平板顯示技術(shù)

1、.1第 3 章 液晶顯示 3-1 液晶顯示的發(fā)展與特點(diǎn).2液晶顯示的應(yīng)用.3液晶顯示器件的特點(diǎn)液晶顯示器件的特點(diǎn):液晶顯示器件的優(yōu)點(diǎn)液晶顯示器件的優(yōu)點(diǎn)(1) 低壓、微功耗 (2) 平板結(jié)構(gòu) (3) 被動(dòng)顯示型 (4) 顯示信息量大 (7) 無輻射、無污染(5) 易于彩色化(6) 長壽命 液晶顯示器件的缺點(diǎn)液晶顯示器件的缺點(diǎn)(1) 顯示視角小 (2) 響應(yīng)速度慢.4.5圖圖3-2液晶物質(zhì)的相態(tài)變化液晶物質(zhì)的相態(tài)變化 T1T2 晶體 液晶相 各相同性的液體.63.2 熱致液晶熱致液晶 T1T2 晶體 液晶相 各相同性的液體T1 晶體 各向同性液體 液晶相 T2.7S型、型、N型、型、CH型液晶型液

2、晶的分子排列的分子排列.8 (1) 近晶相液晶(S型) 圖3-4近晶SA 、SB 、SC相分子排列示意圖.9n預(yù)習(xí)思考題：預(yù)習(xí)思考題：n1、 液晶的光學(xué)各向異性是如何描述的？n2、液晶的那些光學(xué)特性對(duì)液晶顯示器的設(shè)計(jì)特別有用？ .10 (3) 膽甾相液晶膽甾相液晶(CH型型) 膽甾相液晶這種特殊的分子排列方式，使其具有膽甾相液晶這種特殊的分子排列方式，使其具有一系列特殊的性質(zhì)：一系列特殊的性質(zhì)： 不同于上述兩種液晶材料，它是呈負(fù)性的單軸光學(xué)特性，不同于上述兩種液晶材料，它是呈負(fù)性的單軸光學(xué)特性，光軸與分子層垂直，沿該軸向的折射率很??；光軸與分子層垂直，沿該軸向的折射率很小； 它的旋光性很強(qiáng)達(dá)每

3、毫米幾萬度，遠(yuǎn)高于石英晶體它的旋光性很強(qiáng)達(dá)每毫米幾萬度，遠(yuǎn)高于石英晶體； 它的螺距極易受外力而改變，故可用調(diào)節(jié)螺距的方法對(duì)它的螺距極易受外力而改變，故可用調(diào)節(jié)螺距的方法對(duì)外界光進(jìn)行調(diào)制外界光進(jìn)行調(diào)制 , 2 , 1 , 0sinnpn當(dāng)入射光與光軸成 角度照射時(shí)，由布拉格干涉方程 由于膽甾相液晶分子的螺旋排列還使其在特定波長由于膽甾相液晶分子的螺旋排列還使其在特定波長 范圍內(nèi)具有圓偏振二向色，范圍內(nèi)具有圓偏振二向色， .11圖圖3-5向列相液晶分子長軸向列相液晶分子長軸在直角坐標(biāo)系中的取向位置在直角坐標(biāo)系中的取向位置1 有序參量有序參量 .12正性液晶和負(fù)性液晶在電場(chǎng)作用下分子的行為正性液晶和

4、負(fù)性液晶在電場(chǎng)作用下分子的行為2 液晶的各向異性液晶的各向異性 (a)圖3-6Np與Nn液晶在電場(chǎng)作用下分子的行為0,)(0,)(/ba.13液晶液晶中的中的三種三種形變形變.14.15式中：k1l展曲彈性系數(shù)；k12扭曲彈性系數(shù)；k33彎曲彈性系數(shù)。 233222211)()()(21nnknnknkf2233222211)()()()(21EkkkfEnnnnnnED dB333231232221131211ij22)(2121EnEEdvfFEV)(.16預(yù)習(xí)思考題預(yù)習(xí)思考題:1、液晶的電光特性如何？根據(jù)液晶的電光特性可導(dǎo)出那些物理量？2、液晶顯示器與液晶材料參數(shù)之間有何關(guān)系？ .173

