液晶与液晶显示材料精品文稿.ppt

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1、液晶与液晶显示材料第1页，本讲稿共31页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第2页，本讲稿共31页液晶的发现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，结晶的固体开始溶解。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

2、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。第3页，本讲稿共31页液晶的偏光显微照片第4页，本讲稿共31页物质的三态晶态（各向异性）非晶态（各向同性）气态 液态 固态晶态：原子在空间呈有规则地周期性重复排列；非晶态：原子无规则排列。液晶态是一种介于晶态和液态之间的过渡状态。具有液体的流动性，液晶态是一种介于晶态和液态之间的过渡状态。具有液体的流动性，微观上分子位置无序，但结构上排列长程有序。微观上分子位置无序，但结构上排列长程有序。有人将液晶态称之为物质的第四态。有人将液晶态称之为物质的第四态。第5页，本

3、讲稿共31页第6页，本讲稿共31页液晶高分子材料很多固态的高分子材料具有液晶态结构，具有取向结构。称之为液晶高分子。液晶高分子具有优异的力学和物理性质，应用于许多重要领域。比如防弹衣、高气密性包装膜EVOH、LCD平板显示器。第7页，本讲稿共31页液晶高分子材料液晶高分子材料 液晶的发现已经有液晶的发现已经有100多年的历史，但多年的历史，但近近20年来才获得了快速的发展。这是因年来才获得了快速的发展。这是因为液晶材料的为液晶材料的光电效应光电效应被发现。因而被被发现。因而被应用在低电压和轻薄短小的显示组件上。应用在低电压和轻薄短小的显示组件上。目前液晶材料已被广泛应用于计算机显目前液晶材料已

4、被广泛应用于计算机显示屏，电子表，手机，计算器等电子产示屏，电子表，手机，计算器等电子产品上。成为显示工业不可或缺的重要材品上。成为显示工业不可或缺的重要材料。料。第8页，本讲稿共31页液晶的分类方法液晶的分类方法1.按照液晶的形成条件分类按照液晶的形成条件分类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第9页，本讲稿共31页按照液晶的形成条件分类按照液晶的形成条件分类 采用采用降温降温的方法的方法,既将既将熔融的液体降温，当熔融的液体降温，当降温到一定程度后分降温到一定程度后分子的取向有序化，从子的取向有序化，从而获得液晶态作为而获得液晶态作为显示技术应用的液晶显示技术应

5、用的液晶都是热致液晶都是热致液晶 有机分子有机分子溶解溶解在溶剂在溶剂中，使溶液中溶质的中，使溶液中溶质的浓度增加，溶剂的浓浓度增加，溶剂的浓度减小，有机分子的度减小，有机分子的排列有序而获得液晶排列有序而获得液晶溶致液晶溶致液晶溶致液晶溶致液晶热致液晶热致液晶热致液晶热致液晶第10页，本讲稿共31页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第11页，本讲稿共31页液晶的三种结构类型液晶的三种结构类型向列型：向列型：向列型液晶由长径比很大

6、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。向列液晶在偏光显微镜下的图第12页，本讲稿共31页液晶的三种结构类型液晶的三种结构类型胆甾型：胆甾型：它包含着许多层分子，它包含着许多层分子，每层分子的排列方向相同，每层分子的排列方向相同，但相邻两层分子排列方向稍但相邻两层分子排列方向稍有旋转，夹角约有旋转，夹角约15分，层分，层层叠成螺旋结构，当分子的层叠成螺旋结构，当分子的排

7、列旋转了排列旋转了360而又回到而又回到原来方向时，在这种分子排原来方向时，在这种分子排列完全相同的两层间的距离列完全相同的两层间的距离称胆甾型液晶的螺距。称胆甾型液晶的螺距。第13页，本讲稿共31页液晶的三种结构类型：近晶型：近晶型：棒状分子相互平行地排棒状分子相互平行地排列成列成层状结构层状结构，分子的长轴，分子的长轴垂直与层面在层内，分子垂直与层面在层内，分子的排列具有二维有序性，分的排列具有二维有序性，分子的质心位置排列则是无序子的质心位置排列则是无序的，分子只能在本层内活动的，分子只能在本层内活动在层间具有一维平移序，在层间具有一维平移序，层间可以相互滑移层间可以相互滑移back第1

