液晶與液晶顯示材料分析.ppt

1、液晶與液晶顯示材料,陳閩川周田制作,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 液晶的光電效應(yīng) 液晶顯示器的基本原理,液晶的發(fā)現(xiàn),1888年，奧地利植物學(xué)家萊尼茨爾在做加熱膽甾醇苯甲酸脂結(jié)晶的實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)：在145.5攝氏度時(shí)，結(jié)晶凝結(jié)成渾濁粘稠的液體，加熱到178.5攝氏度時(shí),形成了透明的液體 德國(guó)物理學(xué)家萊曼用偏光顯微鏡觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種材料有雙折射現(xiàn)象，他闡明了這一現(xiàn)象并提出了“液晶”這一學(xué)術(shù)用語(yǔ),液晶材料,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

2、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。,生活中的液晶顯示材料,back,液晶的分類方法,1.按照液晶的形成條件分類 2.按照分子排列的形式和有序性分類,按照液晶的形成條件分類,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),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,熔致液晶,熱致液晶,構(gòu)成液晶態(tài)的結(jié)構(gòu)單元,棒狀分子 盤狀分子 由長(zhǎng)鏈或盤狀分子連接而成的柔性長(zhǎng)鏈聚合物 由雙親分子自組裝而成的膜,液晶的三種結(jié)構(gòu)類型,向列型： 分子傾向于沿特定的方向排列，存在長(zhǎng)程的方序分子的質(zhì)

3、心位置分布卻是雜亂無(wú)章的，不存在長(zhǎng)程的位置序表現(xiàn)出液體的特征，具有流動(dòng)性,液晶的三種結(jié)構(gòu)類型,膽甾型： 在膽甾相中，長(zhǎng)型分子是扁平的，依靠端基的相互作用，依次平行排列成層狀。它們的長(zhǎng)軸在平面上，相鄰兩層間分子長(zhǎng)軸的取向規(guī)則地扭轉(zhuǎn)在一起，角度的變化呈螺旋型。,液晶的三種結(jié)構(gòu)類型：,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,液晶分子的光電效應(yīng),描述液晶分子光電效應(yīng)的重要物理量： 介電系數(shù) 折射系數(shù),液晶分子的光電性質(zhì),液晶分子大多由棒狀或碟狀分

4、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,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)稱為介電系數(shù)異方性為正型的液晶?？梢杂迷谄叫信湮?。 當(dāng) 時(shí) 稱為介電系數(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)。,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 back,液晶顯示器(LCD)的基本原理L

5、iquid Crystal Display,偏振片透光原理 液晶對(duì)光線的調(diào)制作用 常見(jiàn)的三種液晶顯示器,液晶顯示器的基本原理,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,液晶顯示器的基本原理,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,液晶顯示器的基本原理,如果有光線進(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.由于光線沿著分子排列的方向傳播

6、，光線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，光線由于不能扭轉(zhuǎn)將不會(huì)通過(guò)第二個(gè)極板,液晶顯示器的基本原理,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,液晶顯示器結(jié)構(gòu),液晶顯示器是一個(gè)由上下兩片導(dǎo)電玻制成的液晶盒，盒內(nèi)充有液晶，四周用密封材料膠框密封，盒的兩個(gè)外側(cè)貼有偏光片。,常見(jiàn)的三種液晶顯示器,TN-LCD(扭曲向列型液晶顯示器）： TwistedNematic-LCD 常用于電子手表，計(jì)算器,常見(jiàn)的三種液晶顯示器,STN-LCD(超扭曲向列型液晶顯示器） Super

7、TwistedNematic-LCD 常用于手機(jī)顯示屏,游戲機(jī)屏,常見(jiàn)的三種液晶顯示器,TFT-LCD(薄膜型液晶顯示器）： Thin Film Transistor-LCD 常用于液晶顯示屏，數(shù)碼照相機(jī),TN、STN型的結(jié)構(gòu),液晶盒中玻璃片的兩個(gè)外側(cè)分別巾有偏光片，這兩片偏光片的偏光軸相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且與液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是將高分子塑料薄膜在一定的工藝條件下進(jìn)行加工而成的,TN型液晶,向列型液晶夾在兩片玻璃中間，這種玻璃的表面上先鍍有一層透明導(dǎo)電薄膜ITO(氧化銦錫)以作電極之用，然后在有薄膜電極的玻璃上涂取向?qū)覲I(聚酰

8、亞胺)，以使液晶順著一個(gè)特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然狀態(tài)具有90度的扭曲，利用電場(chǎng)可使液晶分子旋轉(zhuǎn)，液晶的雙折射率隨液晶的方向而改變，結(jié)果偏振光經(jīng)過(guò)TN型液晶后偏振方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。,TN型液晶,只要選擇適當(dāng)?shù)暮穸仁蛊窆獾钠穹较騽偤酶淖?0度，就可利用兩個(gè)平行偏光片使得光完全不能通過(guò)。而足夠大的電壓又可以使得液晶方向與電場(chǎng)方向平行，這樣光的偏振方向就不會(huì)改變，光就可通過(guò)第二個(gè)偏光片 ,STN型液晶,STN型的顯示原理與TN相類似，不同的是TN扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)的液晶分子是將入射光旋轉(zhuǎn)90度，而STN超扭轉(zhuǎn)式向列場(chǎng)效應(yīng)是將入射光旋轉(zhuǎn)180270度。,STN型液晶,單純的TN液晶顯示器

9、本身只有黑白兩種情形，而STN液晶顯示器牽涉液晶材料的關(guān)系，以及光線的干涉現(xiàn)象，因此顯示的色調(diào)都以淡綠色與橘色為主。如果在單色STN液晶顯示器加上一彩色濾光片，并將單色顯示像素分成三個(gè)子像素，分別通過(guò)彩色濾光片顯示紅、綠、藍(lán)三原色，再經(jīng)由三原色比例之調(diào)和，也可以顯示出全彩模式的色彩。,TFT型液晶,TFT型液晶,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