温度对液晶显示器件工作特性的影响
温度对液晶显示器件工作特性的影响[20200406125326]
摘 要
不同温度下,液晶的转动黏度之间有着极大的悬殊，而液晶的转动黏度又影响着液晶响应速度的快慢，液晶响应速度的快慢在实验室条件下通常使用液晶的响应时间来描述。所以，研究在不同温度下的液晶显示器件的工作特性，主要就是研究不同温度下液晶显示器件的响应时间，在其外部环境都相同，只有温度不同情况下，找出液晶响应时间的最快时的温度值，对于提高液晶显示器件的工作特性具有直接现实意义。本课题的目的就是比较不同温度下液晶的响应时间和响应速度，找到提高液晶工作特性的方向。
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关键字:液晶显示器转动黏度响应时间温度
目 录
1. 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2液晶显示器的性能指标 2
1.2.1 物理参量 2
1.2.2对比度 3
1.2.3响应时间和空间特性 4
1.3课题研究目的及意义 5
2. 液晶的物理机制 7
2.1 液晶材料 7
2.2 转动黏度 7
2.3 弹性常数 8
3. 实验设计与实验数据分析 9
3.1 总体设计方案 9
3.2 光电综合试验仪 9
3.2.1 模式转换开关 9
3.2.2 扩展接口 10
3.2.3 开关矩阵 10
3.3 数字示波器 10
3.4 信号适配器 10
3.5实验步骤与结果 11
3.5.1实验步骤: 11
3.5.2实验结果: 13
4. 液晶响应时间的计算和实验分析 14
4.1 液晶响应时间理论计算 14
4.2实验所得结论 16
4.3实验模拟结果 17
4.4实验误差分析 18
4.4.1模拟与实验结果对比 18
4.4.2误差原因分析 18
4.4.3实验结论 18
结束语 20
参考文献 21
致谢 22
附录 23
源程序代码 23
1. 引言
1.1 课题研究背景
对于现代人来说，显示器，作为一种信息传播的一种载体，随着科学技术的不断完善与人们对于显示技术认识的不断加深，这种传播信息的载体在我们生活中所占的比重越来愈大，好的显示技术可以让人们在生活中有着舒适的享受和更加精准的判断，而不成熟的显示技术，让人们在获取媒体信息相关知识的时候感觉不到现代科学与技术的发展给我们带来的便利和美感。从目前的发展状况来说，在日常生活中应用的显示技术主要有两类，一类是基于电子束与显像管的老一代的显示技术，从目前来看，这种显示技术退出历史，被新的显示技术所取代已经是铁板钉钉的事实，不可违背的历史潮流。
尽管液晶材料在一个世纪以前就被发现了，但其有用的电光响应和稳定性仅在20世纪60年代后期和70年代才被开发。在早期，无源矩阵LCD被用于电子计算器和手表[1]。随着TFT、彩色滤光膜和低压液晶效应的发展，有源矩阵LCD逐步进入笔记本电脑、桌面显示器和电视机市场。
为了满足这些广泛的应用，研究人员已经开发出三种类型的液晶显示：透射式、反射式和透反式。透射式LCD可进一步划分为投影式和直视式。在小尺寸、高分辨率LCD中，像素尺寸大约为40 40 。此时，开口率变得极为重要，因为它会影响光的输出。通常使用多晶硅（p-Si）TFT[1]增大开口率，因为他的开口率要比非晶硅（a-Si）高两个数量级。高的电子迁移率允许使用更小的TFT，从而增大了开口率[2]。对于直视透射式TFT LCD，其像素远大于微显示的像素尺寸。尽管a-Si的电子迁移率相对较低，但是已经能满足使用了。a-Si易于加工，并且有较好的均匀性。因此，a-Si TFT LCD主导了大屏显示的市场。