8、4页，本讲稿共31页液晶分子的光电性质液晶分子的光电性质描述液晶分子光电性质的重要物理量：描述液晶分子光电性质的重要物理量：介电系数介电系数折射系数折射系数第15页，本讲稿共31页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成液晶分子大多由棒状或碟状分子形成,所以与分子长轴平行或垂直方向的物理所以与分子长轴平行或垂直方向的物理特征会有所差异，这就是液晶分子结构特征会有所差异，这就是液晶分子结构的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

9、第16页，本讲稿共31页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分量介电系数可以分为与指向矢平行的分量 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为正时称为介电系数异方性为正型的液晶。可以用在平行配位。型的液晶。可以用在平行配位。P型液晶型液晶 当当 时时 称为介电系数异方性为称为介电系数异方性为负型的液晶。只有用在垂直配位才能显负型的液晶。只有用在垂直配位才能显示所需的光电效应。示所需的光电效应。N型液晶第17页，本讲稿共31页液晶短轴方向液晶短轴方向在外电场作用下，分子的排列极易发生变化，P型液晶分子长轴方向平行于外

10、电场方向，N型液晶分子长轴方向垂直于外电场方向。目前液晶显示器主要应用P型液晶。第18页，本讲稿共31页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，依照与指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的向矢垂直与平行的方向分成两个方向的向量向量与指向矢平行的分量为，与指向与指向矢平行的分量为，与指向矢垂直的分量为矢垂直的分量为 第19页，本讲稿共31页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；2）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振光产生对应的透过

11、或反射。液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。液晶器件所基于的三种光学特性第20页，本讲稿共31页液晶的光电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光电效应。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。第21页，本讲稿共31页液晶的光电效应分类第22页，本讲稿共31页液晶显示器液晶显示器(LCD)的基本原理的基本原理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第23页，本讲稿共31页偏振片透光原理：

12、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透过，偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光透过，如果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方向垂直，光不能通过第二个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片第24页，本讲稿共31页把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液晶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上下中，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，液晶分子将采取两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分

13、子将采取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第25页，本讲稿共31页如果有光线进入如果有光线进入,通过第一通过第一个偏振片后，将被液晶分子个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向逐渐改变偏振方向.由于光线由于光线沿着分子排列的方向传播，沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出光线最终将从另一端射出如果两玻璃板之间加上如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由于电场方向平行，光线由于不能扭转将不会通过第二不能扭转将不会通过第二个极板个极板第26页，本讲稿共31页 液晶显示灰度（亮度）的变化液晶显示灰度（亮度）的变化液晶显示器就是

14、利用这一特性，在上下液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动晶，利用电场控制液晶的转动不同的不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度电场大小就会形成不同的灰阶亮度第27页，本讲稿共31页TN-LCD的工作原理第28页，本讲稿共31页在玻璃基片上沉积一层硅在玻璃基片上沉积一层硅,通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列,每个像素都设有每个像素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。再把液晶灌注在两片一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。再把液晶灌注在两片玻璃之间玻璃

15、之间,由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控这样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，所以制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，称为液晶的色彩更逼真，称为真彩真彩 第29页，本讲稿共31页TFT型液晶彩色显示原理型液晶彩色显示原理对于对于TFT-LCD而言而言彩色滤彩色滤光片光片是很重要的，利用红，是很重要的，利用红，绿，蓝三原色，可混合出绿，蓝三原色，可混合出各种不同的颜色，很多平各种不同的颜色，很多平面显示器就是利用此原理面显示器就是利用此原理显示色彩，把三种颜色分显示色彩，把三种颜色分成独立的三个点，各自拥成独立的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后有不同的灰阶变化，然后把临近的三个把临近的三个RGB显示的点显示的点当作一个像素当作一个像素第30页，本讲稿共31页作业：1.液晶材料的基本特性有哪些？2.请简述液晶显示器的工作原理。3.液晶如何实现彩色显示？第31页，本讲稿共31页