《LCD光電原理》PPT課件

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1、LCD光電原理2005-10-241、液態(tài)晶體之光學(xué)性質(zhì).2、液晶的光電特性.3、LCD的分類和顯示原理.1、液態(tài)晶體之光學(xué)性質(zhì).光是一種電磁波，我們將其電場方向稱為光的偏極方向。我們可用偏光器來選擇某一特定方向之偏極光。已偏極化的光再經(jīng)過一個偏光器時可全部通過或部分通過，視第二個偏光器的方向而定。我們以（圖一）說明偏光器的功能。圖一偏光器之功能光經(jīng)過物質(zhì)時，折射率與光偏極化的方向有關(guān)。在大部分向列型液晶中，光偏極化方向與相同時折射率（n

2、

3、）較大，光偏極化方向與垂直時折射率（n?）較小。一偏極光經(jīng)過

4、一液態(tài)晶體后其偏極方向有時會改變。到底會不會改變則視液態(tài)晶體之排列而定（見圖二）。所以我們改液態(tài)晶體之排列方式即可改變通過光之偏極性。若在液態(tài)晶體后面再加一個偏光器，則通會有不同。圖二不同的液晶排列對光之偏極化有不同之影響2、液晶的光電特性.由于液晶分子的結(jié)構(gòu)為異方性(Anisotropic)，所以所引起的光電效應(yīng)就會因為方向不同而有所差異，簡單的說也就是液晶分子在介電系數(shù)及折射系數(shù)等等光電特性都具有異方性，因而我們可以利用這些性質(zhì)來改變?nèi)肷涔獾膹姸?以便形成灰階,來應(yīng)用于顯示器組件上.以下我們要討

5、論的,是液晶屬于光學(xué)跟電學(xué)相關(guān)的特性,大約有以下幾項:1.介電系數(shù)ε(dielectricpermittivity):我們可以將介電系數(shù)分開成兩個方向的分量,分別是ε//(與指向矢平行的分量)與ε⊥(與指向矢垂直的分量).當ε//>ε⊥便稱之為介電系數(shù)異方性為正型的液晶,可以用在平行配位.而ε//<ε⊥則稱之為介電系數(shù)異方性為負型的液晶,只可用在垂直配位才能有所需要的光電效應(yīng).當有外加電場時，液晶分子會因介電系數(shù)異方性為正或是負值，來決定液晶分子的轉(zhuǎn)向是平行或是垂直于電場,來決定光的穿透與否?，F(xiàn)在TFT

6、LCD上常用的TN型液晶大多是屬于介電系數(shù)正型的液晶.當介電系數(shù)異方性Δε(=ε//-ε⊥)越大的時候,則液晶的臨界電壓(thresholdvoltage)就會越小.這樣一來液晶便可以在較低的電壓操作.2.折射系數(shù)(refractiveindex):由于液晶分子大多由棒狀或是碟狀分子所形成，因此跟分子長軸平行或垂直方向上的物理特性會有一些差異，所以液晶分子也被稱做是異方性晶體。與介電系數(shù)一樣,折射系數(shù)也依照跟指向矢垂直與平行的方向,分成兩個方向的向量.分別為n//與n⊥.此外對單光軸(uniaxial)

7、的晶體來說,原本就有兩個不同折射系數(shù)的定義.一個為no,它是指對于ordinaryray的折射系數(shù),所以才簡寫成no.而ordinaryray是指其光波的電場分量是垂直于光軸的稱之.另一個則是ne,它是指對于extraordinaryray的折射系數(shù),而extraordinaryray是指其光波的電場分量是平行于光軸的.同時也定義了雙折射率(birefrigence)Δn=ne-no為上述的兩個折射率的差值.依照上面所述,對層狀液晶、線狀液晶及膽固醇液晶而言，由于其液晶分子的長的像棒狀,所以其指向矢的方

8、向與分子長軸平行.再參照單光軸晶體的折射系數(shù)定義,它會有兩個折射率，分別為垂直于液晶長軸方向n⊥(=ne)及平行液晶長軸方向n//(=no)兩種，所以當光入射液晶時，便會受到兩個折射率的影響，造成在垂直液晶長軸與平行液晶長軸方向上的光速會有所不同。??若光的行進方向與分子長軸平行時的速度,小于垂直于分子長軸方向的速度時，這意味著平行分子長軸方向的折射率大于垂直方向的折射率(因為折射率與光速成反比)，也就是ne-no>0.所以雙折射率Δn>0,我們把它稱做是光學(xué)正型的液晶,而層狀液晶與線狀液晶幾乎都是屬

9、于光學(xué)正型的液晶.倘使光的行進方向平行于長軸時的速度較快的話，代表平行長軸方向的折射率小于垂直方向的折射率,所以雙折射率Δn<0.我們稱它做是光學(xué)負型的液晶.而膽固醇液晶多為光學(xué)負型的液晶.3.其它特性:對于液晶的光電特性來說,除了上述的兩個重要特性之外,還有許多不同的特性.比如說像彈性常數(shù)(elasticconstant:κ11,κ22,κ33),它包含了三個主要的常數(shù),分別是,κ11指的是斜展(splay)的彈性常數(shù),κ22指的是扭曲(twist)的彈性常數(shù),κ33指的是彎曲(bend)的彈性常數(shù).

10、另外像黏性系數(shù)(viscositycoefficients,η),則會影響液晶分子的轉(zhuǎn)動速度與反應(yīng)時間(responsetime),其值越小越好.但是此特性受溫度的影響最大.另外還有磁化率(magneticsusceptibility),也因為液晶的異方性關(guān)系,分成c//與c⊥.而磁化率異方性則定義成Δc=c//-c⊥.此外還有電導(dǎo)系數(shù)(conductivity)等等光電特性.液晶特性中最重要的就是液晶的介電系數(shù)與折射系數(shù).介電系數(shù)是液晶受