同样的，反射式LCD也可以分为投影式和直视式两种类型。在投影式LCD中使用硅基液晶（LCoS），像素尺寸可以做到10 10 ，主要得益于单晶硅（c-Si）的高电子迁移率。在LCoS器件中，驱动电路隐藏在金属反射镜的下方，因此，开口率可以达到90%,所显示的图像与电影胶片相当[3]。然而，大多数反射式直视LCD使用了a-Si TFT和圆偏光片，他们在阳光下的可阅读性非常好，但是在较暗的环境中就不能阅读了，因此，反射式LCD的应用非常有限。
为了同时保持高质量的投射显示和阳光下好的阅读性，一种具有混合结构的TR-LCD被开发出来。在TR-LCD中，每个像素被分为两个子像素：一个子像素用于投射显示，另一个子像素用于反射显示，在相对普通环境较暗的环境下，背光点亮，TR—LCD工作于透射式显示模式，在直射阳光下，TR-LCD工作于反射显示模式[5]。因此，TR—LCD的动态范围非常宽，其功能性并不依赖于环境光条件。TR—LCD已经广泛的应用于便携式器件，如移动电话。
PDP（等离子显示）的经典结构和工作原理与荧光灯类似。在荧光灯管结构中，在荧光灯管内部的两端放置两个灯丝电极，内壁涂覆荧光粉，并充入氩和汞的混合气体[7]。当两端电极施加一定的电压时，气体放电就会产生等离子体。根据等离子体的能级系统，峰值波长为254nm的紫外（UV）辐射就会产生。而UV辐射激发荧光灯管内部的荧光粉，从而发出可见光。
PDP的工作原理与荧光灯类似， PDP中采用的气体通常是氖气和氙气的混合气体[8]。氖气和氙气放点产生的紫外辐射峰值波长为147nm和173nm，属于真空紫外（UV）区。由于VUV会被空气强烈吸收，他只能在真空中传播。尽管PDP的结构与荧光灯相类似，都有两个电极、荧光粉和放点气体，但PDP需要一个额外的障壁结构来维持上基板和下基板之间的放电空间。由于受到障壁结构的限制，PDP的单元尺寸不能做的太小。此外，由于产生等离子体的需要，PDP工作电压较高，高的工作电压就需要高压驱动IC，从而导致驱动电路的成本高。与LCD相比，PDP的视角更宽，响应速度更快，工作温度范围更宽，换句话说，对于大屏显示，从静态图像带运动图像，从低温环境带高温环境，从个人使用带公共使用，PDP仍然不失为一种比较不错的选择。
通过比较两者优缺点不难发现，液晶显示更适用于小屏显示和个人应用，而PDP在大屏公共显示领域有着自己的优势。为了进一步提高液晶的显示效果，缩短液晶的响应时间，很多研究学者和企业从不同的环境温度着手，研究液晶表面温度对于液晶响应时间的影响，来找出缩短液晶显影时间，提高液晶显示特性的最优环境温度值。
1.2液晶显示器的性能指标
1.2.1 物理参量
液晶显示的基本物理参量包括显示尺寸、幅型比、分辨率和像素格式。显示尺寸通常用显示屏的对角线长度来描述，单位为英寸。例如，15英寸新时期意味着可视区域的对角线长度的15英寸（38.1cm）。根据显示宽度大于、等于或小于显示高度，显示格式分为三种：横向、等幅和纵向。大多数监视器和电视机都采用横向格式，其宽度与高度之比称为幅型比（Aspect Ratio），典型值为4:3,16:9或16:10[9]。
液晶显示一般以“点矩阵”方式显示图像和字符。为了提高分辨率，可以采用更多的像素点。表1.1列出了一些显示器的标准分辨率[10]。
表1.1 标准分辨率
缩写 分辨率
VGA 640 480
SVGA 800 600
XGA 1024 768
SXGA 1280 1024
UXGA 1600 1200
WXGA 1366 4768
WSXGA 1680 1050
WUXGA 1920 1200
例如，VGA表示每行有640个点，每列有480个点，较高的分辨率通常具有更好的图像质量。表1.1列举的以字母W开头的分辨率，表示幅型比大于4:3的宽屏。一旦分辨率、显示尺寸和幅型比已知，就可以得到像素的节距。例如幅型比为4:3、分辨率为UXGA的19英寸显示器，其像素节距为190.5 .需要寿命的是并不是所有的像素区域都对显示有贡献。一个像素的显示区域与整个像素区域的比值称为“填充因子”或者“开口率”，其最大值为100%[11]。
