液晶基础知识(2)

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1、液晶基础知识1、今天我们将要讨论的是关于液晶的基础知识。2、我们先大致了解一下液晶分子，然后仔细研究一下使液晶工作的电特性和光特性：先讲电介质的各向异性；再谈液晶对电场的响应；之后是液晶分子的双折射光学特性；然后是偏光镜，最后再了解一下三种最具商业价值的工作模式：扭曲向列型、IPS、MVA。4、液晶分子有很多种，这是其中的一种。总体上讲，在一个液晶面板中由是很多种液晶分子组成的混合物，提供许多附加的特性，但本质上都是一个具有坚硬头部和柔韧尾部的长圆柱体分子。它坚硬的头部在室温下是结晶态，但由于那个柔韧的尾部在室温下的摆动阻止液晶分子凝结成为固体。这种结构赋予它与众不同的熔融特性，它是介

2、于晶体和液体之间的状态。5、液晶有许多种类，这里的几种是最主要的，近晶型、胆甾型和向列型。我们将主要的精力集中在向列型液晶上，就是右边的这种。它是到目前为止用在显示技术上最重要的原材料，包括扭曲向列型、IPS和MVA模式。6、向列型液晶的排列：如图中左侧的这幅图所示：这是一个椭圆柱形的液晶分子。它可以在任何方向平移，它可以如图所示在x轴方向自由的向前或向后的横向移动，包括纸面所示的向上和向下以及向里和向外的方向。它甚至可以在长轴方向旋转。它在图中y轴和z轴方向不可以自由的摆动和旋转。它被它邻近的分子所限制。这个分子所有的邻近都是顺着它排列的，当它试图在y和z方向摆动时，会撞到它的邻居，

3、所以受到了限制。这就是基本的模型，你所看到的这些是它的液体方面的特性。首先，它可以在任何方向平移，它可以在其中的一个方向旋转，但在另外两个方向的旋转被限制，这就决定了它的晶体特性，所以它是液晶，在两者之间的混合物。7、现在让我们讨论一下液晶分子的电特性模型。分子在电场中通常会充电，之后被极化。在电场的影响下分子产生的特殊电子云分布会使分子产生形变。当对分子加一个横向的电场，它将会极化。对于各向同性的介质，在各个方向的极化是相等的，不会考虑电场的方向性。可以得到相同的极化结果，所以这个极化结果在这幅图中称为‘P’。它是一个矢量，充电后最终得到一个对准电场方向的正、负两极。有些分子可以极化

4、，几乎所有分子的极化在不同方向是不同的，但通常在一种液体或非晶体中，所有的分子是随机指向任何方向的，所以总体上得到一个各向同性的结果。8、但是在晶体中可以得到各向异性的结果。在三个有效方向中可以得到其中一个方向的极化效果好于另外两个方向。Twoofthem,it’sgoingtoturnouttoaveragetogether,we’llseethatinaminute.你能看到的是：当电场方向平行于长轴方向时，分子的极化效果非常的好；但当电场方向平行于分子短轴方向时，它的极化效果并不是很好。这就是引起液晶许多特性的电介质各向异性。9、它是怎样工作的呢？当一个液晶分子可以自由的旋转，它

5、有一个主要轴和两个次要轴。分子的旋转允许它的两个次要轴相互平均，这就是这副图试图展示给你的：垂直介电常数是两个垂直介电常数的平均值。它可以极化，并且它通常是极化的，这两个中的一个稍微好于其它的方向。但是因为它的自由旋转，它的平均化，使得它实际上具有两个介电常数，这就是液晶分子所具有的特性。这个阶电常数是ε，或者是平行于长轴的εparallel，或者是垂直于长轴的εperpendicular。10、那么现在我们该怎样做呢？首先，我们认识到这个分子在电场中会经历转动，因为它在长轴方向的极化要好于其它方向。我们来看转动是怎样产生的。在这种情况下，当这个分子稍微横向于电场时，由于分子极化，其中

6、一端会带正电，并且由于库仑力（qE）的作用，会被吸引到电场的负极方向。相反的，分子的负极一端会被吸引到电场的正极。这就会造成分子的转动。事实上，由于有两个介电常数、两个极化轴，将会产生一个转动的竞争。所以会产生一个使长轴平行于电场方向的转动和一个使短轴平行于电场方向的转动，由于长轴方向极化效果更好，所以这个方向的转动会获胜。11、在这幅图中可以看到一个你所期待的描述转动的公式。我们来看详细资料：首先，要依靠两个介电常数的不同。如果两个轴的介电常数是相同的，那就不会得到转动效果，因为试图从两个方向拉它的力相同，而最后只能得到都拉不动的结果。知道了这个结论后，就可以推出两个方向的介电常数的

7、差别越大，两个方向的极化矢量差别就越大，在相同电场下得到的转动就越多。这样，我们可以通过扩大两个介电常数的方法以低电压驱动液晶。插一句：液晶有温度依赖性：当温度升高后液晶分子的摆动会更多，顺便提一下，当温度升高过多，液晶会旋转而变成液体，这个温度称为清亮点。在低于清亮点高于结晶温度时，液晶是在一个中间状态，当温度上升后它有了更多的摆动，致使有效介电常数ε下降。所以液晶有一定的温度依赖性。同时我们可以从这个等式中看到它依赖于电场强度的平方。这是一