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液晶与液晶显示材料 陈闽川 周田 制作 液晶材料与液晶显示器的原理 液晶的发现 液晶的分类 液晶的光电效应 液晶显示器的基本原理 液晶的发现 1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在 做加热胆甾醇苯甲酸脂结晶的实验时发 现：在145.5摄氏度时，结晶凝结成浑 浊粘稠的液体，加热到178.5摄氏度时, 形成了透明的液体 德国物理学家莱曼用偏光显微镜观察 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“液晶”这一学 术用语 液晶材料 液晶的发现已经有100多年的历史， 但近20年来才获得了快速的发展。这是 因为液晶材料的光电效应被发现。因而 被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 材料。 生活中的液晶显示材料 back 液晶的分类方法 1.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 按照液晶的形成条件分类 采用降温的方法,既 将熔融的液体降温 ，当降温到一定程 度后分子的取向有 序化，从而获得液 晶态 有机分子溶解在溶 剂中，使溶液中溶 质的浓度增加，溶 剂的浓度减小，有 机分子的排列有序 而获得液晶 熔致液晶熔致液晶热致液晶热致液晶 构成液晶态的结构单元 棒状分子 盘状分子 由长链或盘状分子连接而成的柔性长 链聚合物 由双亲分子自组装而成的膜 液晶的三种结构类型 向列型： 分子倾向于沿特 定的方向排列，存 在长程的方序分 子的质心位置分布 却是杂乱无章的， 不存在长程的位置 序表现出液体的 特征，具有流动性 液晶的三种结构类型 胆甾型： 在胆甾相中，长型分 子是扁平的，依靠端基 的相互作用，依次平行 排列成层状。它们的长 轴在平面上，相邻两层 间分子长轴的取向规则 地扭转在一起，角度的 变化呈螺旋型。 液晶的三种结构类型： 近晶型： 棒状分子相互平行地 排列成层状结构，分子 的长轴垂直与层面在 层内，分子的排列具有 二维有序性，分子的质 心位置排列则是无序的 ，分子只能在本层内活 动在层间具有一维平 移序，层间可以相互滑 移 back 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： 介电系数 折射系数 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,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 结构的异方性 由于液晶分子结构的异方性，所以 液晶分子在介电系数和光电系数等光电 系数上都具有异方性 液晶分子的光电性质 介电系数 ： 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 。 当 时称为介电系数异方性 为正型的液晶。可以用在平行配位。 当 时 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 显示所需的光电效应。 液晶分子的光电性质 折射系数 ： 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 的向量 与指向矢平行的分量为 ，与指向 矢垂直的分量为 back 液晶显示器(LCD)的基本原理 Liquid Crystal Display 偏振片透光原理 液晶对光线的调制作用 常见的三种液晶显示器 液晶显示器的基本原理 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 透过，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 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 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 上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子 将采取逐渐过渡的方式被扭转成螺旋状 液晶显示器的基本原理 如果有光线进入,通过 第一个偏振片后，将被 液晶分子逐渐改变偏振 方向.由于光线沿着分 子排列的方向传播，光 线最终将从另一端射出 如果两玻璃板之间加 上电压，分子排列方向 将与电场方向平行，光 线由于不能扭转将不会 通过第二个极板 液晶显示器的基本原理 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 充满液晶，利用电 场控制液晶的转动 不同的电场大小 就会形成不同的灰 阶亮度 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。 常见的三种液晶显示器 TN-LCD(扭曲向列型液晶显示器）： TwistedNematic-LCD 常用于电子手表，计算器 常见的三种液晶显示器 STN-LCD(超扭曲向列型液晶显示器） Super TwistedNematic-LCD 常用于手机显示屏,游戏机屏 常见的三种液晶显示器 TFT-LCD(薄膜型液晶显示器）： Thin Film Transistor-LCD 常用于液晶显示屏，数码照相机 TN、STN型的结构 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） 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 料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的 TN型液晶 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ITO(氧化铟锡)以作电极之用，然后 在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI(聚 酰亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平 行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然 状态具有90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 方向而改变，结果偏振光经过TN型液晶 后偏振方向发生转动。 TN型液晶 只要选择适当的厚度 使偏振光的偏振方向刚 好改变90度，就可利用 两个平行偏光片使得光 完全不能通过。而足够 大的电压又可以使得液 晶方向与电场方向平行 ，这样光的偏振方向就 不会改变，光就可通过 第二个偏光片 STN型液晶 STN型的显示原理 与TN相类似，不同 的是TN扭转式向列 场效应的液晶分子 是将入射光旋转90 度，而STN超扭转式 向列场效应是将入 射光旋转180270度 。 STN型液晶 单纯的TN液晶显示器本身只有黑白两 种情形，而STN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 显示的色调都以淡绿色与橘色为主。如 果在单色STN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 素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、 蓝三原色，再经由三原色比例之调和， 也可以显示出全彩模式的色彩。 TFT型液晶 TFT型液晶 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,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 两片玻璃之间,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，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， 同时可以精确控制显示灰度