液晶與液晶顯示材料

1、 材料的光學材料的光學 液晶與液晶顯示材料液晶與液晶顯示材料 液晶材料與液晶顯示器的原理液晶材料與液晶顯示器的原理 液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn) 液晶的分類液晶的分類 液晶的光電效應液晶的光電效應 液晶顯示器的基本原理液晶顯示器的基本原理液晶的發(fā)現(xiàn)液晶的發(fā)現(xiàn) 液晶的發(fā)現(xiàn)可追溯到19世紀末，1888年奧地利的植物學家FReinitzer在作加熱膽甾醇的苯甲酸脂實驗時發(fā)現(xiàn)，當加熱使溫度升高到一定程度后，結(jié)晶的固體開始溶解。但溶化后不是透明的液體，而是一種呈混濁態(tài)的粘稠液體，并發(fā)出多彩而美麗的珍珠光澤。當再進一步升溫后，才變成透明的液體。這種混濁態(tài)粘稠的液體是什么呢？ 他把這種粘稠而混濁的液體放到偏光顯微鏡

2、下觀察，發(fā)現(xiàn)這種液體具有雙折射性。 于是德國物理學家DLeimann將其命名為“液晶”，簡稱為“LC”。在這以后用它制成的液晶顯示器件被稱為LCD。液晶的偏光顯微照片物質(zhì)的三態(tài)晶態(tài)（各向異性） 非晶態(tài)（各向同性） 氣態(tài) 液態(tài) 固態(tài)晶態(tài)：原子在空間呈有規(guī)則地周期性重復排列；非晶態(tài)：原子無規(guī)則排列。液晶高分子材料 很多固態(tài)的高分子材料具有液晶態(tài)結(jié)構(gòu)，具有取向結(jié)構(gòu)。稱之為液晶高分子。 液晶高分子具有優(yōu)異的力學和物理性質(zhì)， 應用于許多重要領域。比如防彈衣、高氣密性包裝膜EVOH、LCD平板顯示器。液晶高分子材料液晶高分子材料 液晶的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有液晶的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史，但多年的歷史，但近近20年

3、來才獲得了快速的發(fā)展。這是因年來才獲得了快速的發(fā)展。這是因為液晶材料的為液晶材料的光電效應光電效應被發(fā)現(xiàn)。因而被被發(fā)現(xiàn)。因而被應用在低電壓和輕薄短小的顯示組件上。應用在低電壓和輕薄短小的顯示組件上。 目前液晶材料已被廣泛應用于計算機顯目前液晶材料已被廣泛應用于計算機顯示屏，電子表，手機，計算器等電子產(chǎn)示屏，電子表，手機，計算器等電子產(chǎn)品上。成為顯示工業(yè)不可或缺的重要材品上。成為顯示工業(yè)不可或缺的重要材料。料。 液晶的分類方法液晶的分類方法 1.按照液晶的形成條件分類按照液晶的形成條件分類 2.按照分子排列的形式和有序性分類按照分子排列的形式和有序性分類按照液晶的形成條件分類按照液晶的形成條件分

4、類 采用采用降溫降溫的方法的方法,既將既將熔融的液體降溫，當熔融的液體降溫，當降溫到一定程度后分降溫到一定程度后分子的取向有序化，從子的取向有序化，從而獲得液晶態(tài)作為而獲得液晶態(tài)作為顯示技術(shù)應用的液晶顯示技術(shù)應用的液晶都是熱致液晶都是熱致液晶 有機分子有機分子溶解溶解在溶劑在溶劑中，使溶液中溶質(zhì)的中，使溶液中溶質(zhì)的濃度增加，溶劑的濃濃度增加，溶劑的濃度減小，有機分子的度減小，有機分子的排列有序而獲得液排列有序而獲得液晶晶構(gòu)成液晶態(tài)的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成液晶態(tài)的結(jié)構(gòu)單元棒狀分子棒狀分子盤狀分子盤狀分子由長鏈或盤狀分子連接而成的柔性長由長鏈或盤狀分子連接而成的柔性長鏈聚合物鏈聚合物由雙親分子自組裝而成的膜

