“先進(jìn)液晶顯示技術(shù)”調(diào)研報(bào)告

一、響應(yīng)速度

CRT顯示器利用熒光的余輝實(shí)現(xiàn)光的短暫停留，其余暉殘留時(shí)間極短，相應(yīng)響應(yīng)時(shí)間僅為1～3ms。液晶顯示器（LCD）無(wú)“記憶能力”，利用液晶分子扭轉(zhuǎn)控制光的通斷，而驅(qū)動(dòng)液晶分子扭轉(zhuǎn)所需的時(shí)間基本都長(zhǎng)于CRT的響應(yīng)時(shí)間。其中薄膜晶體管液晶顯示器件（TFT LCD）是目前平板顯示中的主要器件與主導(dǎo)產(chǎn)品，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)顯示器件的性能要求也日益提高，要求高速度，高對(duì)比度，廣色域，低功耗等等，其中快速響應(yīng)時(shí)間也是液晶顯示的一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)與關(guān)注焦點(diǎn)，因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)在高分辨率的畫面中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)圖像拖尾的現(xiàn)象，無(wú)法保證畫面的流暢。響應(yīng)速度也稱反應(yīng)時(shí)間，是液晶電視各像素點(diǎn)對(duì)輸入信號(hào)反應(yīng)的速度，即像素由暗轉(zhuǎn)亮或由亮轉(zhuǎn)暗所需要的時(shí)間。一般將反應(yīng)時(shí)間分為兩個(gè)部分：上升時(shí)間（Rise time）和下降時(shí)間（Fall time），而表示時(shí)以兩者之和為準(zhǔn)。1986年，NEC制造了世界上第一款有液晶屏幕的便攜式計(jì)算機(jī)，2002年前TFT-LCD的響應(yīng)時(shí)間為25ms，2004年達(dá)到8ms，2005年降低至4ms甚至2ms。到2005年末液晶顯示器的市場(chǎng)占有率首次與CRT持平，標(biāo)志著液晶顯示器走向成熟。

二、影響響應(yīng)時(shí)間因素

LCD響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的問題是多種因素造成的：

其中是液晶的粘滯系數(shù)；是液晶的介電常數(shù)；是液晶的分子閾值電壓；是液晶的單元盒間隙（cell gap）；為gamma電壓。

為了提高LCD的響應(yīng)速度，可從三方面考慮：優(yōu)化LCD盒內(nèi)材料及工藝參數(shù)設(shè)計(jì)并增大液晶層電壓；提高驅(qū)動(dòng)電壓；優(yōu)化液晶及工藝參數(shù)的選取和匹配。

本文著重于第三方面，即快速液晶材料的選取。

三、快速液晶材料

材料的粘滯系數(shù)對(duì)其運(yùn)動(dòng)特性也有很大影響。雖然目前使用的液晶材料為分子量相對(duì)較低、粘滯系數(shù)相對(duì)較小的向列相（Nematic）液晶。實(shí)際投入應(yīng)用的向列相液晶，分子長(zhǎng)2～3納米，直徑約0.5納米，粘滯系數(shù)只有水的數(shù)倍，響應(yīng)時(shí)間在ms數(shù)量級(jí)。取向場(chǎng)動(dòng)力學(xué)主要受液晶材料三個(gè)因素的影響：與平衡指向場(chǎng)形變相關(guān)的彈性能、材料粘度和介電性能。這些材料的因素主要受所用材料的液晶相態(tài)的影響。[2]因此從下三個(gè)方面考慮：

（1）選擇分子量較小的液晶體可縮短響應(yīng)時(shí)間

影響響應(yīng)時(shí)間的材料方面的主要的原因是：液晶材料為分子級(jí)的材料，粘滯系數(shù)較高。按照公式F=ma，同樣的力作用于不同質(zhì)量的物體上，質(zhì)量大的加速度小，質(zhì)量小的加速度大。換言之，質(zhì)量越大，物體的狀態(tài)越不易改變。