摘 要
不同温度下,液晶的转动黏度之间有着极大的悬殊，而液晶的转动黏度又影响着液晶响应速度的快慢，液晶响应速度的快慢在实验室条件下通常使用液晶的响应时间来描述。所以，研究在不同温度下的液晶显示器件的工作特性，主要就是研究不同温度下液晶显示器件的响应时间，在其外部环境都相同，只有温度不同情况下，找出液晶响应时间的最快时的温度值，对于提高液晶显示器件的工作特性具有直接现实意义。本课题的目的就是比较不同温度下液晶的响应时间和响应速度，找到提高液晶工作特性的方向。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:液晶显示器转动黏度响应时间温度
目 录
1. 引言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2液晶显示器的性能指标 2
1.2.1 物理参量 2
1.2.2对比度 3
1.2.3响应时间和空间特性 4
1.3课题研究目的及意义 5
2. 液晶的物理机制 7
2.1 液晶材料 7
2.2 转动黏度 7
2.3 弹性常数 8
3. 实验设计与实验数据分析 9
3.1 总体设计方案 9
3.2 光电综合试验仪 9
3.2.1 模式转换开关 9
3.2.2 扩展接口 10
3.2.3 开关矩阵 10
3.3 数字示波器 10
3.4 信号适配器 10
3.5实验步骤与结果 11
3.5.1实验步骤: 11
3.5.2实验结果: 13
4. 液晶响应时间的计算和实验分析 14
4.1 液晶响应时间理论计算 14
4.2实验所得结论 16
4.3实验模拟结果 17
4.4实验误差分析 18
4.4.1模拟与实验结果对比 18
4.4.2误差原因分析 18
4.4.3实验结论 18
结束语 20
参考文献 21
致谢 22
附录 23
源程序代码 23
1. 引言
1.1 课题研究背景
对于现代人来说，显示器，作为一种信息传播的一种载体，随着科学技术的不断完善与人们对于显示技术认识的不断加深，这种传播信息的载体在我们生活中所占的比重越来愈大，好的显示技术可以让人们在生活中有着舒适的享受和更加精准的判断，而不成熟的显示技术，让人们在获取媒体信息相关知识的时候感觉不到现代科学与技术的发展给我们带来的便利和美感。从目前的发展状况来说，在日常生活中应用的显示技术主要有两类，一类是基于电子束与显像管的老一代的显示技术，从目前来看，这种显示技术退出历史，被新的显示技术所取代已经是铁板钉钉的事实，不可违背的历史潮流。
尽管液晶材料在一个世纪以前就被发现了，但其有用的电光响应和稳定性仅在20世纪60年代后期和70年代才被开发。在早期，无源矩阵LCD被用于电子计算器和手表[1]。随着TFT、彩色滤光膜和低压液晶效应的发展，有源矩阵LCD逐步进入笔记本电脑、桌面显示器和电视机市场。
为了满足这些广泛的应用，研究人员已经开发出三种类型的液晶显示：透射式、反射式和透反式。透射式LCD可进一步划分为投影式和直视式。在小尺寸、高分辨率LCD中，像素尺寸大约为40 40 。此时，开口率变得极为重要，因为它会影响光的输出。通常使用多晶硅（p-Si）TFT[1]增大开口率，因为他的开口率要比非晶硅（a-Si）高两个数量级。高的电子迁移率允许使用更小的TFT，从而增大了开口率[2]。对于直视透射式TFT LCD，其像素远大于微显示的像素尺寸。尽管a-Si的电子迁移率相对较低，但是已经能满足使用了。a-Si易于加工，并且有较好的均匀性。因此，a-Si TFT LCD主导了大屏显示的市场。
同样的，反射式LCD也可以分为投影式和直视式两种类型。在投影式LCD中使用硅基液晶（LCoS），像素尺寸可以做到10 10 ，主要得益于单晶硅（c-Si）的高电子迁移率。在LCoS器件中，驱动电路隐藏在金属反射镜的下方，因此，开口率可以达到90%,所显示的图像与电影胶片相当[3]。然而，大多数反射式直视LCD使用了a-Si TFT和圆偏光片，他们在阳光下的可阅读性非常好，但是在较暗的环境中就不能阅读了，因此，反射式LCD的应用非常有限。
