平板顯示技術(shù)：第三章液晶與液晶顯示器

1、1l 按照液晶的形成條件分類按照液晶的形成條件分類l以分子以分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)來來區(qū)區(qū)分分3.1.2 液晶的分類液晶的分類Polymeric LC2Thermotropic (Thermotropic (熱熱致液晶致液晶) ) : : (a) (a)一定溫度范圍內(nèi)才呈液晶態(tài)的物質(zhì)，一定溫度范圍內(nèi)才呈液晶態(tài)的物質(zhì)，因因溫度溫度的改的改變變而而產(chǎn)生相變產(chǎn)生相變 (b) (b)具有具有顯著顯著的光的光電電特性，特性，應(yīng)用于顯應(yīng)用于顯示器示器Lyotropic (Lyotropic (溶致液晶溶致液晶) :) : (a) (a)將某些物質(zhì)溶于另一物質(zhì)時形成的液態(tài)物質(zhì)，將某些物質(zhì)溶于另一物質(zhì)時形成的液態(tài)物質(zhì)，

2、因溶於溶因溶於溶劑劑中中濃度濃度比例的改比例的改變變而而產(chǎn)產(chǎn)生相生相變變 (b) (b)特別特別存在存在于于生物生物體組織體組織中中 (c) (c)對溫度反應(yīng)敏感對溫度反應(yīng)敏感，在生物科技，在生物科技領(lǐng)域占領(lǐng)域占重要地位重要地位 3 高分子液晶又高分子液晶又稱為稱為聚合物液晶，其基本聚合物液晶，其基本單體單體是由是由長長條條狀或狀或圓盤狀圓盤狀的液晶分子形成液晶基元的液晶分子形成液晶基元(Mesogens) ，再再與與聚合物相連接形成主聚合物相連接形成主鏈鏈(main chain) ，或嵌在聚合，或嵌在聚合物兩物兩側(cè)側(cè)形成形成側(cè)鏈側(cè)鏈(side chain) 。主主鏈鏈型型側(cè)鏈側(cè)鏈型型4分子形

3、狀排列方式長條狀(Rod-like) 圓盤狀(Disc-like) 3. 膽固醇相 (Cholesteric) 1. 向列相 (Nematic) 2. 近晶相(層列相) (Smectic)1. 圓柱相(Columnar) 2. 向列相(Nematic) Thermotropic (熱致液晶)板條狀(Lath-like)熱熱 致致 液液 晶晶 分分 類類5678910堅硬部 柔軟部分 縫隙部末端部剛性部縫隙部末端部液晶的混合技術(shù)液晶的混合技術(shù)：通過混合多種單質(zhì)材料，通過混合多種單質(zhì)材料， 可以得到單質(zhì)可以得到單質(zhì)液晶中得不到的功能與性質(zhì)，如加寬液晶的溫度帶、降低黏度液晶中得不到的功能與性質(zhì)，如加

4、寬液晶的溫度帶、降低黏度使響應(yīng)速度加快、獲得合適的光學(xué)各向異性等。使響應(yīng)速度加快、獲得合適的光學(xué)各向異性等。 a mixture of two LC compounds can offer a much larger temperature range that exhibits the nematic phase for LCD applications。the melting point, clearing point, De, elastic constants, Dn, and viscosity depend on the mixture ratio。顯示用液晶材料顯示用液晶材料通常

5、由通常由10種左右的分子組成種左右的分子組成11相變溫度（熔點相變溫度（熔點mp、清亮點、清亮點cp），），介電各向異性（介電各向異性（），），折光各向異性（折光各向異性（n）粘度（粘度（），），彈性常數(shù)（彈性常數(shù)（K）等。）等。3.1.4 液晶顯示材料的物理性能液晶顯示材料的物理性能一般單化合物液晶分子（單體液晶）具有下列物理性質(zhì)：一般單化合物液晶分子（單體液晶）具有下列物理性質(zhì)： 任何有機化合物的性能取決于其分子結(jié)構(gòu)，液晶化合任何有機化合物的性能取決于其分子結(jié)構(gòu)，液晶化合物也不例外，液晶化合物的特性由液晶化合物的分子結(jié)構(gòu)物也不例外，液晶化合物的特性由液晶化合物的分子結(jié)構(gòu)決定，即，決定，即，

