平板显示技术课件.PPT3

1、1第 3 章 液晶显示 3-1 液晶显示的发展与特点2液晶显示的应用3液晶显示器件的特点液晶显示器件的特点:液晶显示器件的优点液晶显示器件的优点(1) 低压、微功耗 (2) 平板结构 (3) 被动显示型 (4) 显示信息量大 (7) 无辐射、无污染(5) 易于彩色化(6) 长寿命 液晶显示器件的缺点液晶显示器件的缺点(1) 显示视角小 (2) 响应速度慢45图图3-2液晶物质的相态变化液晶物质的相态变化 T1T2 晶体 液晶相 各相同性的液体63.2 热致液晶热致液晶 T1T2 晶体 液晶相 各相同性的液体T1 晶体 各向同性液体 液晶相 T27S型、型、N型、型、CH型液晶型液晶的分子排列的

2、分子排列8 (1) 近晶相液晶(S型) 图3-4近晶SA 、SB 、SC相分子排列示意图9n预习思考题：预习思考题：n1、 液晶的光学各向异性是如何描述的？n2、液晶的那些光学特性对液晶显示器的设计特别有用？ 10 (3) 胆甾相液晶胆甾相液晶(CH型型) 胆甾相液晶这种特殊的分子排列方式，使其具有胆甾相液晶这种特殊的分子排列方式，使其具有一系列特殊的性质：一系列特殊的性质： 不同于上述两种液晶材料，它是呈负性的单轴光学特性，不同于上述两种液晶材料，它是呈负性的单轴光学特性，光轴与分子层垂直，沿该轴向的折射率很小；光轴与分子层垂直，沿该轴向的折射率很小； 它的旋光性很强达每毫米几万度，远高于石

3、英晶体它的旋光性很强达每毫米几万度，远高于石英晶体； 它的螺距极易受外力而改变，故可用调节螺距的方法对它的螺距极易受外力而改变，故可用调节螺距的方法对外界光进行调制外界光进行调制 , 2 , 1 , 0sinnpn当入射光与光轴成 角度照射时，由布拉格干涉方程 由于胆甾相液晶分子的螺旋排列还使其在特定波长由于胆甾相液晶分子的螺旋排列还使其在特定波长 范围内具有圆偏振二向色，范围内具有圆偏振二向色， 11图图3-5向列相液晶分子长轴向列相液晶分子长轴在直角坐标系中的取向位置在直角坐标系中的取向位置1 有序参量有序参量 12正性液晶和负性液晶在电场作用下分子的行为正性液晶和负性液晶在电场作用下分子

4、的行为2 液晶的各向异性液晶的各向异性 (a)图3-6Np与Nn液晶在电场作用下分子的行为0,)(0,)(/ba13液晶液晶中的中的三种三种形变形变1415式中：k1l展曲弹性系数；k12扭曲弹性系数；k33弯曲弹性系数。 233222211)()()(21nnknnknkf2233222211)()()()(21EkkkfEnnnnnnED dB333231232221131211ij22)(2121EnEEdvfFEV)(16预习思考题预习思考题:1、液晶的电光特性如何？根据液晶的电光特性可导出那些物理量？2、液晶显示器与液晶材料参数之间有何关系？ 173-3 液晶的光学特性液晶的光学特性

5、 1 光的偏振和晶体光学简介光的偏振和晶体光学简介 010122222222tvtvB BB BE EE E1.1 光是一种电磁波光是一种电磁波 图3-8平面简谐电磁波1.2 自然光和偏振光自然光和偏振光 181.3 光在晶体中的传播光在晶体中的传播 1.3.1 晶体的双折射现象晶体的双折射现象 minmaxminmaxnPPIIIIIIIP晶体分类晶体分类： （1 1）三个主介电常数相等，即三个主介电常数相等，即x = y = z，这类晶体是光学，这类晶体是光学各向同性；各向同性；（ 2 2）有二个主介电常数相等，例如）有二个主介电常数相等，例如x = y z 称这类晶体为称这类晶体为单轴晶

6、体，如石英、红宝石等。大部分液晶材料具有单轴单轴晶体，如石英、红宝石等。大部分液晶材料具有单轴晶体的光学特性；晶体的光学特性；（3 3）对应）对应x y z 的情况，一般有两个光轴方向，称为双轴的情况，一般有两个光轴方向，称为双轴晶体，如云母、蓝宝石。晶体，如云母、蓝宝石。 少量液晶具有双轴晶体光学特性。少量液晶具有双轴晶体光学特性。 191.3.2 单轴晶体中光的传播单轴晶体中光的传播 (n2- n2o)( n2o sin2+ n2e cos2) n2- n2o n2e = 0 22onn22e22o2e2o2cossinnnnnn 1.4 晶体光学性质的几何表示晶体光学性质的几何表示 1.

