液晶與液晶顯示材料

液晶與液晶顯示材料第1頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶材料與液晶顯示器的原理液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的分類(lèi)液晶的光電效應(yīng)液晶顯示器的基本原理第2頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀(jì)末，1888年奧地利的植物學(xué)家F·Reinitzer在作加熱膽甾醇的苯甲酸脂實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加熱使溫度升高到一定程度后，結(jié)晶的固體開(kāi)始溶解。但溶化后不是透明的液體，而是一種呈混濁態(tài)的粘稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當(dāng)再進(jìn)一步升溫后，才變成透明的液體。這種混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？他把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡下觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。于是德國(guó)物理學(xué)家D·Leimann將其命名為“液晶”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“LC”。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱(chēng)為L(zhǎng)CD。第3頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的偏光顯微照片第4頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六物質(zhì)的三態(tài)晶態(tài)（各向異性）非晶態(tài)（各向同性）氣態(tài)液態(tài)固態(tài)晶態(tài)：原子在空間呈有規(guī)則地周期性重復(fù)排列；非晶態(tài)：原子無(wú)規(guī)則排列。液晶態(tài)是一種介于晶態(tài)和液態(tài)之間的過(guò)渡狀態(tài)。具有液體的流動(dòng)性，微觀(guān)上分子位置無(wú)序，但結(jié)構(gòu)上排列長(zhǎng)程有序。有人將液晶態(tài)稱(chēng)之為物質(zhì)的第四態(tài)。第5頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六第6頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶高分子材料很多固態(tài)的高分子材料具有液晶態(tài)結(jié)構(gòu)，具有取向結(jié)構(gòu)。稱(chēng)之為液晶高分子。液晶高分子具有優(yōu)異的力學(xué)和物理性質(zhì)，應(yīng)用于許多重要領(lǐng)域。比如防彈衣、高氣密性包裝膜EVOH、LCD平板顯示器。第7頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶高分子材料

液晶的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史，但近20年來(lái)才獲得了快速的發(fā)展。這是因?yàn)橐壕Р牧系墓怆娦?yīng)被發(fā)現(xiàn)。因而被應(yīng)用在低電壓和輕薄短小的顯示組件上。目前液晶材料已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)顯示屏，電子表，手機(jī)，計(jì)算器等電子產(chǎn)品上。成為顯示工業(yè)不可或缺的重要材料。第8頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的分類(lèi)方法1.按照液晶的形成條件分類(lèi)2.按照分子排列的形式和有序性分類(lèi)第9頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六按照液晶的形成條件分類(lèi)

采用降溫的方法,既將熔融的液體降溫，當(dāng)降溫到一定程度后分子的取向有序化，從而獲得液晶態(tài)．作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液晶

有機(jī)分子溶解在溶劑中，使溶液中溶質(zhì)的濃度增加，溶劑的濃度減小，有機(jī)分子的排列有序而獲得液晶．溶致液晶熱致液晶第10頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六構(gòu)成液晶態(tài)的結(jié)構(gòu)單元１．棒狀分子２．盤(pán)狀分子３．由長(zhǎng)鏈或盤(pán)狀分子連接而成的柔性長(zhǎng)鏈聚合物４．由雙親分子自組裝而成的膜第11頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型向列型：

向列型液晶由長(zhǎng)徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。因?yàn)榉肿拥闹匦碾s亂無(wú)序，并容易順著長(zhǎng)軸方向自由移動(dòng)，所以像液體一樣富于流動(dòng)性。正由于向列型液晶分子的這種一致排列，使得它的光學(xué)特性很像單軸晶體，呈正的雙折射性。對(duì)外界的電、磁、溫度、應(yīng)力都比較敏感，是顯示器件上廣泛使用的材料。向列液晶在偏光顯微鏡下的圖第12頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型膽甾型：它包含著許多層分子，每層分子的排列方向相同，但相鄰兩層分子排列方向稍有旋轉(zhuǎn)，夾角約15分，層層疊成螺旋結(jié)構(gòu)，當(dāng)分子的排列旋轉(zhuǎn)了360°而又回到原來(lái)方向時(shí)，在這種分子排列完全相同的兩層間的距離稱(chēng)膽甾型液晶的螺距。第13頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的三種結(jié)構(gòu)類(lèi)型：近晶型：

棒狀分子相互平行地排列成層狀結(jié)構(gòu)，分子的長(zhǎng)軸垂直與層面．在層內(nèi)，分子的排列具有二維有序性，分子的質(zhì)心位置排列則是無(wú)序的，分子只能在本層內(nèi)活動(dòng)．在層間具有一維平移序，層間可以相互滑移．back第14頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶分子的光電性質(zhì)描述液晶分子光電性質(zhì)的重要物理量：

１．介電系數(shù)２．折射系數(shù)第15頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶分子的光電性質(zhì)

