ch3第三章液晶顯示器件L

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1、§3液晶顯示器件（LCD）§3液晶顯示器件（LCD）什么是液晶？光電子技術(shù)精品課程液晶的發(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)晶的固體開始深解。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察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。于是德國物理學(xué)家D·Leimann將其命名為“液晶”

2、，簡(jiǎn)稱為“LC”。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱為LCD。光電子技術(shù)精品課程光電子技術(shù)精品課程液晶態(tài)是物質(zhì)的一種形態(tài)液晶實(shí)際上是物質(zhì)的一種形態(tài)，也有人稱其為物質(zhì)的第四態(tài)。液晶分為兩大類：溶致液晶和熱致液晶。前者要溶解在水或有機(jī)溶劑中才顯示出液晶態(tài)，后者則要在一定的溫度范圍內(nèi)才呈現(xiàn)出液晶狀態(tài)。作為顯示技術(shù)應(yīng)用的液晶都是熱致液晶。光電子技術(shù)精品課程3.1、液晶基本知識(shí)1.互變相變（可逆相變）2.單變相變光電子技術(shù)精品課程光電子技術(shù)精品課程液晶分類（按熱致液晶分子排列狀態(tài)）向列相液晶（Nematic）又稱絲狀液晶向列液晶在

3、偏光顯微鏡下的圖光電子技術(shù)精品課程向列型液晶由長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亂無序，并容易順著長軸方向自由移動(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。光電子技術(shù)精品課程近晶相液晶（Smectic）又稱層狀液晶隧道顯微鏡下的近晶相層狀液晶光電子技術(shù)精品課程近晶相液晶按層狀排列，由棒狀或條狀分子呈二維有序排列組成。層內(nèi)分子長軸相互平行，其方向可以垂直于層

4、面或與層面成傾斜排列。層與層之間的作用較弱，容易滑動(dòng)，因此具有二維的流動(dòng)特性。近晶相液晶的粘度與表面張力都較大，用手摸有似肥皂的滑澀感，對(duì)外界的電、磁、溫度變化都不敏感。這種液晶光學(xué)上顯示正的雙折射性。光電子技術(shù)精品課程膽甾相液晶（Cholestevic），也稱螺旋狀液晶膽甾型液晶和近晶型一樣具有層狀結(jié)構(gòu)，但層內(nèi)分子排列則與向列型液晶類似，分子長軸在層內(nèi)是相互平行的，而在垂直這個(gè)平面上，每層分子都會(huì)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。液晶整體呈螺旋結(jié)構(gòu)。螺距的長度是可見光波長的數(shù)量級(jí)。由于膽甾型液晶的分子排列旋轉(zhuǎn)方向可以是左旋，也可以是右旋，

5、當(dāng)螺距與某一波長接近時(shí)，會(huì)引起這個(gè)波長光的布拉格散射，呈某一種色彩。膽甾型液晶具有負(fù)的雙折射性質(zhì)。一定強(qiáng)度的電場(chǎng)、磁場(chǎng)也可使膽甾相液晶轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄邢嘁壕АＤ戠尴嘁壕б资芡饬Φ挠绊?，特別對(duì)溫度敏感，由于溫度主要引起螺距的改變，因此膽甾相液晶隨溫度改變顏色。光電子技術(shù)精品課程3.2、液晶的光電特性（1）液晶的各向異性P型液晶（Δε>0）正介電各向異性液晶N型液晶（Δε<0）負(fù)介電各向異性液晶光電子技術(shù)精品課程液晶短軸方向ε⊥液晶短軸方向ε∥光電子技術(shù)精品課程外場(chǎng)作用下的取向在外電場(chǎng)作用下，分子的排列極易發(fā)生變化，P型液晶分子長

6、軸方向平行于外電場(chǎng)方向，N型液晶分子長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。使液晶分子排列發(fā)生變化的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度為光電子技術(shù)精品課程式中為彈性常數(shù)，d為液晶盒的厚度。當(dāng)液晶分子沿液晶合玻璃表面排列時(shí)，；當(dāng)液晶分子垂直于玻璃表面時(shí)，；而當(dāng)液晶分子扭曲排列時(shí)，。換算為電壓即閾值電壓光電子技術(shù)精品課程（2）液晶的雙折射以P型為例，長軸為光軸向列液晶有，所以Δn>0，即向列液晶一般都呈現(xiàn)正單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)。膽甾型液晶具有負(fù)單軸晶體的光學(xué)性質(zhì)，這是因?yàn)椋汗怆娮蛹夹g(shù)精品課程液晶器件所基于的三種光學(xué)特性由于液晶具有

7、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光產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的透過或反射。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。光電子技術(shù)精品課程（3）液晶的電光效應(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)稱為液晶的電光效應(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。光電子

8、技術(shù)精品課程液晶的電光效應(yīng)分類光電子技術(shù)精品課程3.3、動(dòng)態(tài)散射（DS-LCD）型液晶顯示器件（1968年～1972年）光電子技術(shù)精品課程在不通電的情況下，液晶盒呈透明狀態(tài)。當(dāng)通過低頻交流電時(shí)，當(dāng)電壓超過閾值電壓Uth時(shí)，在液晶層內(nèi)形成一種因離子運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的“威廉疇（Williams）”，繼續(xù)增加電壓，最終會(huì)使液晶層