5、-3 液晶的光學(xué)特性液晶的光學(xué)特性 1 光的偏振和晶體光學(xué)簡介光的偏振和晶體光學(xué)簡介 010122222222tvtvB BB BE EE E1.1 光是一種電磁波光是一種電磁波 圖3-8平面簡諧電磁波1.2 自然光和偏振光自然光和偏振光 .181.3 光在晶體中的傳播光在晶體中的傳播 1.3.1 晶體的雙折射現(xiàn)象晶體的雙折射現(xiàn)象 minmaxminmaxnPPIIIIIIIP晶體分類晶體分類： （1 1）三個(gè)主介電常數(shù)相等，即三個(gè)主介電常數(shù)相等，即x = y = z，這類晶體是光學(xué)，這類晶體是光學(xué)各向同性；各向同性；（ 2 2）有二個(gè)主介電常數(shù)相等，例如）有二個(gè)主介電常數(shù)相等，例如x = y

6、 z 稱這類晶體為稱這類晶體為單軸晶體，如石英、紅寶石等。大部分液晶材料具有單軸單軸晶體，如石英、紅寶石等。大部分液晶材料具有單軸晶體的光學(xué)特性；晶體的光學(xué)特性；（3 3）對(duì)應(yīng)）對(duì)應(yīng)x y z 的情況，一般有兩個(gè)光軸方向，稱為雙軸的情況，一般有兩個(gè)光軸方向，稱為雙軸晶體，如云母、藍(lán)寶石。晶體，如云母、藍(lán)寶石。 少量液晶具有雙軸晶體光學(xué)特性。少量液晶具有雙軸晶體光學(xué)特性。 .191.3.2 單軸晶體中光的傳播單軸晶體中光的傳播 (n2- n2o)( n2o sin2+ n2e cos2) n2- n2o n2e = 0 22onn22e22o2e2o2cossinnnnnn 1.4 晶體光學(xué)性質(zhì)

7、的幾何表示晶體光學(xué)性質(zhì)的幾何表示 1.4.1 折射率橢球折射率橢球 1222222zyxnznynx.201.4.2 1.4.2 單軸晶體光學(xué)特性的幾何表示單軸晶體光學(xué)特性的幾何表示 圖3-10 單軸晶體的折射率橢球截面12e22o22nznyx.212 液晶的雙折射特性和光學(xué)性質(zhì)液晶的雙折射特性和光學(xué)性質(zhì) a）向列和近晶液晶 b) 膽甾液晶（光學(xué)正液晶） （光學(xué)負(fù)液晶）圖3-11 單軸性液晶折射率的各向異性.22液晶的三大光學(xué)特性液晶的三大光學(xué)特性: n由于液晶呈單軸的光學(xué)各向異性，因此具有以下特別有由于液晶呈單軸的光學(xué)各向異性，因此具有以下特別有用的光學(xué)特性：用的光學(xué)特性：n 能使入射光的

8、前進(jìn)方向向液晶分子長軸能使入射光的前進(jìn)方向向液晶分子長軸(即指向矢即指向矢n)方向偏轉(zhuǎn)；方向偏轉(zhuǎn)；n 能改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)能改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)(線偏振、圓偏振、橢圓線偏振、圓偏振、橢圓偏振偏振)或偏振的方向；或偏振的方向；n 能使入射偏振光相應(yīng)于左旋光或右旋光進(jìn)行反射或能使入射偏振光相應(yīng)于左旋光或右旋光進(jìn)行反射或者透射。者透射。/sin,cosncncvncncv.23圖3-12 射入液晶光線的前進(jìn)方向.24/sin,cosncncvncncv 由于由于n/ n，所以液晶中光速合成方向與液晶分子長軸的夾，所以液晶中光速合成方向與液晶分子長軸的夾角變小，即進(jìn)入液晶后，光線向液晶分子長軸方向靠

9、攏。角變小，即進(jìn)入液晶后，光線向液晶分子長軸方向靠攏。 .25對(duì)第對(duì)第條特點(diǎn)的解釋：條特點(diǎn)的解釋： 圖3-13 入射直線偏振光在液晶中偏振光狀態(tài)和偏振光方向的變化自然光和部分偏振光.26當(dāng) 時(shí) ,22o22sincossincos2sincosEEEEEyxyx422o22sin2cos2EEEEEyxyx.27圖3-14 偏振光方向沿液晶分子扭曲排列時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)l）右左nnl(2)(2右左nnlnp0pn.283 液晶顯示器的主要性能參量液晶顯示器的主要性能參量 3.1 電光特性電光特性 圖3-16 液晶的電光特性曲線.29閾值電壓閾值電壓 ：它是引起最大透光強(qiáng)度的：它是引起最大透光強(qiáng)度的10(

