(qū)動器和液晶顯示控制器的功能。 液晶控制器 KS0108 結(jié)構(gòu)及功能 KS0108B及其兼容顯示控制驅(qū)動器與 KS0107B及其兼容顯示控制器是一種帶有列驅(qū)動輸出的圖形液晶顯示控制器與 KS0107B配合對液晶屏進(jìn)行行列驅(qū)動可直接與 8位微處理器相聯(lián)。 一． KS0108B及其兼容控制器的特點(diǎn)： 1． 內(nèi)藏 64 64＝ 4096位顯示 RAM