（2）粘稠度

液晶的粘稠度是關(guān)系LCD響應(yīng)時(shí)間和色彩飽和度的重要方面高液晶粘稠度可以使顯示的圖像更艷麗視角更大。但是響應(yīng)時(shí)間會(huì)相應(yīng)拉長(zhǎng).因此在保證畫質(zhì)的前提下適當(dāng)提高液晶材料的粘稠度可以提高液晶像素的響應(yīng)速度。

粘滯系數(shù)越小，彈性系數(shù)越大， 響應(yīng)速度越快。液晶顯示器都含取向?qū)?，取向?qū)訉?duì)液晶分子有錨定作用。通過減小錨定作用和優(yōu)化液晶材料混合配比可提高響應(yīng)速度。

（3）液晶材料各項(xiàng)異性Δn

為了滿足大氣自適應(yīng)光學(xué)的要求，我們需要快速響應(yīng)液晶，而較低的粘度和較高Δn（液晶材料各項(xiàng)異性Δn=ne-no）的液晶材料可以提高向列相液晶的響應(yīng)速度。

可以通過減小分子的長(zhǎng)度和寬度、利用含氟原子作為取代基、應(yīng)用苯環(huán)和減弱剛性的方式使液晶分子的粘度降低。可以通過增加苯環(huán)的數(shù)目、選用三鍵作為中橋鍵和用“一NCS”作為取代基來增大液晶分子的Δn。

引入極性基，增大分子的自發(fā)偶極矩。最終使分子具有介電各向異性、介磁各向異性。液晶的分子結(jié)構(gòu)影響著液晶的宏觀特性。當(dāng)分子中引入極性基時(shí)，不同種類的極性基以及相同的極性基在分子的不同取代位置，都會(huì)對(duì)液晶的粘度和Δn產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致液晶材料的響應(yīng)速度具有較大差別。而除了極性基對(duì)液晶的粘度和Δn有所影響外，中心基團(tuán)和柔性側(cè)鏈對(duì)快速響應(yīng)液晶材料的粘度和Δn的影響也是不能忽視的。[4]因此究極性取代基、取代基位置、中心基團(tuán)和柔性側(cè)鏈對(duì)粘度和Δn有影響。

四、其他途徑

（1）首選TN型，只因扭曲角度小

TN（Twisted Nematic，扭曲向列）型液晶盒中兩個(gè)配向模呈正交（兩個(gè)面在空間垂直但不相交）分布，液晶分子相應(yīng)地扭曲了90°。顯然，扭曲角度小的TN型LCD響應(yīng)時(shí)間就短，但圖像對(duì)比度會(huì)降低。

目前，STN以及它的變種DSTN、CSTN液晶面板仍應(yīng)用于手機(jī)和PDA這些不太強(qiáng)調(diào)圖像動(dòng)態(tài)性能的設(shè)備。作為電腦顯示器，STN已經(jīng)被被響應(yīng)速度更快TFT-TN所取代。

（2）采用有源矩陣，消除等待時(shí)間

TFT-LCD屏幕由縱橫交錯(cuò)的TN型液晶與薄膜晶體管組成，每個(gè)TN液晶盒可被獨(dú)立控制，由于每個(gè)液晶盒由一只晶體管控制，每個(gè)顯示單元分別被點(diǎn)亮，消除了像素之間相互“拖后腿”現(xiàn)象，大大地提高了響應(yīng)速度。

（3）RTC技術(shù)

RTC（Response Time Compensation，響應(yīng)時(shí)間補(bǔ)償）是NEC提出的旨在縮短LCD響應(yīng)時(shí)間的技術(shù)。其基本原理是：利用Overdrive之類的芯片，將來自顯卡的視頻信號(hào)加入過沖電壓，然后去驅(qū)動(dòng)液晶單元。

參考文獻(xiàn)：

[1]TFTLCD響應(yīng)時(shí)間的影響因素及技術(shù)突破_陳玲玲

[2]顯示器的快速響應(yīng)液晶效應(yīng)_PhilipBos

[3]Maier W， Meier G Z Naturoforsch， 1961

[4]快速響應(yīng)和高_(dá)n特性向列相液晶分子合成_張坤

[5]提高場(chǎng)序彩色液晶顯示器響應(yīng)速度的方法研究_沈奕

[6]液晶顯示器的快速響應(yīng)技術(shù)_王文根