10、負(fù)型負(fù)型)或或90(正型正型)的外電壓值的外電壓值 飽和電壓飽和電壓 ：它對(duì)應(yīng)于最大透光度它對(duì)應(yīng)于最大透光度90(負(fù)型）或負(fù)型）或10%（正型）處的外加電壓（正型）處的外加電壓。 thVSVminmaxTT 對(duì)比度= 陡度和比陡度定義： thsVV11thsthVVV.30電光響應(yīng)曲線：電光響應(yīng)曲線： 圖3-17 電光響應(yīng)曲線.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 對(duì)于相變對(duì)于相變(PC)型液晶器件，分子排列螺距小

11、于盒厚型液晶器件，分子排列螺距小于盒厚d， .32 對(duì)比度與視角圖3-17 對(duì)比度和視角的關(guān)系.333-4 液晶材料的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)1 液晶顯示器件對(duì)液晶材料的要求液晶顯示器件對(duì)液晶材料的要求 1.1 在使用和儲(chǔ)存的溫度環(huán)境下都表現(xiàn)為液晶相在使用和儲(chǔ)存的溫度環(huán)境下都表現(xiàn)為液晶相 1.2 具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、光化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、光化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性，使用壽命長使用壽命長 1.3 粘度低，具有優(yōu)良的響應(yīng)特性粘度低，具有優(yōu)良的響應(yīng)特性 1.4 介電各向異性大，適于低電壓工作介電各向異性大，適于低電壓工作 1.5 雙折射率大小適合于顯示對(duì)比度的增加雙折射率大小適合于顯示對(duì)比

12、度的增加 1.6 彈性模量均衡，適合于多路傳輸驅(qū)動(dòng)彈性模量均衡，適合于多路傳輸驅(qū)動(dòng) 1.7 分子排列有序度高分子排列有序度高 .342 熱致液晶的分子結(jié)構(gòu)熱致液晶的分子結(jié)構(gòu) n2.1 液晶相化合物分子結(jié)構(gòu)必須滿足的要求n （1） 液晶分子的幾何形狀應(yīng)該是各向相異的，分子的長徑比(LD)必須大于4；n （2） 液晶分子長軸應(yīng)該不易彎曲，要有一定的剛性；因而常在分子的中央引進(jìn)雙鍵或叁鍵，形成共軛體系，以得到剛性的線型結(jié)構(gòu)，或者分子保持反式結(jié)構(gòu)，以獲得線狀結(jié)構(gòu)；n （3） 分子末端含有極性或可極化的基團(tuán)。通過分子間電性力、色散力的作用，使分子保持取向有序。 2.2 熱致液晶的分子結(jié)構(gòu)熱致液晶的分子結(jié)

13、構(gòu) .353 液晶分子結(jié)構(gòu)和液晶物理性質(zhì)的關(guān)系液晶分子結(jié)構(gòu)和液晶物理性質(zhì)的關(guān)系3.1 介電各向異()大小、正負(fù)與 、 、 、T和S均有關(guān)系 224(1 3cos)2NhFFSkTn3.2 導(dǎo)電各向異性液晶電導(dǎo)各向異性可以用 來描述。在向列液晶中離子沿分子軸方向的運(yùn)動(dòng)比垂直于分子軸方向運(yùn)動(dòng)要容易得多，所以向列液晶總有 。在近晶液晶中，離子運(yùn)動(dòng)在分子層隙間比較容易，所以 /1/1.363.3 粘度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系粘度與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 n液晶分子結(jié)構(gòu)對(duì)粘度的影響有下列幾點(diǎn)：n 中心基團(tuán)不同粘度明顯不同，比較西夫鹼、酯類、聯(lián)苯三類液晶可知，聯(lián)苯類液晶粘度最小，酯類液晶粘度最大；n 隨著端基碳鏈增長，分