6、液晶分子結(jié)構(gòu)的各向異性決定液晶性質(zhì)的各向液晶分子結(jié)構(gòu)的各向異性決定液晶性質(zhì)的各向異性。異性。12A. 相變溫度（熔點相變溫度（熔點mp、清亮點、清亮點cp）液晶相（介晶相）：指化合物從熔點到清亮點之間的溫度。液晶相（介晶相）：指化合物從熔點到清亮點之間的溫度。清亮點：化合物從液晶態(tài)到各向同性的液態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度。清亮點：化合物從液晶態(tài)到各向同性的液態(tài)的轉(zhuǎn)化溫度。熔點熔點清亮點清亮點13B. 介電各向異性（介電各向異性（）=- 14C. 折光各向異性（折光各向異性（n）n= ne-no 15D. 彈性常數(shù)彈性常數(shù)展曲扭曲彎曲介電常數(shù)和彈性常數(shù)共同決定閾值電壓。介電常數(shù)和彈性常數(shù)共同決定閾值電壓。16

7、粘度是流體內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性。粘度是流體內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性。粘粘度越小，顯示器的響應(yīng)速度越快。度越小，顯示器的響應(yīng)速度越快。粘度、盒厚、驅(qū)動電壓和溫度決定響應(yīng)時間。粘度、盒厚、驅(qū)動電壓和溫度決定響應(yīng)時間。17液晶材料的常用檢測方法液晶材料的常用檢測方法 在研制某種混合液晶材料中，通常要使用許多測試在研制某種混合液晶材料中，通常要使用許多測試方法來評價混合液晶材料的性能指標是否達到要求，如果方法來評價混合液晶材料的性能指標是否達到要求，如果評價不符合要求，即返回基礎(chǔ)配方，重新選擇添加劑進行評價不符合要求，即返回基礎(chǔ)配方，重新選擇添加劑進行配制，經(jīng)過往復(fù)數(shù)次才能實現(xiàn)配方的最后定

8、型。配制，經(jīng)過往復(fù)數(shù)次才能實現(xiàn)配方的最后定型。 一般一般相變溫度相變溫度測試用測試用DSC或溫臺或溫臺+POM法。法。組成測定組成測定用用GC或或HPLC方法。方法。電阻率電阻率測試用微電流計加電極。測試用微電流計加電極。光電性能光電性能測試用液晶綜合參數(shù)測試儀。測試用液晶綜合參數(shù)測試儀。粘度粘度測試用粘度測試儀。測試用粘度測試儀。光學(xué)各項異性光學(xué)各項異性用偏光折射儀。用偏光折射儀。1819介電異向性介電異向性 /- - 是液晶顯示器件原理的基礎(chǔ)。是液晶顯示器件原理的基礎(chǔ)。液晶液晶1. 1. 介電各向異性介電各向異性1 1、正性液晶（、正性液晶（NP)NP)：偶極矩平行于分子長軸。：偶極矩平行

9、于分子長軸。 2 2、負性液晶（、負性液晶（Nn)Nn)：偶極矩垂直于分子長軸。：偶極矩垂直于分子長軸。3 3、介電轉(zhuǎn)換液晶（、介電轉(zhuǎn)換液晶（DT)DT)：在低頻電場或高頻：在低頻電場或高頻電場作用下，分子長軸方向與分子永久電偶電場作用下，分子長軸方向與分子永久電偶極矩的夾角極矩的夾角 可由可由0 0到到 /2/2變化。變化。正負性液晶在電場作用下分子的行為正負性液晶在電場作用下分子的行為0 00 02021液晶的光學(xué)性質(zhì)：液晶的光學(xué)性質(zhì)：2223TFT-LCD用液晶材料高電阻率高電阻率對紫外光的高穩(wěn)定性（無分解）對紫外光的高穩(wěn)定性（無分解）如果電阻率不高盒內(nèi)電壓降減小 電壓保持率（液晶上實際

10、電壓的維持效果）劣化 材料在紫外光下的分解會產(chǎn)生離子，也會使實效材料在紫外光下的分解會產(chǎn)生離子，也會使實效電壓下降。電壓下降。24折射率差值折射率差值過大，大視角處會出現(xiàn)色反轉(zhuǎn)；折射率差值過小，對比度低下。一般0.08為宜。 介電常數(shù)的各向異性大，驅(qū)動電壓低。25IPS模式的液晶材料視角特性優(yōu)良、電壓保持特性好的顯示模式。使用氰基化合物。VA模式的液晶材料加電場時液晶分子為平行基板面的排列。分子長軸方向的介電率小于分子短軸方向的。262728minmaxTT對比度29（5 5）陡度）陡度 和比和比陡度陡度 ： thsVV 由于由于V Vs sV Vthth，所以，所以 總是大于總是大于1 1的

