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第一章 液晶基础知识第一章 液晶基础知识1.1 液晶的类型及结构液晶的类型及结构1.2 液晶的物理特性液晶的物理特性1.3 液晶的光电特性液晶的光电特性1.4 液晶显示器件简介液晶显示器件简介1.1 液晶的类型及结构液晶的类型及结构1 向列型液晶向列型液晶(丝状液晶丝状液晶)2 近晶型液晶近晶型液晶(层状液晶层状液晶)3 胆甾型液晶胆甾型液晶(螺旋状液晶螺旋状液晶)什么是液晶？液晶的发现液晶的发现可追溯到19世纪末，1888年奥地利的植物学家FReinitzer在作加热胆甾醇的苯甲酸脂实验时发现，当加热使温度升高到一定程度后，结晶的固体开始深解。但溶化后不是透明的液体，而是一种呈混浊态的粘稠液体，并发出多彩而美丽的珍珠光泽。当再进一步升温后，才变成透明的液体。这种混浊态粘稠的液体是什么呢？他把这种粘稠而混浊的液体放到偏光显微镜下观察，发现这种液体具有双折射性。于是德国物理学家DLeimann将其命名为“液晶”，简称为“LC”。在这以后用它制成的液晶显示器件被称为LCD。液晶态是物质的一种形态液晶实际上是物质的一种形态，也有人称其为物质的第四态。液晶分为两大类：溶致液晶和热致液晶。前者要溶解在水或有机溶剂中才显示出液晶态，后者则要在一定的温度范围内才呈现出液晶状态。作为显示技术应用的液晶都是热致液晶。3.1、液晶基本知识、液晶基本知识1.互变相变（可逆相变）2.单变相变液晶分类（按热致液晶分子排列状态）向列相液晶（Nematic）又称丝状液晶 向列液晶在偏光显微镜下的图向列型液晶由长径比很大的棒状分子组成，保持与轴向平行的排列状态。因为分子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由移动，所以像液体一样富于流动性。正由于向列型液晶分子的这种一致排列，使得它的光学特性很像单轴晶体，呈正的双折射性。对外界的电、磁、温度、应力都比较敏感，是显示器件上广泛使用的材料。近晶相液晶（Smectic）又称层状液晶 隧道显微镜下的近晶相层状液晶近晶相液晶按层状排列，由棒状或条状分子呈二维有序排列组成。层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列。层与层之间的作用较弱，容易滑动，因此具有二维的流动特性。近晶相液晶的粘度与表面张力都较大，用手摸有似肥皂的滑涩感，对外界的电、磁、温度变化都不敏感。这种液晶光学上显示正的双折射性。胆甾相液晶（Cholestevic），也称螺旋状液晶 胆甾型液晶和近晶型一样具有层状结构，但层内分子排列则与向列型液晶类似，分子长轴在层内是相互平行的，而在垂直这个平面上，每层分子都会旋转一个角度。液晶整体呈螺旋结构。螺距的长度是可见光波长的数量级。由于胆甾型液晶的分子排列旋转方向可以是左旋，也可以是右旋，当螺距与某一波长接近时，会引起这个波长光的布拉格散射，呈某一种色彩。胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改变颜色。向列型液晶向列型液晶:正的双折射效应正的双折射效应近晶型液晶近晶型液晶:正的双折射效应正的双折射效应胆甾型液晶胆甾型液晶:负的双折射效应负的双折射效应1.2 液晶的物理特性液晶的物理特性1 有序参量有序参量2 各向异性各向异性3 弹性常数弹性常数4 临界电场临界电场1.3 液晶的光电特性液晶的光电特性1 液晶的各向异性液晶的各向异性 2 液晶的双折射液晶的双折射3 液晶的电光效应液晶的电光效应液晶的光电特性液晶的光电特性（1）液晶的各向异性P型液晶（0）正介电各向异性液晶N型液晶（0，即向列液晶一般都呈现正单轴晶体的光学性质。胆甾型液晶具有负单轴晶体的光学性质，这是因为：液晶器件所基于的三种光学特性 由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下光学特性：1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转；）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转；2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化；）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化；3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。液晶的电光效应液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。液晶的电光效应在液晶显示器的设计中被广泛采用。目前发现的电光效应种类很多，产生电光效应的机理也较为复杂，但就其本质来讲都是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变形的结果。