为了同时保持高质量的投射显示和阳光下好的阅读性，一种具有混合结构的TR-LCD被开发出来。在TR-LCD中，每个像素被分为两个子像素：一个子像素用于投射显示，另一个子像素用于反射显示，在相对普通环境较暗的环境下，背光点亮，TR—LCD工作于透射式显示模式，在直射阳光下，TR-LCD工作于反射显示模式[5]。因此，TR—LCD的动态范围非常宽，其功能性并不依赖于环境光条件。TR—LCD已经广泛的应用于便携式器件，如移动电话。
PDP（等离子显示）的经典结构和工作原理与荧光灯类似。在荧光灯管结构中，在荧光灯管内部的两端放置两个灯丝电极，内壁涂覆荧光粉，并充入氩和汞的混合气体[7]。当两端电极施加一定的电压时，气体放电就会产生等离子体。根据等离子体的能级系统，峰值波长为254nm的紫外（UV）辐射就会产生。而UV辐射激发荧光灯管内部的荧光粉，从而发出可见光。
PDP的工作原理与荧光灯类似， PDP中采用的气体通常是氖气和氙气的混合气体[8]。氖气和氙气放点产生的紫外辐射峰值波长为147nm和173nm，属于真空紫外（UV）区。由于VUV会被空气强烈吸收，他只能在真空中传播。尽管PDP的结构与荧光灯相类似，都有两个电极、荧光粉和放点气体，但PDP需要一个额外的障壁结构来维持上基板和下基板之间的放电空间。由于受到障壁结构的限制，PDP的单元尺寸不能做的太小。此外，由于产生等离子体的需要，PDP工作电压较高，高的工作电压就需要高压驱动IC，从而导致驱动电路的成本高。与LCD相比，PDP的视角更宽，响应速度更快，工作温度范围更宽，换句话说，对于大屏显示，从静态图像带运动图像，从低温环境带高温环境，从个人使用带公共使用，PDP仍然不失为一种比较不错的选择。
通过比较两者优缺点不难发现，液晶显示更适用于小屏显示和个人应用，而PDP在大屏公共显示领域有着自己的优势。为了进一步提高液晶的显示效果，缩短液晶的响应时间，很多研究学者和企业从不同的环境温度着手，研究液晶表面温度对于液晶响应时间的影响，来找出缩短液晶显影时间，提高液晶显示特性的最优环境温度值。
1.2液晶显示器的性能指标
1.2.1 物理参量
液晶显示的基本物理参量包括显示尺寸、幅型比、分辨率和像素格式。显示尺寸通常用显示屏的对角线长度来描述，单位为英寸。例如，15英寸新时期意味着可视区域的对角线长度的15英寸（38.1cm）。根据显示宽度大于、等于或小于显示高度，显示格式分为三种：横向、等幅和纵向。大多数监视器和电视机都采用横向格式，其宽度与高度之比称为幅型比（Aspect Ratio），典型值为4:3,16:9或16:10[9]。
液晶显示一般以“点矩阵”方式显示图像和字符。为了提高分辨率，可以采用更多的像素点。表1.1列出了一些显示器的标准分辨率[10]。
表1.1 标准分辨率
缩写 分辨率
VGA 640 480
SVGA 800 600
XGA 1024 768
SXGA 1280 1024
UXGA 1600 1200
WXGA 1366 4768
WSXGA 1680 1050
WUXGA 1920 1200
例如，VGA表示每行有640个点，每列有480个点，较高的分辨率通常具有更好的图像质量。表1.1列举的以字母W开头的分辨率，表示幅型比大于4:3的宽屏。一旦分辨率、显示尺寸和幅型比已知，就可以得到像素的节距。例如幅型比为4:3、分辨率为UXGA的19英寸显示器，其像素节距为190.5 .需要寿命的是并不是所有的像素区域都对显示有贡献。一个像素的显示区域与整个像素区域的比值称为“填充因子”或者“开口率”，其最大值为100%[11]。
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