11、數(shù)值，的數(shù)值， 的的極限值為極限值為1 1。在電光曲線中，。在電光曲線中， V Vs s越接近越接近V Vthth時，則時，則電光曲線越陡。一般電光曲線越陡。一般TNTN效應(yīng)液晶的效應(yīng)液晶的 1.41.4 1.61.6。11thsthVVV30（6 6）響應(yīng)時間）響應(yīng)時間 對于正型電光曲線，上升對于正型電光曲線，上升時間時間 r r為透光強度由為透光強度由9090降到降到1010所需的時間；所需的時間；下降時間下降時間 d d為透光強度由為透光強度由1010上升到上升到9090所需的時間。所需的時間。 r r和和 d d與液晶材料、粘滯與液晶材料、粘滯系數(shù)系數(shù) 、彈性常數(shù)、彈性常數(shù)k k、液晶

12、盒厚、液晶盒厚度、螺距度、螺距P P、外電壓、外電壓V V大小、不大小、不同的表面處理等有關(guān)。同的表面處理等有關(guān)。 31反射式反射式TN型液晶顯示器件結(jié)構(gòu)圖型液晶顯示器件結(jié)構(gòu)圖反射器由一個漫反射器和一個鏡面組成，它們粘附在底玻璃外表面反射器由一個漫反射器和一個鏡面組成，它們粘附在底玻璃外表面上。上。特點：可以利用外界光，節(jié)省功耗，在陽光下圖象不會被沖刷。特點：可以利用外界光，節(jié)省功耗，在陽光下圖象不會被沖刷。3233液晶結(jié)構(gòu)特性介于晶體和液體之間，是有序的流體。液晶結(jié)構(gòu)特性介于晶體和液體之間，是有序的流體。液晶能像晶體一樣發(fā)生雙折射、布拉格反射、衍射液晶能像晶體一樣發(fā)生雙折射、布拉格反射、衍射

13、及旋光效應(yīng)。及旋光效應(yīng)。在外場作用下會產(chǎn)生熱光、電光或磁光效應(yīng)。在外場作用下會產(chǎn)生熱光、電光或磁光效應(yīng)。 當液晶盒充入向列相液晶，把兩玻璃片繞在他們互相垂直當液晶盒充入向列相液晶，把兩玻璃片繞在他們互相垂直的軸扭轉(zhuǎn)的軸扭轉(zhuǎn)90，向列相液晶的內(nèi)部就發(fā)生扭曲，形成具有，向列相液晶的內(nèi)部就發(fā)生扭曲，形成具有扭曲排列的向列型液晶盒。扭曲排列的向列型液晶盒。 在上述液晶盒前后放置起偏器和檢偏器，并使其偏振化方在上述液晶盒前后放置起偏器和檢偏器，并使其偏振化方向平行。向平行。 不施加電場時，白光射入后，液晶盒會使入射光的偏振光不施加電場時，白光射入后，液晶盒會使入射光的偏振光軸順從液晶分子的扭曲而旋轉(zhuǎn)軸順

14、從液晶分子的扭曲而旋轉(zhuǎn)90。旋光效應(yīng)旋光效應(yīng)34雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 對液晶施加電場，使液晶的排列方向發(fā)生變化，因為排列方對液晶施加電場，使液晶的排列方向發(fā)生變化，因為排列方向的改變，按照一定的偏振方向入射的光，將發(fā)生雙折射。向的改變，按照一定的偏振方向入射的光，將發(fā)生雙折射。雙折射現(xiàn)象是液晶的重要特性，與晶體特性相似。雙折射現(xiàn)象是液晶的重要特性，與晶體特性相似。 單軸晶體有兩個不同的主折射率，單軸晶體有兩個不同的主折射率， n= n/ - n 液晶的光軸可以由外電場改變，雙折射光束間的相位差也隨液晶的光軸可以由外電場改變，雙折射光束間的相位差也隨之變化。之變化。 入射光為復(fù)色光時，出射光的顏

15、色也隨之變化。入射光為復(fù)色光時，出射光的顏色也隨之變化。 因為具有雙折射性，當入射光的前進方向偏于分子長軸方向：因為具有雙折射性，當入射光的前進方向偏于分子長軸方向： 能夠改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)或方向能夠改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)或方向 能使入射偏振光以左旋光或右旋光進行反射或透射。能使入射偏振光以左旋光或右旋光進行反射或透射。353637383940414243反射式反射式LCD顯示原理顯示原理444546464748MIM液晶顯示器件的電極排布49505151 金屬金屬-絕緣體絕緣體-金屬二極管（金屬二極管（MIM） 二端有源液晶顯示器件二端有源液晶顯示器件 MIM液晶顯示器件結(jié)構(gòu)液晶顯示器件結(jié)構(gòu)