1 液晶的各向异性液晶的各向异性P型液晶型液晶N型液晶型液晶阈值电压阈值电压2 液晶的双折射液晶的双折射向列相液晶向列相液晶 正单轴晶体光学性质正单轴晶体光学性质胆甾相液晶胆甾相液晶 负单轴晶体光学性质负单轴晶体光学性质2 液晶的双折射液晶的双折射 由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性,所以具有以下光学特性以下光学特性:1 能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转;2 使入射光的偏光状态及偏光轴方向发生变化使入射光的偏光状态及偏光轴方向发生变化;3 使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透射或反射使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透射或反射.3 液晶的电光效应液晶的电光效应1.4 液晶显示器件简介液晶显示器件简介1 动态散射型液晶显示器件动态散射型液晶显示器件(DS-LCD)2 扭曲向列液晶显示器件扭曲向列液晶显示器件(TN-LCD)3 超扭曲向列液晶显示器件超扭曲向列液晶显示器件(STN-LCD)1 动态散射型液晶显示器件动态散射型液晶显示器件(DS-LCD)动态散射（动态散射（DS-LCD）型液晶显示器件）型液晶显示器件（1968年年1972年）年）在不通电的情况下，液晶盒呈透明状态。当通过低频交流电时，当电压超过阈值电压Uth时，在液晶层内形成一种因离子运动而产生的“威廉畴（Williams）”，继续增加电压，最终会使液晶层内形成紊流和扰动，并对光产生强烈的散射。DS液晶显示器件是无偏振片结构，电流较大，一般在背面衬以黑色衬底。.2 扭曲向列液晶显示器件扭曲向列液晶显示器件(TN-LCD)扭曲向列液晶显示器件（扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD）（）（1971年年1984年）年）属第二代液晶显示器件。它是最常见的一种液晶显示器件。将两块涂有导电透明电极氧化锢锡In2O3-SnO2（简称ITO）薄膜的玻璃板中间夹有介电各向异性为正的向列相液晶，厚度约为数微米。玻璃基板表面做平行取向处理，即涂敷一层聚酰亚胺聚合物薄膜，用摩擦的方法在表面开成方向一致的微细沟糟。在保证两块基板上沟糟方向正交的前提下，形成一个间隙为几个微米的液晶盒。由于内表面涂有定向层膜，在盒内液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于两片玻璃内表面定向层定向处理的方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈90扭曲，这就是扭曲向列液晶器件名称的由来。当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在外电场作用时，由线偏光经过扭曲向列液晶的旋光特性决定，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋转了90的偏振光可以通过。因此呈透光态。在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片，呈暗态。这种黑色的显示称正显示。同样如果将偏振片平行放置，则可得到负显示。扭曲效应的阈值电压为 式中，为弯曲弹性常数；为扭曲弹性常数；为展面弹性常为；为上下玻璃基板平行处理后的扭曲角。由式可知 越大，越小，有几种 很大的液晶，可使 下降到1.0V左右。TN-LCD工作原理用TN-LCD制作的常用液晶显示器件1971年瑞士人发明了扭曲向列型(TN)液晶显示器,日本厂家使TN-LCD技术逐步成熟，又因制造成本和价格低廉，使其在七八十年代得以大量生产，从而成为主流产品。在1979 年1984年间，其产量年均增长38%,成本年递减18%，销售额年增长12%，这使LCD在显示器件领域的地位仅次于CRT。LCD的高速发展引起了世界电子业界的极大关注,对LCD技术研究投入的力量和资金与日俱增。TN-LCD的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数（16线以下）驱动的简单字符显示。3 超扭曲向列液晶显示器件超扭曲向列液晶显示器件(STN-LCD)超扭曲向列液晶显示器件（超扭曲向列液晶显示器件（STN-LCD）（）（19851990年）年）第三代液晶显示器件。顾名思义，“超扭曲”即扭曲角大于90。TN型液晶显示器件缺点：电光响应前沿不够陡峭，反应速度慢，阈值效应不明显。使得大量显示和视频显示等受到了限制。图3.5 TN-LCD响应速度80年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到180270时，就可大大提高电光特性的响应速度。随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到270时，斜率达到无究大。曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角。图3.6 STN-LCD中中间层分子的倾斜角与约化电压的关系1985年1990年,LCD销售额年均增长率达32%。此阶段发展最快的是STN-LCD,它从发明到批量生产仅用了五年时间。由于STN-LCD具有扫描线多、视角较宽、对比度好等特点,很快在大信息容量显示的膝上型、笔记本型、掌上型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译机及其它办公和通信设备（手机）中获得广泛应用,并成为该时代的主流产品。1990年销售额15亿美元,占整个LCD市场的83%。此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！