7、4.1 折射率椭球折射率椭球 1222222zyxnznynx201.4.2 1.4.2 单轴晶体光学特性的几何表示单轴晶体光学特性的几何表示 图3-10 单轴晶体的折射率椭球截面12e22o22nznyx212 液晶的双折射特性和光学性质液晶的双折射特性和光学性质 a）向列和近晶液晶 b) 胆甾液晶（光学正液晶） （光学负液晶）图3-11 单轴性液晶折射率的各向异性22液晶的三大光学特性液晶的三大光学特性: n由于液晶呈单轴的光学各向异性，因此具有以下特别有由于液晶呈单轴的光学各向异性，因此具有以下特别有用的光学特性：用的光学特性：n 能使入射光的前进方向向液晶分子长轴能使入射光的前进方向向

8、液晶分子长轴(即指向矢即指向矢n)方向偏转；方向偏转；n 能改变入射光的偏振状态能改变入射光的偏振状态(线偏振、圆偏振、椭圆线偏振、圆偏振、椭圆偏振偏振)或偏振的方向；或偏振的方向；n 能使入射偏振光相应于左旋光或右旋光进行反射或能使入射偏振光相应于左旋光或右旋光进行反射或者透射。者透射。/sin,cosncncvncncv23图3-12 射入液晶光线的前进方向24/sin,cosncncvncncv 由于由于n/ n，所以液晶中光速合成方向与液晶分子长轴的夹，所以液晶中光速合成方向与液晶分子长轴的夹角变小，即进入液晶后，光线向液晶分子长轴方向靠拢。角变小，即进入液晶后，光线向液晶分子长轴方向

9、靠拢。 25对第对第条特点的解释：条特点的解释： 图3-13 入射直线偏振光在液晶中偏振光状态和偏振光方向的变化自然光和部分偏振光26当 时 ,22o22sincossincos2sincosEEEEEyxyx422o22sin2cos2EEEEEyxyx27图3-14 偏振光方向沿液晶分子扭曲排列时的转动l）右左nnl(2)(2右左nnlnp0pn283 液晶显示器的主要性能参量液晶显示器的主要性能参量 3.1 电光特性电光特性 图3-16 液晶的电光特性曲线29阈值电压阈值电压 ：它是引起最大透光强度的：它是引起最大透光强度的10(负型负型)或或90(正型正型)的外电压值的外电压值 饱和电

10、压饱和电压 ：它对应于最大透光度它对应于最大透光度90(负型）或负型）或10%（正型）处的外加电压（正型）处的外加电压。 thVSVminmaxTT 对比度= 陡度和比陡度定义： thsVV11thsthVVV30电光响应曲线：电光响应曲线： 图3-17 电光响应曲线311220)(qkEiiidq/12202)(iiirkVd)/(22iiidkd122020)(iiirkVp)/(220iiidkpTN、DS等液晶分子排列的螺距等液晶分子排列的螺距P比盒厚比盒厚d 大得多大得多 对于相变对于相变(PC)型液晶器件，分子排列螺距小于盒厚型液晶器件，分子排列螺距小于盒厚d， 32 对比度与视角

11、图3-17 对比度和视角的关系333-4 液晶材料的结构及其性质1 液晶显示器件对液晶材料的要求液晶显示器件对液晶材料的要求 1.1 在使用和储存的温度环境下都表现为液晶相在使用和储存的温度环境下都表现为液晶相 1.2 具有优良的化学稳定性、光化学稳定性及热稳定性，具有优良的化学稳定性、光化学稳定性及热稳定性，使用寿命长使用寿命长 1.3 粘度低，具有优良的响应特性粘度低，具有优良的响应特性 1.4 介电各向异性大，适于低电压工作介电各向异性大，适于低电压工作 1.5 双折射率大小适合于显示对比度的增加双折射率大小适合于显示对比度的增加 1.6 弹性模量均衡，适合于多路传输驱动弹性模量均衡，适

12、合于多路传输驱动 1.7 分子排列有序度高分子排列有序度高 342 热致液晶的分子结构热致液晶的分子结构 n2.1 液晶相化合物分子结构必须满足的要求n （1） 液晶分子的几何形状应该是各向相异的，分子的长径比(LD)必须大于4；n （2） 液晶分子长轴应该不易弯曲，要有一定的刚性；因而常在分子的中央引进双键或叁键，形成共轭体系，以得到刚性的线型结构，或者分子保持反式结构，以获得线状结构；n （3） 分子末端含有极性或可极化的基团。通过分子间电性力、色散力的作用，使分子保持取向有序。 2.2 热致液晶的分子结构热致液晶的分子结构 353 液晶分子结构和液晶物理性质的关系液晶分子结构和液晶物理性

