液晶显示技术

1、液晶显示技术液晶晶相 液晶分类（1）溶致液晶：有些材料在溶剂中，处于一定的浓度区间时便会产生液晶。即有机分子溶解在溶剂中，是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（2）热致液晶：把某些有机物加热溶解，由于加热破坏了结晶晶格而形成的液晶称为热致液晶。当采用降温等方法，将熔融的液体降温到一定程度后分子的取向变得有序化，从而获得液晶态液晶晶相（2）液晶的晶相向列相：丝状相，由长、径比很大的棒状分子组成。分子大致平行排列，质心位置杂乱无序。光学上单轴正性胆甾相：螺旋相，在向列液晶中加入炫光材料。可看做是有向列相平面重叠而成的，一个平面内的分子相互平行，逐次平面的分子方向呈螺

2、旋式，光学上 单轴负性近晶相：层状相，脂状相，分子分层排列，层内分子互相平行，其方向可以是垂直于层面，或层面倾斜，层内分子质心可以无序、能自由平移、似液体；或有序成二维点阵液晶晶相 A相：双分子层结构 B相：层片内的分子质心排列成面心六角形，分子垂直于层面 C相：分子与层面倾斜，在光学上是双轴的 由手性分子组成近晶相液晶粘度大，分子不易转动，响应速度慢，不易做显示器件液晶的物理性质 曲率弹性：液晶受扰动时，分子取向有恢复平行排列的能力，通常很小向列相和胆甾相：展曲扭曲弯曲近晶相：展曲和层面位移引起的混合弹性E or B展曲展曲K11E or B扭曲扭曲K22E or B弯曲弯曲K33液晶的物理

3、性质 液晶是抗磁体，又是介电材料，介电各向异性依材料而定，并与频率有关液晶的电光效应 电光效应：通过点穴方法，产生光变化的现象称为液晶的电光效应 1）液晶的双折射现象：液晶的重要特征之一。 2）电控双折射效应：对液晶施加电场，使液晶的排列方向发生变化，因为排列方向的改变，按照一定的偏振方向入射的光，将在液晶中发生双折射现象。 3）动态散射： 4）旋光效应： 5）宾主效应：液晶显示器件的显示方式 直观式显示方式：直接观看显示面的方式，钟表、计算器、各种仪表 投影式显示：将LCD上写入的光学图像放大，投影到投影屏上的方式，也称为液晶光阀直观式显示 透射型：是把来自背面的面状背光源的光以显示信息的方

4、式在LCD面板进行时空调制。光源可以是荧光灯、场致发光板或发光二极管等 反射型： 透射反射兼用型透射式和反射式显示透射式和反射式显示PALCDAmbientDiffuser透射式透射式反射式反射式+ High contrast + Low power; light weight + Full color + Sunlight readability? Power consumption ? Brightness dark ambient? Sunlight readability ? Low CR; Parallax_* Desktop Monitors * Hand-held PC, PDA

5、, .APLCDLCsT-mode背光源背光源偏振片偏振片偏振片偏振片玻璃玻璃dRdTLCs透射式显示玻璃玻璃宽带宽带 /4 波片波片R-mode偏振片偏振片玻璃玻璃反射镜反射镜dRLCs反射式显示T RRTT/R LCDs: ComparisonIndoorOutdoorT-LCD: 适合室内适合室内R-LCD: 适合室外适合室外透反射式显示方式透反射式显示方式Broadband /4 filmBroadband /4 filmT-modeR-modeBacklightPolarizerPolarizerGlass Passivation layerReflectordRdTLCs透反射式兼

6、用显示方式投影式显示 光写入方式 热（激光）写入方式：由相变而来 电写入方式 TFT-LCD型液晶显示器的技术参数 对比度：人眼能接受的对比度为： 分辨率： 外观液晶显示器的特点 低压微功耗：V，几mA/cm2 平板型结构 被动显示型：本身不发光，靠调制外界光进行显示 显示信息量大：没有CRT阴罩限制，像素可以做得很小，LCD可以进行投影显示及组合显示 易于彩色化 无电磁辐射 长寿命：可达50000小时液晶显示技术的发展史 动态散射模式： 宾主模式： 1974年，不需要偏振片 扭曲向列模式：模式不适合大容量显示 超扭曲向列模式：年瑞士的发表了关于度的超双折射效应的研究成果 双折射控制模式（）：

