液晶的显示材料.ppt

1、液晶显示材料及应用,基本知识和简单原理,液晶显示材料基础知识,液晶知识涉及多学科，横跨多个领域，业内人士需要做的最多的就是对多个因素的优化、再优化，解决或缓解多因素之间的矛盾和冲突。作为液晶材料的开发，这一点就更为突出：包括相变范围、介电、折光、驱动电压、驱动路数、粘弹性、视角、能耗等方面在内的十几个参数需要调整和优化，以求达到为显示器提供整体性能优越的液晶材料。,液晶显示材料基本性能,热力学行为相态和相变电学特性容性、阻性光学特性双折射、光活性动力学、运动学范畴粘弹性,液晶的相态和相变,A、液晶的相态：热致液晶a、介晶相概念b、介晶相分类:SA，SB，SC，N，N*等B、液晶相态的特点：a、

2、有序程度：S=1/2，0.60.8;0.4;b、分子排列状态c、对液晶分子形状的要求,液晶的相态和相变,C、液晶的相变：a、CS（A、B、C）；b、SN；c、NI；D、相态、相变的判别和测量：a、观察法偏光熔点仪，通过其各相在偏光显微镜下的不同现象可以辨别相态和测量相变点，是快速检测的手段。b、热分析法DSC差热分析，通过各相相互转变时伴有能量得失热量的吸收和放出，用检测装置来测量相变点。是对液晶进行分析的有利手段。,显示器件对材料相态相变要求,普通TN的要求：工作温度范围内为向列相有一定的相稳定性STN器件的要求：更宽的向列相范围高低温范围内须有较好的相稳定性，即有序程度要较高,液晶的容性和

3、阻性,容性特性介电性质阈值、饱和电压、陡度温度依赖性频率依赖性驱动条件阻性特性耗电流、能耗静电行为,液晶的容性特征,介电特性液晶是一种电介质液晶的介电特性具有方向性介电异性，它与分子极性相关。=-介电特性是液晶的本质特征，是所有其他性能的基础介电特性为驱动提供了原动力两体系混合后介电常数可线性叠加,液晶的容性特征,阈值、饱和值和陡度阈值与液晶介电常数相关Vth=（K/0）1/2陡度与K33/K11以及/相关阈值电压、饱和电压是驱动电压选择的基本依据，陡度是扫描行数设计的依据。两体系混合后阈值电压和陡度并非线性叠加，而须实际测试确定,液晶的容性特征,介电的温度依赖性随着温度的上升，介电各向异性减

4、小在远离清亮点的温度下，介电各向异性随温度缓慢变小温度升至清亮点以上时，介电各向异性消失宽温产品应考虑此因素,液晶的容性特征,介电的频率依赖性介电各向异性随测试频率的上升而降低介电各向异性当测试频率足够高时，介电各向异性消失高DUTY驱动时需考虑此因素,液晶介电常数的测量,测试原理根据介电常数的定义：C=0C0，其中C0为真空电容，只要测得电介质加入前后的电容值，即可得到电介质的介电常数。测试条件的选择测试设备：电容测试仪、液晶盒驱动条件：驱动频率的选择是根据其频率依赖性特点进行的满足液晶沿电场排列，近似的选取驱动电压液晶排列要求：指向矢平行电场；指向矢垂直电场温度控制：252,驱动条件的选择

5、,DUTY数确定根据液晶材料的陡度来估计它的适用扫描线数Nmax=（P2+1）/（P2-1）2BIAS的确定根据最佳偏压比算法a=N1/2+1有效电压的计算Von=(1-(a2-1)/N)1/2V/aVoff=(1+(a2-4a+3)/N)1/2V/a实际驱动条件的选择需要考虑显示器件的实际对比度、视角、工作温度、响应以及驱动芯片负载能力等多方面因素,液晶的阻性特征,液晶是高阻材料液晶的电阻率非常高，一般都在1010欧姆厘米以上。液晶的电阻特性是材料本身决定的，它和介电常数、阈值电压有一定联系一般认为，液晶的阻性电流是杂质的带入而引起的液晶器件的能耗和电阻电流液晶器件的能耗来自电容和电阻，其中

6、主要是电容液晶在电场作用中，可以形成电阻电流动态驱动时，随频率的上升，容性明显增强，阻性相对减弱,液晶的阻性特征,液晶电阻的测量测量原理：RxR0测量设备：高阻仪、电导电极等；测量条件：温度、湿度，测量电压测量精度保证：屏蔽和接地情况,U,CB,Rx,R0,液晶的阻性特征,静电行为积累电荷无法从有效途径消除掉，从而形成静电场，导致显示器无法正常显示液晶材料纯度过高，电阻率过高，使得积累电荷无法从液晶材料途径消除避免方法液晶材料途径：在保证能耗要求的情况下，适当调整电阻性能器件途径：设计旁路，引消除积累的静电贺,液晶的阻性特征,液晶保存和使用对液晶电阻率的影响离子性杂质的引入是降低液晶电阻率的主