13、质的关系3.1 介电各向异()大小、正负与 、 、 、T和S均有关系 224(1 3cos)2NhFFSkTn3.2 导电各向异性液晶电导各向异性可以用 来描述。在向列液晶中离子沿分子轴方向的运动比垂直于分子轴方向运动要容易得多，所以向列液晶总有 。在近晶液晶中，离子运动在分子层隙间比较容易，所以 /1/1363.3 粘度与分子结构的关系粘度与分子结构的关系 n液晶分子结构对粘度的影响有下列几点：n 中心基团不同粘度明显不同，比较西夫硷、酯类、联苯三类液晶可知，联苯类液晶粘度最小，酯类液晶粘度最大；n 随着端基碳链增长，分子间相互结合程度和作用力增加，导致粘度增加；n 因环己烷不含电子体系，极

14、化度小，所以该类液晶的粘度比结构相似的芳环类液晶粘度要低，前者在室温下粘度都小于0.02Pas；n 对于嘧啶类液晶，氢化环的数目和位置对液晶粘度影响强烈。 0exp(/)E kT373.4 双折射与分子结构的关系双折射与分子结构的关系 n折射率受液晶分子结构的影响 :222431eonnNn 中心桥键 电子体系 极化度 383.5 弹性系数与分子结构的关系弹性系数与分子结构的关系 n 液晶分子侧向引进其他基团，使液晶变宽， 值增加，但 变化不大，结果是 下降。总之，能增加液晶刚性的因素大都能使 下降。例如用苯环代替易弯曲的丁基，便产生这种效果；n 末端烷基链长增加，会使分子间滑动变得困难，于是

15、 降低；n 用环己烷、环辛烷、双环已烷代替液晶分子中的苯环，均导致 增加；n 含有氰基(CN)的液晶材料， 较小。 11k33k3311/kk3311/kk3311/kk3311/kk3311/kk393.6 有序参量有序参量S与液晶结构的关系与液晶结构的关系 3.7 液晶材料液晶材料的物理性的物理性质和显示质和显示技术之间技术之间的关系的关系 1111d12 d()ddkSktSt2221eonnSn图3-18 液晶显示器件与液晶材料参数之间的关系404 实用液晶材料简介实用液晶材料简介 显示方式液晶用途液晶参数TN-1(oC)nVth(V)通用液晶60O.12O.1560O.12O.151

16、，5宽温度范围液晶90O.08O.161.12.5STN低占空比液晶80 O.12O.152.1高占空比液晶85O.12O.152.1AM低电压使用90O.07O.10100O.07O.102.O414.1 TN显示用液晶材料显示用液晶材料 n目前使用的是以稳定性好、电光性能好和色泽洁白的苯脂类、氰基联苯类、苯基环己烷类化合物为主,如: 氰基联苯，苯甲酸酯，环己基羧酸酯。 宽温度范围TN显示用液晶材料需用：苯基环己烷，二苯基环己烷以及环己基二苯基环己烷，进行调制。前一种材料粘度低，而后两种材料清凉点高。 424.2 STN显示用液晶材料显示用液晶材料n用于调制STN显示用液晶为下列几种材料：n

17、 含有两个或三个环的苯基环己烷类、乙烷类液晶，如苯基环己烷；二苯基环己烷；环己基二苯基环己烷；环己基羧酸脂；乙烷类液晶。n 嘧啶类、炔类液晶：间二氮杂苯系；炔类液晶n 含氟链烯基液晶。 nSTN显示用液晶材料的特性参数一般在下列范围内：n = 1.52.2, = 0.50.6，n mm2s1， 100 ， 3311/kk2211/kk/1.8 3.0 2015 3585CT CC0.12 0.15n 434.3 AM显示用液晶材料显示用液晶材料nAM显示除了要求液晶材料具有超低粘度外，还要求有高显示除了要求液晶材料具有超低粘度外，还要求有高电阻率、高电荷保持率等特性。许多含氟或多氟液晶材料电阻率、高电荷保持率等特性。许多含氟或多氟液晶材料可满足上述要求。可满足上述要求。4.4 胆甾型液晶材料胆甾型液晶材料胆甾液晶材料可分为两大类：胆甾液晶材料可分为两大类： （1）有胆甾环的胆甾型液晶）有胆甾环的胆甾型液晶（2）无胆甾环的胆甾型液晶）无胆甾环的胆甾型液晶44预习思考题：预习思考题：1、液晶显示器件的基本结构有那些？、液晶显示器件的基本结构有那些？2、液晶分子排列取向的作用是什么？有几、液晶分子排列取向的作用是什么？有几种取向的处理方法？种取向的处理方法？ 45n思考与练习题n3-1 胆甾相液晶有何特殊性质?n3-2 有序参量与哪些因素有光？n3-6 液晶呈单轴的光学