液晶与液晶显示材料课件.ppt

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1、液晶与液晶显示材料液晶与液晶显示材料陈闽川周田制作陈闽川周田制作液晶材料与液晶显示器的原理液晶材料与液晶显示器的原理液晶的发现液晶的发现液晶的分类液晶的分类液晶的光电效应液晶的光电效应液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理液晶的发现液晶的发现 18881888年，奥地利植物学家年，奥地利植物学家莱尼茨尔莱尼茨尔在在做加热胆甾醇苯甲酸脂结晶的实验时发做加热胆甾醇苯甲酸脂结晶的实验时发现：在现：在145.5145.5摄氏度时，结晶凝结成浑摄氏度时，结晶凝结成浑浊粘稠的液体，加热到浊粘稠的液体，加热到178.5178.5摄氏度时摄氏度时,形成了透明的液体形成了透明的液体德国物理学家德国物理学家莱曼

2、莱曼用偏光显微镜观察用偏光显微镜观察时，发现这种材料有双折射现象，他阐时，发现这种材料有双折射现象，他阐明了这一现象并提出了明了这一现象并提出了“液晶液晶”这一学这一学术用语术用语液晶材料液晶材料 液晶的发现已经有液晶的发现已经有100100多年的历史，多年的历史，但近但近2020年来才获得了快速的发展。这是年来才获得了快速的发展。这是因为液晶材料的因为液晶材料的光电效应光电效应被发现。因而被发现。因而被应用在低电压和轻薄短小的显示组件被应用在低电压和轻薄短小的显示组件上。上。目前液晶材料已被广泛应用于计算机目前液晶材料已被广泛应用于计算机显示屏，电子表，手机，计算器等电子显示屏，电子表，手机

3、，计算器等电子产品上。成为显示工业不可或缺的重要产品上。成为显示工业不可或缺的重要材料。材料。生活中的液晶显示材料生活中的液晶显示材料back液晶的分类方法液晶的分类方法1.1.按照液晶的形成条件分类按照液晶的形成条件分类2.2.按照分子排列的形式和有序性分类按照分子排列的形式和有序性分类按照液晶的形成条件分类按照液晶的形成条件分类 采用采用采用采用降温降温降温降温的方法的方法的方法的方法,既既既既将熔融的液体降温，将熔融的液体降温，将熔融的液体降温，将熔融的液体降温，当降温到一定程度当降温到一定程度当降温到一定程度当降温到一定程度后分子的取向有序后分子的取向有序后分子的取向有序后分子的取向有

4、序化，从而获得液晶化，从而获得液晶化，从而获得液晶化，从而获得液晶态态态态 有机分子有机分子有机分子有机分子溶解溶解溶解溶解在溶在溶在溶在溶剂中，使溶液中溶剂中，使溶液中溶剂中，使溶液中溶剂中，使溶液中溶质的浓度增加，溶质的浓度增加，溶质的浓度增加，溶质的浓度增加，溶剂的浓度减小，有剂的浓度减小，有剂的浓度减小，有剂的浓度减小，有机分子的排列有序机分子的排列有序机分子的排列有序机分子的排列有序而获得液晶而获得液晶而获得液晶而获得液晶熔致液晶熔致液晶熔致液晶熔致液晶热致液晶热致液晶热致液晶热致液晶构成液晶态的结构单元构成液晶态的结构单元棒状分子棒状分子盘状分子盘状分子由长链或盘状分子连接而成的柔

5、性长由长链或盘状分子连接而成的柔性长链聚合物链聚合物由双亲分子自组装而成的膜由双亲分子自组装而成的膜液晶的三种结构类型液晶的三种结构类型向列型：向列型：向列型：向列型：分子倾向于沿特分子倾向于沿特分子倾向于沿特分子倾向于沿特定的方向排列，存定的方向排列，存定的方向排列，存定的方向排列，存在长程的方序分在长程的方序分在长程的方序分在长程的方序分子的质心位置分布子的质心位置分布子的质心位置分布子的质心位置分布却是杂乱无章的，却是杂乱无章的，却是杂乱无章的，却是杂乱无章的，不存在长程的位置不存在长程的位置不存在长程的位置不存在长程的位置序表现出液体的序表现出液体的序表现出液体的序表现出液体的特征，具