7、 高分子分散液晶：利用液晶与高分子聚合物的光散射现象的液晶，不需要偏振片 存储功能突出的相变模式：适用于功耗低、电池驱动的便携式终端 高速响应性突出的铁电液晶。液晶技术的新进展 采用型素子进行驱动 利用色滤光镜制作工艺创造色彩斑斓的画面 低反射液晶显示技术 先进的连续料界结晶硅液晶显示技术 超宽视角技术 超黑晶技术 超高开口率技术 反光低反射技术主要任务主要任务 提高对比度提高对比度 提高亮度：亮的背光源，高的光利用率提高亮度：亮的背光源，高的光利用率3. 降低功耗降低功耗4. 提高响应速度提高响应速度5. 提高视角宽度提高视角宽度6. 开发可折叠的电子报纸开发可折叠的电子报纸 2 个区域个区

8、域 TNYang, IDRC91, p.68只改善垂直方向的视角只改善垂直方向的视角有旋转位移线有旋转位移线制造成本升高制造成本升高18027090 = 050804020105 = 10203040D-1D-24个区域个区域 TNChen et al, SID95, p.865; Nam et al, SID97, p.933宽视角宽视角有旋转位移线有旋转位移线反响摩擦反响摩擦; 光取向光取向Storage Capacitorf=0o90o 805q=10 20 30 40 50402010180o270oFujitsu 4个范畴的垂直取向个范畴的垂直取向加电压的情况下，电场是对称的加电压的

9、情况下，电场是对称的.多范畴多范畴 + 补偿膜补偿膜: 视角视角 70o高对比度高对比度; 孔径率孔径率 60%A. Takeda, SID98, p.1077, 1998.第二代多范畴垂直取向（第二代多范畴垂直取向（MVA）K. Okamoto, IDRC03: 07-01锥体物 + 狭缝视角的改善视角的改善 普通的普通的 MVA优化的优化的MVA CR=10 在所有的角度在所有的角度CR10 色彩位移的改善色彩位移的改善响应时间的改善响应时间的改善Conventional MVA New MVA + overdriveAverage: 29.3 ms Average: 11.6 msA.

10、Lien, EuroDisplay, p.21, 1993; K.H. Kim et al., Asia Display, p.383, 1998.三星的专利三星的专利VA (DeDe0), High CR; Rubbing freeFringing field multi-domainsNeed biaxial films (diagonals)Disclination lines?Off-State (Black)On-State (White)平面内开关（平面内开关（In-Plane Switch）V=0演演 示示IPS: 视角（视角（View Angle）宽视角宽视角; 颜色变化颜色变

11、化?IPS: 2D 模拟结果模拟结果液晶分子取向分布VT 曲线Iso-contrast contour Response timeHitachis 超（超（Super） IPSYellow BlueLC EAratani et al. JJAP 36, L27 (1997)Color shiftat =50oLED为背光源 以前用在液晶显示的背光源是：冷阴极荧光灯管（CCFL） LED背光荧屏采用的是发光二极管LED做背光源的优点： 1.屏幕可以做的更薄 2.画面效果更好3.不会发黄变暗 。 4.更加省电 。 5.更加环保 。 手性列向液晶手性列向液晶一般的列向液晶一般的列向液晶手性列向液晶手

12、性列向液晶CNpitchPdirectorCNn胆固醇液晶胆固醇液晶 V = 0; BraggR 50%(circular) o= nP; D D =100nmV 15VrmsFocal ConicScatteringV 30VrmsHomeotropicOptically ClearSRBlack PaintWavelengthDReflectance (arb. units)Predicting reflection peakPredicting reflection band胆固醇反射带宽胆固醇反射带宽 = 2d = nPD = PDn均匀螺距胆固醇液晶均匀螺距胆固醇液晶nPDD螺距连续变化的胆固醇液晶螺距连续变化的胆固醇液晶dzoolinearePPdzPP/377.0exp)/458.01(Solid lineDashed lines胆固醇液晶显示胆固醇液晶显示特点特点:双稳态记忆双稳态记忆/低功耗低功耗高亮度高亮度(不需要偏振片不需要偏振片)宽视角宽视角挑战挑战:1. 驱动电压高驱动电压高2. 对比度：颜色纯度对比度：颜色纯度3. 全彩色问题全彩色问题 (3-片叠在一起片叠在一起 8 颜色颜色)Kent Displays Inc.可折叠电子报纸聚合物液晶聚合物液晶 1. 60-70% 液晶液晶 + 30-40% 聚合物单体聚合物单体: 相位分离相位分离 2.