14、子間相互結(jié)合程度和作用力增加，導(dǎo)致粘度增加；n 因環(huán)己烷不含電子體系，極化度小，所以該類液晶的粘度比結(jié)構(gòu)相似的芳環(huán)類液晶粘度要低，前者在室溫下粘度都小于0.02Pas；n 對(duì)于嘧啶類液晶，氫化環(huán)的數(shù)目和位置對(duì)液晶粘度影響強(qiáng)烈。 0exp(/)E kT.373.4 雙折射與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系雙折射與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 n折射率受液晶分子結(jié)構(gòu)的影響 :222431eonnNn 中心橋鍵 電子體系 極化度 .383.5 彈性系數(shù)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系彈性系數(shù)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系 n 液晶分子側(cè)向引進(jìn)其他基團(tuán)，使液晶變寬， 值增加，但 變化不大，結(jié)果是 下降?？傊?，能增加液晶剛性的因素大都能使 下降。例如用苯環(huán)代替易彎

15、曲的丁基，便產(chǎn)生這種效果；n 末端烷基鏈長增加，會(huì)使分子間滑動(dòng)變得困難，于是 降低；n 用環(huán)己烷、環(huán)辛烷、雙環(huán)已烷代替液晶分子中的苯環(huán)，均導(dǎo)致 增加；n 含有氰基(CN)的液晶材料， 較小。 11k33k3311/kk3311/kk3311/kk3311/kk3311/kk.393.6 有序參量有序參量S與液晶結(jié)構(gòu)的關(guān)系與液晶結(jié)構(gòu)的關(guān)系 3.7 液晶材料液晶材料的物理性的物理性質(zhì)和顯示質(zhì)和顯示技術(shù)之間技術(shù)之間的關(guān)系的關(guān)系 1111d12 d()ddkSktSt2221eonnSn圖3-18 液晶顯示器件與液晶材料參數(shù)之間的關(guān)系.404 實(shí)用液晶材料簡介實(shí)用液晶材料簡介 顯示方式液晶用途液晶參數(shù)

16、TN-1(oC)nVth(V)通用液晶60O.12O.1560O.12O.151，5寬溫度范圍液晶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低電壓使用90O.07O.10100O.07O.102.O.414.1 TN顯示用液晶材料顯示用液晶材料 n目前使用的是以穩(wěn)定性好、電光性能好和色澤潔白的苯脂類、氰基聯(lián)苯類、苯基環(huán)己烷類化合物為主,如: 氰基聯(lián)苯，苯甲酸酯，環(huán)己基羧酸酯。 寬溫度范圍TN顯示用液晶材料需用：苯基環(huán)己烷，二苯基環(huán)己烷以及環(huán)己基二苯基環(huán)己烷，進(jìn)行調(diào)制。前一種材料粘度低，而后兩種材料清涼點(diǎn)高。 .424

17、.2 STN顯示用液晶材料顯示用液晶材料n用于調(diào)制STN顯示用液晶為下列幾種材料：n 含有兩個(gè)或三個(gè)環(huán)的苯基環(huán)己烷類、乙烷類液晶，如苯基環(huán)己烷；二苯基環(huán)己烷；環(huán)己基二苯基環(huán)己烷；環(huán)己基羧酸脂；乙烷類液晶。n 嘧啶類、炔類液晶：間二氮雜苯系；炔類液晶n 含氟鏈烯基液晶。 nSTN顯示用液晶材料的特性參數(shù)一般在下列范圍內(nèi)：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顯示用液晶材料顯示用液晶材料nAM顯示除了要求液晶材料具有超低粘度外，還要求有高顯示除了要求液

18、晶材料具有超低粘度外，還要求有高電阻率、高電荷保持率等特性。許多含氟或多氟液晶材料電阻率、高電荷保持率等特性。許多含氟或多氟液晶材料可滿足上述要求?？蓾M足上述要求。4.4 膽甾型液晶材料膽甾型液晶材料膽甾液晶材料可分為兩大類：膽甾液晶材料可分為兩大類： （1）有膽甾環(huán)的膽甾型液晶）有膽甾環(huán)的膽甾型液晶（2）無膽甾環(huán)的膽甾型液晶）無膽甾環(huán)的膽甾型液晶.44預(yù)習(xí)思考題：預(yù)習(xí)思考題：1、液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)有那些？、液晶顯示器件的基本結(jié)構(gòu)有那些？2、液晶分子排列取向的作用是什么？有幾、液晶分子排列取向的作用是什么？有幾種取向的處理方法？種取向的處理方法？ .45n思考與練習(xí)題n3-1 膽甾相液晶有何特殊性質(zhì)?n3-2 有序參量與哪些因素有光？n3-6 液晶呈單軸的光學(xué)各向異性，其三大光學(xué)特性的內(nèi)容是什么？談?wù)勀銓?duì)其重要性的理