5、由雙親分子自組裝而成的膜液晶的三種結(jié)構(gòu)類型液晶的三種結(jié)構(gòu)類型 向列型：向列型：向列型液晶由長徑比很大的棒狀分子組成，保持與軸向平行的排列狀態(tài)。因為分子的重心雜亂無序，并容易順著長軸方向自由移動，所以像液體一樣富于流動性。正由于向列型液晶分子的這種一致排列，使得它的光學特性很像單軸晶體，呈正的雙折射性。對外界的電、磁、溫度、應力都比較敏感，是顯示器件上廣泛使用的材料。向列液晶在偏光顯微鏡下的圖液晶的三種結(jié)構(gòu)類型液晶的三種結(jié)構(gòu)類型 膽甾型：膽甾型：它包含著許多層分子，它包含著許多層分子，每層分子的排列方向相同，每層分子的排列方向相同，但相鄰兩層分子排列方向但相鄰兩層分子排列方向稍有旋轉(zhuǎn)，夾角約稍有

6、旋轉(zhuǎn)，夾角約15分，分，層層疊成螺旋結(jié)構(gòu)，當分層層疊成螺旋結(jié)構(gòu)，當分子的排列旋轉(zhuǎn)了子的排列旋轉(zhuǎn)了360而又而又回到原來方向時，在這種回到原來方向時，在這種分子排列完全相同的兩層分子排列完全相同的兩層間的距離稱膽甾型液晶的間的距離稱膽甾型液晶的螺距。螺距。 液晶的三種結(jié)構(gòu)類型： 近晶型：近晶型：棒狀分子相互平行地棒狀分子相互平行地排列成排列成層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)，分子，分子的長軸垂直與層面在的長軸垂直與層面在層內(nèi)，分子的排列具有層內(nèi)，分子的排列具有二維有序性，分子的質(zhì)二維有序性，分子的質(zhì)心位置排列則是無序的，心位置排列則是無序的，分子只能在本層內(nèi)活分子只能在本層內(nèi)活動在層間具有一維平動在層間具有一維

7、平移序，層間可以相互滑移序，層間可以相互滑移移back液晶分子的光電性質(zhì)液晶分子的光電性質(zhì)描述液晶分子光電性質(zhì)的重要物理量：描述液晶分子光電性質(zhì)的重要物理量：介電系數(shù)介電系數(shù)折射系數(shù)折射系數(shù)液晶分子的光電性質(zhì)液晶分子的光電性質(zhì) 液晶分子大多由棒狀或碟狀分子形成液晶分子大多由棒狀或碟狀分子形成,所以與分子長軸平行或垂直方向的物理所以與分子長軸平行或垂直方向的物理特征會有所差異，這就是液晶分子結(jié)構(gòu)特征會有所差異，這就是液晶分子結(jié)構(gòu)的的異方性異方性 由于液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性，所以由于液晶分子結(jié)構(gòu)的異方性，所以液晶分子在液晶分子在介電系數(shù)介電系數(shù)和和光電系數(shù)光電系數(shù)等光電等光電系數(shù)上都具有異方性系數(shù)上

8、都具有異方性液晶分子的光電性質(zhì)液晶分子的光電性質(zhì) 介電系數(shù)介電系數(shù) ： 介電系數(shù)可以分為與指向矢平行的分量介電系數(shù)可以分為與指向矢平行的分量 和與指向矢垂直的分量和與指向矢垂直的分量 。 當當 時稱為介電系數(shù)異方性為正時稱為介電系數(shù)異方性為正型的液晶。可以用在平行配位。型的液晶?？梢杂迷谄叫信湮?。P型液晶型液晶 當當 時時 稱為介電系數(shù)異方性為稱為介電系數(shù)異方性為負型的液晶。只有用在垂直配位才能顯負型的液晶。只有用在垂直配位才能顯示所需的光電效應。示所需的光電效應。 N型液晶液晶短軸方向液晶短軸方向v在外電場作用下，分子的排列極易發(fā)生變化，P型液晶分子長軸方向平行于外電場方向，N型液晶分子長軸

9、方向垂直于外電場方向。 v目前液晶顯示器主要應用P型液晶。液晶分子的光電性質(zhì)液晶分子的光電性質(zhì) 折射系數(shù)折射系數(shù) ： 折射系數(shù)也同介電系數(shù)相似，依照與指折射系數(shù)也同介電系數(shù)相似，依照與指向矢垂直與平行的方向分成兩個方向的向矢垂直與平行的方向分成兩個方向的向量向量與指向矢平行的分量為，與指向與指向矢平行的分量為，與指向矢垂直的分量為矢垂直的分量為 nnn由于液晶具有單軸晶體的光學各向異性，所以具有以下光學特性：1）能使入射光沿液晶分子偶極矩的方向偏轉(zhuǎn)；2）使入射的偏光狀態(tài)，及偏光軸方向發(fā)生變化；3）使入射的左旋及右旋偏振光產(chǎn)生對應的透過或反射。 液晶器件基本就是根據(jù)這三種光學特設計制造的。液晶的