16、a) 俯視俯視 b) AA剖面剖面5253MIM尋址矩陣液晶顯示屏的制備工藝5455L C D上玻璃基板下玻璃基板上電極下電極上偏振片下偏振片反射板TN液晶材料封接膠透明電極引線透明電極引線透明玻璃注液晶口封接膠框液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖液晶顯示器的結(jié)構(gòu)圖5657585959606162636465定向?qū)油扛玻涸诓ＡП砻婢鶆蛲扛惨粚佣ㄏ驅(qū)佣ㄏ驅(qū)油扛玻涸诓ＡП砻婢鶆蛲扛惨粚佣ㄏ驅(qū)?絲印成盒：將上下兩片玻璃用絲印膠黏結(jié)在一起，形絲印成盒：將上下兩片玻璃用絲印膠黏結(jié)在一起，形成一個空盒成一個空盒 666768在在B處正視屏幕看到的是處正視屏幕看到的是正常的中灰階畫面，而在正常的中灰階畫面，而在A或者或者C

17、處看到的卻是高灰處看到的卻是高灰階和低灰階階和低灰階 69707172WV Film + TN LCD（FujiFilm）MVA: Mutil-domain Vertical Alignment（FUJITSU）IPS: In Plane Switching（HITACHI, Matsushita, Mitsubishi）FFS: Fringe Field Switching（BOEHYDIS）PVA: Patten Vertical Alignment（SAMSUNG）OCB: Optically Compensated Bend（PANASONIC）ASV: Advanced Super

18、View (SHARP)主要寬視角技術(shù)主要寬視角技術(shù)73747576技術(shù)特點：技術(shù)特點：與TN LCD現(xiàn)有技術(shù)兼容；技術(shù)準入門檻低。不足：不足：視角改善不夠理想（120左右）；對現(xiàn)有TN LCD顯示性能改善有限。7778798081Cross-sectional ViewElectric FieldProtrusion in CFCommon electrodePixel electrode新型結(jié)構(gòu)新型結(jié)構(gòu)技術(shù)特點：技術(shù)特點：響應(yīng)速度快（160）。技術(shù)不足：技術(shù)不足：驅(qū)動電壓高（13.5V）；液晶注入時間較長；工藝復(fù)雜成本高。技術(shù)發(fā)展：技術(shù)發(fā)展：Super MVA（1996），Premium

19、MVA。主要應(yīng)用面板廠家：主要應(yīng)用面板廠家：奇美電子，友達光電等8283848586技術(shù)特點：技術(shù)特點：液晶分子面內(nèi)翻轉(zhuǎn)；視角范圍廣（160），圖像顯示性能佳。技術(shù)不足：技術(shù)不足：驅(qū)動電壓高（15V）；開口率低，亮度不足。技術(shù)發(fā)展：技術(shù)發(fā)展：Super-IPS，Advanced Super-IPS。主要應(yīng)用面板廠家：主要應(yīng)用面板廠家：LG Philips等8788 OnSuper IPSIPSContrast ratio: 200 350 Viewing angle(35:1):110.150160.160 Response time: 40 30 ms89909192 19961996年年H

20、YDISHYDIS提出了其廣視角專利技術(shù)提出了其廣視角專利技術(shù) 邊緣場開關(guān)邊緣場開關(guān)FFSFFS技術(shù)技術(shù) 19991999年該技術(shù)被成功應(yīng)用于年該技術(shù)被成功應(yīng)用于15in XGA15in XGA級級Tablet PCTablet PC產(chǎn)品產(chǎn)品 20012001年開發(fā)了年開發(fā)了Ultra FFSUltra FFS（雙疇）技術(shù)并應(yīng)用于顯示器（雙疇）技術(shù)并應(yīng)用于顯示器 20032003年年1 1月京東方全資收購了韓國月京東方全資收購了韓國HYDISHYDIS（BOEHYDISBOEHYDIS）， 從而擁有了從而擁有了FFSFFS廣視角技術(shù)。廣視角技術(shù)。 20042004年年BOEHYDISBOEHY

21、DIS提出了性能更優(yōu)異的提出了性能更優(yōu)異的AFFSAFFS廣視角技術(shù)廣視角技術(shù)93In Plane SwitchingFringe Field SwitchingC/FC/FEdwldwlIPSFFSl/dl/wFieldElectrodes1 1 1Ey, Ez (Fringe Field)Ey (In Plane)1Folded ITOMetalsFFSFFS和和IPSIPS技術(shù)比較技術(shù)比較VcomVpixel透光區(qū)9495 廣視角和高亮度廣視角和高亮度鈍化層公共電極像素電極取向?qū)覩lassGlass透光光源透光IPSGlassGlass光源透光FFSGlass 液晶分子 電場 偏振片 偏振片 偏振片 電場 液晶分子 偏振片96979899100IPSMVAFilm+TNDual TNTNFFS窄 視角 寬高 穿透率 低 SE, PVAFFS技術(shù)特點技術(shù)特點： 采用采用6 Mask工藝工藝 像素電極和公共電極由透明金屬構(gòu)成像素電極和公共電極由透明