6、有特征，具有特征，具有特征，具有流动性流动性流动性流动性液晶的三种结构类型液晶的三种结构类型胆甾型：胆甾型：胆甾型：胆甾型：在胆甾相中，长型分在胆甾相中，长型分在胆甾相中，长型分在胆甾相中，长型分子是扁平的，依靠端基子是扁平的，依靠端基子是扁平的，依靠端基子是扁平的，依靠端基的相互作用，依次平行的相互作用，依次平行的相互作用，依次平行的相互作用，依次平行排列成层状。它们的长排列成层状。它们的长排列成层状。它们的长排列成层状。它们的长轴在平面上，相邻两层轴在平面上，相邻两层轴在平面上，相邻两层轴在平面上，相邻两层间分子长轴的取向规则间分子长轴的取向规则间分子长轴的取向规则间分子长轴的取向规则地扭

7、转在一起，角度的地扭转在一起，角度的地扭转在一起，角度的地扭转在一起，角度的变化呈变化呈变化呈变化呈螺旋型。螺旋型。螺旋型。螺旋型。液晶的三种结构类型：近晶型：近晶型：近晶型：近晶型：棒状分子相互平行地棒状分子相互平行地棒状分子相互平行地棒状分子相互平行地排列成排列成排列成排列成层状结构层状结构层状结构层状结构，分子，分子，分子，分子的长轴垂直与层面在的长轴垂直与层面在的长轴垂直与层面在的长轴垂直与层面在层内，分子的排列具有层内，分子的排列具有层内，分子的排列具有层内，分子的排列具有二维有序性，分子的质二维有序性，分子的质二维有序性，分子的质二维有序性，分子的质心位置排列则是无序的，心位置排列

8、则是无序的，心位置排列则是无序的，心位置排列则是无序的，分子只能在本层内活动分子只能在本层内活动分子只能在本层内活动分子只能在本层内活动在层间具有一维平移在层间具有一维平移在层间具有一维平移在层间具有一维平移序，层间可以相互滑移序，层间可以相互滑移序，层间可以相互滑移序，层间可以相互滑移back液晶分子的光电效应液晶分子的光电效应描述液晶分子光电效应的重要物理量：描述液晶分子光电效应的重要物理量：介电系数介电系数折射系数折射系数液晶分子的光电性质液晶分子的光电性质 液晶分子大多由棒状或碟状分子形液晶分子大多由棒状或碟状分子形成成,所以与分子长轴平行或垂直方向的所以与分子长轴平行或垂直方向的物理

9、特征会有所差异，这就是液晶分子物理特征会有所差异，这就是液晶分子结构的结构的异方性异方性由于液晶分子结构的异方性，所以由于液晶分子结构的异方性，所以液晶分子在液晶分子在介电系数介电系数和和光电系数光电系数等光电等光电系数上都具有异方性系数上都具有异方性液晶分子的光电性质液晶分子的光电性质介电系数介电系数 ：介电系数可以分为与指向矢平行的介电系数可以分为与指向矢平行的分量分量 和与指向矢垂直的分量和与指向矢垂直的分量 。当当 时称为介电系数异方性时称为介电系数异方性为正型的液晶。可以用在平行配位。为正型的液晶。可以用在平行配位。当当 时时 称为介电系数异方性称为介电系数异方性为负型的液晶。只有用

10、在垂直配位才能为负型的液晶。只有用在垂直配位才能显示所需的光电效应。显示所需的光电效应。液晶分子的光电性质液晶分子的光电性质折射系数折射系数 ：折射系数也同介电系数相似，依照与折射系数也同介电系数相似，依照与指向矢垂直与平行的方向分成两个方向指向矢垂直与平行的方向分成两个方向的向量的向量与指向矢平行的分量为与指向矢平行的分量为，与指向，与指向矢垂直的分量为矢垂直的分量为 back液晶显示器液晶显示器(LCD)(LCD)的基本原理的基本原理Liquid Crystal DisplayLiquid Crystal Display偏振片透光原理偏振片透光原理液晶对光线的调制作用液晶对光线的调制作用常

11、见的三种液晶显示器常见的三种液晶显示器液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理 偏振片透光原理：偏振片透光原理：偏振片透光原理：偏振片透光原理：偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光透过，透过，透过，透过，如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，由如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，由如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，由如果让两个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与第二个偏振片的偏振化于第一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化于第

12、一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化于第一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化方向垂直，光不能通过第二个偏振片方向垂直，光不能通过第二个偏振片方向垂直，光不能通过第二个偏振片方向垂直，光不能通过第二个偏振片液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液晶中，棒状分子的排列是彼此平行的如果晶中，棒状分子的排列是彼此平行的如果晶中，棒状分子的排列是彼此平行的如果晶中，棒状分子的排列是彼此平行的如果上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子上下两玻璃棒定向是