10、光電效應 液晶材料在施加電場（電流）時，其光學性質(zhì)會發(fā)生變化，這種效應稱為液晶的光電效應。 液晶的電光效應在液晶顯示器的設計中被廣泛采用。目前發(fā)現(xiàn)的電光效應種類很多，產(chǎn)生電光效應的機理也較為復雜，但就其本質(zhì)來講都是液晶分子在電場作用下改變其分子排列或造成分子變形的結(jié)果。液晶的光電效應分類液晶顯示器液晶顯示器(LCD)的基本原理的基本原理偏振片透光原理偏振片透光原理液晶對光線的調(diào)制作用液晶對光線的調(diào)制作用 偏振片透光原理：偏振片透光原理：偏振片只允許偏振方向與它的偏振化方向平行的光偏振片只允許偏振方向與它的偏振化方向平行的光透過，透過，如果讓兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，由如果讓兩個偏振片的偏

11、振化方向相互垂直，由于第一次出射光的偏振方向與第二個偏振片的偏振化于第一次出射光的偏振方向與第二個偏振片的偏振化方向垂直，光不能通過第二個偏振片方向垂直，光不能通過第二個偏振片 把液晶放在兩個偏振片之間，在向列型液晶把液晶放在兩個偏振片之間，在向列型液晶中，棒狀分子的排列是彼此平行的如果上下中，棒狀分子的排列是彼此平行的如果上下兩玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子將采取兩玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子將采取逐漸過渡的方式逐漸過渡的方式被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀被扭轉(zhuǎn)成螺旋狀如果有光線進入如果有光線進入,通過通過第一個偏振片后，將被第一個偏振片后，將被液晶分子逐漸改變偏振液晶分子逐漸改變偏振方向方向.由于光

12、線沿著分子由于光線沿著分子排列的方向傳播，光線排列的方向傳播，光線最終將從另一端射出最終將從另一端射出如果兩玻璃板之間加如果兩玻璃板之間加上電壓，分子排列方向上電壓，分子排列方向?qū)⑴c電場方向平行，光將與電場方向平行，光線由于不能扭轉(zhuǎn)將不會線由于不能扭轉(zhuǎn)將不會通過第二個極板通過第二個極板 液晶顯示灰度（亮度）的變化液晶顯示灰度（亮度）的變化 液晶顯示器就是利用這一特性，在上下液晶顯示器就是利用這一特性，在上下兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿液兩片柵欄相互垂直的偏光板之間充滿液晶，利用電場控制液晶的轉(zhuǎn)動晶，利用電場控制液晶的轉(zhuǎn)動不同的不同的電場大小就會形成不同的灰階亮度電場大小就會形成不同的灰階亮

13、度TN-LCD的工作原理在玻璃基片上沉積一層硅在玻璃基片上沉積一層硅,通過印刷光刻等工序作成晶體管陣列通過印刷光刻等工序作成晶體管陣列,每個每個像素都設有一個半導體開關(guān)，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。再像素都設有一個半導體開關(guān)，其加工工藝類似于大規(guī)模集成電路。再把液晶灌注在兩片玻璃之間把液晶灌注在兩片玻璃之間,由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制，由于每個像素都可以通過點脈沖直接控制，因而，因而，每個節(jié)點都相對獨立，并可以進行連續(xù)控制，每個節(jié)點都相對獨立，并可以進行連續(xù)控制，這樣的設計不僅這樣的設計不僅提高了顯示屏的反應速度，同時可以精確控制顯示灰度，所以提高了顯示屏的反應速度，同時可以精確控制顯示灰度，所以TFT液液晶的色彩更逼真，稱為晶的色彩更逼真，稱為真彩真彩 TFT型液晶彩色顯示原理型液晶彩色顯示原理 對于對于TFT-LCD而言而言彩彩色濾光片色濾光片是很重要的，是很重要的，利用紅，綠，