论文总字数：22809字

摘 要

自从上世纪70年代液晶显示器（liquid-crystal display,LCD）开始在日本大规模面世后，液晶显示技术伴随着集成电路的迅速发展而迅猛成长，液晶显示器也逐渐进入人们的日常生活，影响着人们生活的方方面面。

随着信息时代的到来，为适应人们对信息获取的更高要求，液晶显示器向着高分辨率化、轻便化、大屏幕化发展。其分辨率的不断提高，使得单个像素电极面积变得更小，像素之间的间距也随之减小，相邻两像素间的边缘场效应也变得不可忽略，器件的边缘场效应成为影响器件性能的一项重要因素。本文对高分辨率液晶器件的边缘场效应进行了深入研究，分析产生原因并对几种改善边缘场效应的方法进行了探讨。利用液晶专用仿真软件Techwiz对透射型TN-LCD（Twisted Nematic liquid-crystal display）和VA-LCD（Vertical Alignment liquid-crystal display）的边缘场效应进行仿真模拟，优化了器件的液晶材料参数和结构参数，如液晶盒的盒厚大小、液晶分子排列的预倾角。改善了器件的光电特性，提高了器件的光利用率。

关键字：LCD，高分辨率，TN，VA，边缘场效应

The optimization design on optical and electrical properties of Transmissive High-resolution Liquid Crystal Displays

ABSTRACT

Since the 1970s, there was large-scale LCD (liquid crystal display) available in Japan, with the rapid development of integrated circuits, the liquid crystal display technology also had rapid growth. LCDs gradually went into and affected every aspect of people's daily life.

With the advent of the information age, in order to meet the higher demands of accessing information, LCDs is developing more high-resolution, lighter, and lager-screen. Continuously improve the resolution of LCDs, the area of single pixel electrode becomes smaller, the distance between pixels is also decreased, the fringe field effects between the pixels can’t be negligible, the fringe field effects of device becomes an important factor in device performance. In this paper, there is an in-depth study on the fringe field effects of high-resolution liquid crystal device. analyzing the causes and discussing several ways to improve the fringe field effects. Using Techwiz, which is a liquid crystal dedicated simulation software, to simulate the fringe field effects of or transmission-type TN-LCD and VA-LCD. Optimizing the liquid crystal material and structural parameters, such as a liquid crystal cell gap size, pre-tilt angle of the arrangement of liquid crystal molecules. Improving the optical characteristics of the device, also the light utilization efficiency of the device.

Key word: LCD, high-resolution, TN, VA, fringe field effects

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录... III

第一章 绪论 1

1.1 LCD显示技术的发展历程与产品应用 1

1.2 LCD的国内外现状及发展前景 5

1.3 论文的主要工作与安排 8

第二章LCD的工作原理及其边缘场效应 9

2.1 LCD的工作原理 9

2.1.1液晶简介 9

2.1.2 LCD显示模式及其应用 14

2.2 LCD的边缘场效应 20

2.2.1 边缘场效应 20

2.2.2 透射型液晶显示器的边缘场效应 21

第三章 高分辨率LCD的边缘场的仿真设计及优化 23

3.1 概述 23

3.2 盒厚的选择 23

3.3预倾角的选择 28

第四章 总结与展望 31

4.1 总结 31

4.2 展望 31

致谢 33

参考文献 34

第一章 绪论

随着信息时代的到来，为适应人们对信息获取的更高要求，液晶显示器向着高分辨率化、轻便化、大屏幕化发展，传统的显示技术已经无法满足人们对信息的高需求。各式各样的新型显示技术应运而生。针对使用环境和观看需求的不同，开发出不同类型的显示器。显示画面越来越清晰，越来越细腻，产品更加轻便，比如屏幕拼接技术，投影技术等。近年来微型显示器日益受到关注，其使用微显示技术的优势在于在极小的单位面积上集成多个液晶像素以提高液晶显示器的分辨率。然而随着分辨率的提高，单个像素电极面积变得更小，像素之间的间距也随之减小，相邻两像素间的边缘场效应变得不可忽略^[1]。严重的边缘场效应，会影响对比度和显示效果，甚至在一定的情况下还会导致画面反转，严重影响显示质量^[2]。所以降低，甚至消除高分辨率液晶器件的边缘场是设计及研制时重点研究及优化的技术之一。

1.1 LCD显示技术的发展历程与产品应用

液晶显示器发展的动力来源于美国极力发展的墙挂式电视。在20世纪60年代，RCA的在普林斯顿的David Sarnoff研究中心提出了一台液晶电视的概念^[3,4]。并研制出了液晶显示器的早期原型，应用于液晶钟表、驾驶台显示器等产品^[5], RCA公司领导层曾将这些液晶发明列为企业的重大秘密，但是早期液晶产品存在的缺点加上硅工艺的限制，RCA公司未能将这些成果转化为大生产的产品。1968年RCA公司向世界公布了这批发明^[6]。次年2月，NHK向日本国内报导了这项改变LCD产业的消息，立刻引起日本科技界、工业界的极大重视。此时，半导体集成电路技术在日本国内已经迈入了一个较为成熟的阶段，公用办公领域已实现电子化，正从家庭电子化迈向个人电子化。个人电子化要求轻便、结构简单、功耗少，而液晶的物理特性刚好能与CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor）的特性相匹配,因而，以COMS工艺为基础的集成电路技术的发展，提升了高精度固态电子器件制造技术，也促进了液晶器件的大量生产^[6]。

1973年，在TN模式和氰基联苯液晶的结合下，袖珍型计算器和数字手表面世。这引起了袖珍式计算器和数字手表工业的腾飞。产品数量不断增加;例如，仅1973年，日本生产的袖珍计算器超过100万只，到1981年达到50万只。从上世纪80年代，计算器生产工业转向日本国外，国内生产变得平缓。日本的显示工程师开始集中他们的精力研制可以显示复杂的字母和字符的液晶器件，不再是只是简单的数字。为了实现这一目标，它们从仅能显示数字的段显示发展到矩阵显示。然而，当工程师试图增加矩阵中线的数量时，他们发现，与TN技术并不能满足这个要求。瑞士工程师提出的STN（Super Twisted-Nematic）技术解决了这一问题^[7]。

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