13、彼此垂直的，液晶分子上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子将采取将采取将采取将采取逐渐过渡的方式逐渐过渡的方式逐渐过渡的方式逐渐过渡的方式被扭转成螺旋状被扭转成螺旋状被扭转成螺旋状被扭转成螺旋状液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理如果有光线进入如果有光线进入如果有光线进入如果有光线进入,通过通过通过通过第一个偏振片后，将被第一个偏振片后，将被第一个偏振片后，将被第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振液晶分子逐渐改变偏振液晶分子逐渐改变偏振液晶分子逐渐改变偏振方向方向方向方向.由于光线沿着分由于光线沿着分由于光线沿着分由于光线沿着分子排列的方向传播，光

14、子排列的方向传播，光子排列的方向传播，光子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出线最终将从另一端射出线最终将从另一端射出线最终将从另一端射出如果两玻璃板之间加如果两玻璃板之间加如果两玻璃板之间加如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向上电压，分子排列方向上电压，分子排列方向上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光将与电场方向平行，光将与电场方向平行，光将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会线由于不能扭转将不会线由于不能扭转将不会线由于不能扭转将不会通过第二个极板通过第二个极板通过第二个极板通过第二个极板液晶显示器的基本原理液晶显示器的基本原理液晶显示器就是液晶显示器就是液晶显示器就是液晶显示器

15、就是利用这一特性，在利用这一特性，在利用这一特性，在利用这一特性，在上下两片栅栏相互上下两片栅栏相互上下两片栅栏相互上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间垂直的偏光板之间垂直的偏光板之间垂直的偏光板之间充满液晶，利用电充满液晶，利用电充满液晶，利用电充满液晶，利用电场控制液晶的转动场控制液晶的转动场控制液晶的转动场控制液晶的转动不同的电场大小不同的电场大小不同的电场大小不同的电场大小就会形成不同的灰就会形成不同的灰就会形成不同的灰就会形成不同的灰阶亮度阶亮度阶亮度阶亮度液晶显示器结构液晶显示器结构液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶显示器是一个由上下两片导

16、电玻制成的液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。常见的三种液晶显示器常见的三种液晶显示器TN-LCDTN-LCDTN-LCDTN-LCD(扭曲向列型扭曲向列型扭曲向列型扭曲向列型液晶显示器）：液晶显示器）：液晶显示器）：液晶显示器）：TwistedNematic-LCDTwistedNematic-LCDTwisted

17、Nematic-LCDTwistedNematic-LCD 常用于电子手表，计算器常用于电子手表，计算器常用于电子手表，计算器常用于电子手表，计算器常见的三种液晶显示器常见的三种液晶显示器STN-LCDSTN-LCDSTN-LCDSTN-LCD(超扭曲向列型超扭曲向列型超扭曲向列型超扭曲向列型液晶显示器）液晶显示器）液晶显示器）液晶显示器）Super TwistedNematic-LCDSuper TwistedNematic-LCDSuper TwistedNematic-LCDSuper TwistedNematic-LCD 常用于手机显示屏常用于手机显示屏常用于手机显示屏常用于手机显示屏

18、,游戏机屏游戏机屏游戏机屏游戏机屏 常见的三种液晶显示器常见的三种液晶显示器TFT-LCDTFT-LCDTFT-LCDTFT-LCD(薄膜型薄膜型薄膜型薄膜型液晶显示器）：液晶显示器）：液晶显示器）：液晶显示器）：Thin Film Transistor-LCDThin Film Transistor-LCDThin Film Transistor-LCDThin Film Transistor-LCD 常用于液晶显示屏，数码照相机常用于液晶显示屏，数码照相机常用于液晶显示屏，数码照相机常用于液晶显示屏，数码照相机TNTN、STNSTN型的结构型的结构 液晶盒中玻璃片的两个外侧分别巾有偏光片，

19、这液晶盒中玻璃片的两个外侧分别巾有偏光片，这液晶盒中玻璃片的两个外侧分别巾有偏光片，这液晶盒中玻璃片的两个外侧分别巾有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑定向方向相互

20、平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的 TNTN型液晶型液晶向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO(ITO(氧化铟锡氧化铟锡)以作电极之用，然后在以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI(PI(聚酰聚酰亚胺亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平行，以使液晶顺着一个特定且平行于