液晶分子大多由棒狀或碟狀分子形成,所以與分子長(zhǎng)軸平行或垂直方向的物理特征會(huì)有所差異，這就是液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性．由于液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性，所以液晶分子在介電系數(shù)和光電系數(shù)等光電系數(shù)上都具有異方性．第16頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶分子的光電性質(zhì)介電系數(shù)：介電系數(shù)可以分為與指向矢平行的分量和與指向矢垂直的分量。當(dāng)時(shí)稱(chēng)為介電系數(shù)異方性為正型的液晶?？梢杂迷谄叫信湮?。P型液晶當(dāng)時(shí)稱(chēng)為介電系數(shù)異方性為負(fù)型的液晶。只有用在垂直配位才能顯示所需的光電效應(yīng)。

N型液晶第17頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶短軸方向ε⊥液晶短軸方向ε∥在外電場(chǎng)作用下，分子的排列極易發(fā)生變化，P型液晶分子長(zhǎng)軸方向平行于外電場(chǎng)方向，N型液晶分子長(zhǎng)軸方向垂直于外電場(chǎng)方向。目前液晶顯示器主要應(yīng)用P型液晶。第18頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶分子的光電性質(zhì)折射系數(shù)：折射系數(shù)也同介電系數(shù)相似，依照與指向矢垂直與平行的方向分成兩個(gè)方向的向量．與指向矢平行的分量為，與指向矢垂直的分量為．

第19頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六由于液晶具有單軸晶體的光學(xué)各向異性，所以具有以下光學(xué)特性：1）能使入射光沿液晶分子偶極矩的方向偏轉(zhuǎn)；2）使入射的偏光狀態(tài)，及偏光軸方向發(fā)生變化；3）使入射的左旋及右旋偏振光產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的透過(guò)或反射。液晶器件基本就是根據(jù)這三種光學(xué)特設(shè)計(jì)制造的。液晶器件所基于的三種光學(xué)特性第20頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的光電效應(yīng)液晶材料在施加電場(chǎng)（電流）時(shí)，其光學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，這種效應(yīng)稱(chēng)為液晶的光電效應(yīng)。液晶的電光效應(yīng)在液晶顯示器的設(shè)計(jì)中被廣泛采用。目前發(fā)現(xiàn)的電光效應(yīng)種類(lèi)很多，產(chǎn)生電光效應(yīng)的機(jī)理也較為復(fù)雜，但就其本質(zhì)來(lái)講都是液晶分子在電場(chǎng)作用下改變其分子排列或造成分子變形的結(jié)果。第21頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶的光電效應(yīng)分類(lèi)第22頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶顯示器(LCD)的基本原理

１．偏振片透光原理２．液晶對(duì)光線(xiàn)的調(diào)制作用第23頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六偏振片透光原理：

偏振片只允許偏振方向與它的偏振化方向平行的光透過(guò)，如果讓兩個(gè)偏振片的偏振化方向相互垂直，由于第一次出射光的偏振方向與第二個(gè)偏振片的偏振化方向垂直，光不能通過(guò)第二個(gè)偏振片．第24頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

把液晶放在兩個(gè)偏振片之間，在向列型液晶中，棒狀分子的排列是彼此平行的．如果上下兩玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子將采取逐漸過(guò)渡的方式被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀．第25頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六

如果有光線(xiàn)進(jìn)入,通過(guò)第一個(gè)偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振方向.由于光線(xiàn)沿著分子排列的方向傳播，光線(xiàn)最終將從另一端射出．如果兩玻璃板之間加上電壓，分子排列方向?qū)⑴c電場(chǎng)方向平行，光線(xiàn)由于不能扭轉(zhuǎn)將不會(huì)通過(guò)第二個(gè)極板．第26頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六液晶顯示灰度（亮度）的變化

液晶顯示器就是利用這一特性，在上下兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿(mǎn)液晶，利用電場(chǎng)控制液晶的轉(zhuǎn)動(dòng)．不同的電場(chǎng)大小就會(huì)形成不同的灰階亮度．第27頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六TN-LCD的工作原理第28頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六在玻璃基片上沉積一層硅,通過(guò)印刷光刻等工序作成晶體管陣列,每個(gè)像素都設(shè)有一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其加工工藝類(lèi)似于大規(guī)模集成電路。再把液晶灌注在兩片玻璃之間,由于每個(gè)像素都可以通過(guò)點(diǎn)脈沖直接控制，因而，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都相對(duì)獨(dú)立，并可以進(jìn)行連續(xù)控制，這樣的設(shè)計(jì)不僅提高了顯示屏的反應(yīng)速度，同時(shí)可以精確控制顯示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，稱(chēng)為真彩

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第29頁(yè)，共31頁(yè)，2023年，2月20日，星期六TFT型液晶彩色顯示原理

對(duì)于TFT-LCD而言彩色濾光片