7、要因素极性杂质也使液晶电阻率降低强烈的光照可以是液晶电阻率降低,UV光的破坏尤为强烈环境可以导致液晶尤其是低阈液晶的电阻率下降盛装容器的洁净程度液晶使用过程中的接触物品使用液晶环境的光照情况液晶所在环境的温湿度情况成盒前的工序的洁净程度,液晶的双折射,液晶的折射率no、ne偏振光线偏振椭圆偏振相延迟和色散,液晶的双折射,液晶的折射率液晶具有双折射这一晶体特性no为寻常光折射率，其偏振方向与分子长轴垂直，ne则平行光学各向异性定义为n=ne-no这一参数在STN设计中是极为关键的n与介电常数、清亮点、有序程度等参数相关,液晶双折射的测量,测量原理利用阿贝折射仪，在对液晶进行排列处理后，用检偏器件

8、分别读取两个折射率。两体系混合后的折射率可以叠加获得。测量设备阿贝折射仪、恒温装置、单色光源、检偏器件测量条件200.1；589nm纳光光源；,液晶的双折射,折射率的温度依赖性折射率随温度的升高而降低折射率各向异性也随温度上升而降低温度接近清亮点时，各向异性急剧下降温度高于清亮点时，各向异性消失这一因素对高温工作的液晶器件有着非常大的影响,液晶的双折射,折射率的频率依赖性随着测试光源的频率的变化，液晶的折射率也发生变化频率升高，折射率增大在可见光波段内，折射率的变化足以影响显示器件的色度在C-STN中，不但需要需要补偿膜，而且对液晶的这一性能要求也较为严格,液晶的光活性,手性物质含有一个或多个

9、手性C（不对称C）的物质，被称为手性物质。这个C周围的四个基团是两两不同的。旋光性偏振光通过手性物质时，其电矢量会出现一定程度的偏转。螺距和HTP值在胆甾相中，液晶分子是呈螺旋状排列的，当指向矢旋转360度时，在螺旋轴方向上距离称为自然螺距。HTP指定义为1/PC，是表征手性物质扭曲能力的指标。,偏振光基础,偏振光定义电磁波为横波自然光为电矢量各方向分布均匀液晶显示本质是对偏振光的调制线偏光其偏振方向在时间和空间上为常数，即面对光线射来的方向，它的电矢量震动在一平面内。,偏振光基础,椭圆偏振光椭圆偏振光电矢量的强度和振动方向是时间和空间的函数，即随着光的传播其电矢量的强度和振动方向是在变化的如

10、果其电矢量的轨迹在垂直光线传播的平面内的投影为椭圆，那么，称其为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以分解为两个电矢量垂直的线偏光，反之，亦可由线偏光合成,液晶对光的相延迟和色散,液晶对光具有双折射效应，使得o光和e光在液晶中传播速度不同，从而导致在出射时二者相位不同因应液晶的光学各向异性的不同，所产生的相位差不同影响相位差第二个因素为液晶层的厚度第三个有关的因素入射光的波长，不同波段的光的透射光强有较大变化折射率随光频的变化导致色散，使STN显示为有色显示,液晶的粘弹性,粘度性能体积粘度旋转粘度弹性性能K11、K22、K33K33/K11、K22/K11,液晶的粘度,针对不同的运动方式，液晶有几个粘度1

11、指向矢与流速方向以及流速梯度方向均垂直时的粘滞系数2指向矢与流速方向平行时的粘滞系数近似于体积粘度3指向矢与流速方向垂直，但与速度梯度方向平行时的粘滞系数指向矢转动时所引起的粘滞系数,2,1,3,液晶的粘度,粘度的本质是分子间内摩擦力速度梯度为1时单位面积的内摩擦力，分动力学粘度、运动粘度体积粘度属于动力学范畴，单位为PaS或P；运动粘度单位m2/s。液晶有其自己的特点和限制，有一定极限液晶的粘度与介电常数、清亮点、折射率有关粘度与温度基本呈指数关系SexpB/T,温度上升，粘度降低；温度下降，粘度增加两体系混合后的粘度并非线性叠加,粘度影响响应时间,液晶器件的响应时间与液晶的粘度相关d2，且

12、开时间还与驱动电压和K有关；关时间与K相关显示器的响应时间仍需实验测试和评估，尤其在STN显示器方面响应时间与驱动条件相关与驱动频率（小频率）相关与扫描路数（DUTY）相关与驱动波形相关与驱动芯片的负载能力相关,液晶的弹性性能,三个弹性常数,K11,K22,K33,液晶的弹性性能,弹性自由能F=1/2K11（n）+K22（nn）+K33（nn）STN陡度与K33/K11、K22/K11有关K33/K11增大有利于STN陡度的提高K22/K11降低有利于STN陡度的提高STN响应与K33/K11有关K33/K11增大不利于响应的改善,液晶材料的应用领域,普通TN、HTN型显示器件无源矩阵显示器件STN有源矩阵显示器件TN、IPS、MVA多稳态显示器件宾主型液晶显示器件PDLC液晶显示器件其他应用领域,STN显示器对液晶性能的选择,驱动条件DUTY？BIAS？Vop？Vth，Vsat，P响应要求响应时间粘度、Gap、n色度要求黄、绿nd/，偏光片角度,STN显示器对液晶性能的选择,成盒要求扭曲角240/180；预倾角5-6；d/p(/2-0.25，/2+0.25）;p=1/htpc工作温度范围高低温光电曲线最基本条件是向列相范围；底色、对比度、驱动电压、响应等随温度的变化在要求范围内