21、玻璃表面的方向排列。液晶的自然状于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有态具有9090度的扭曲，利用电场可使液晶度的扭曲，利用电场可使液晶分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方向而改变，向而改变，结果偏振光经过结果偏振光经过TNTN型液晶后型液晶后偏振方向发生转动。偏振方向发生转动。TNTN型液晶型液晶 只要选择适当的厚度只要选择适当的厚度只要选择适当的厚度只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚使偏振光的偏振方向刚使偏振光的偏振方向刚使偏振光的偏振方向刚好改变好改变好改变好改变90909090度，就可利用度，就可利用度，就可利用度，就可利用两个平行偏光片使得光两个

22、平行偏光片使得光两个平行偏光片使得光两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够完全不能通过。而足够完全不能通过。而足够完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液大的电压又可以使得液大的电压又可以使得液大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，晶方向与电场方向平行，晶方向与电场方向平行，晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不这样光的偏振方向就不这样光的偏振方向就不这样光的偏振方向就不会改变，光就可通过第会改变，光就可通过第会改变，光就可通过第会改变，光就可通过第二个偏光片二个偏光片二个偏光片二个偏光片 STNSTN型液晶型液晶STNSTNSTNSTN型的显示原理型的显示原理型的显示原理型的显示原

23、理与与与与TNTNTNTN相类似，不同相类似，不同相类似，不同相类似，不同的是的是的是的是TNTNTNTN扭转式向列扭转式向列扭转式向列扭转式向列场效应的液晶分子场效应的液晶分子场效应的液晶分子场效应的液晶分子是将入射光旋转是将入射光旋转是将入射光旋转是将入射光旋转90909090度，而度，而度，而度，而STNSTNSTNSTN超扭转式超扭转式超扭转式超扭转式向列场效应是将入向列场效应是将入向列场效应是将入向列场效应是将入射光旋转射光旋转射光旋转射光旋转180270180270180270180270度。度。度。度。STNSTN型液晶型液晶单纯的单纯的TNTN液晶显示器本身只有黑白两液晶显示器

24、本身只有黑白两种情形，而种情形，而STNSTN液晶显示器牵涉液晶材液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以显示的色调都以淡绿色淡绿色与与橘色橘色为主。如为主。如果在单色果在单色STNSTN液晶显示器加上一彩色滤液晶显示器加上一彩色滤光片，并将单色显示像素分成三个子像光片，并将单色显示像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示素，分别通过彩色滤光片显示红红、绿绿、蓝蓝三原色，再经由三原色比例之调和，三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。也可以显示出全彩模式的色彩。TFTTFT型液晶型液晶TFTTFT型液晶型液晶在

25、玻璃基片上沉积一层硅在玻璃基片上沉积一层硅,通过印刷通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列光刻等工序作成晶体管阵列,每个像素每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。再把液晶灌注在似于大规模集成电路。再把液晶灌注在两片玻璃之间两片玻璃之间,由于每个像素都可以通由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，过点脉冲直接控制，因而，每个节点都每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，相对独立，并可以进行连续控制，这样这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以同时可以精确控制显示灰度，所以TFTT

26、FT液晶的色彩更逼真，称为液晶的色彩更逼真，称为真彩真彩 TFTTFT型液晶型液晶 对于对于对于对于TFT-LCDTFT-LCDTFT-LCDTFT-LCD而言而言而言而言彩彩彩彩色滤光片色滤光片色滤光片色滤光片是很重要的，是很重要的，是很重要的，是很重要的，利用红，绿，蓝三原色，利用红，绿，蓝三原色，利用红，绿，蓝三原色，利用红，绿，蓝三原色，可混合出各种不同的颜可混合出各种不同的颜可混合出各种不同的颜可混合出各种不同的颜色，很多平面显示器就色，很多平面显示器就色，很多平面显示器就色，很多平面显示器就是利用此原理显示色彩，是利用此原理显示色彩，是利用此原理显示色彩，是利用此原理显示色彩，把三种颜色分成独立的把三种颜色分成独立的把三种颜色分成独立的把三种颜色分成独立的三个点，各自拥有不同三个点，各自拥有不同三个点，各自拥有不同三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把临的灰阶变化，然后把临的灰阶变化，然后把临的灰阶变化，然后把临近的三个近的三个近的三个近的三个RGBRGBRGBRGB显示的点显示的点显示的点显示的点当作一个像素当作一个像素当作一个像素当作一个像素