华中科技电子显示技术03液晶与LCD显示原理

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1、2.1液晶与液晶显示器(LCD)2.2液晶用于显示的物理性能2.3LCD的各种显示方式及其工作原理和特性2.4各种类型的液晶材料2.5LCD的构造与制作2.6LCD的各种驱动方式2.7LCD的技术发展动向第二章液晶与液晶显示器9/7/202112.1.1液晶液晶显示器(liquidcrystaldisplay，LCD)的主要构材料为液晶。所谓液晶是指在某一温度范围内，从外观看属于具有流动性的液体，但同时又是具有光学双折射性的晶体。这大概便是液晶这个名词的来源。1888年奥地利的植物学家F．Reinitzer在胆甾醇的苯（甲）酸及醋酸酯化合物中发现了液晶状态。晶体

2、（固态）各向异性液晶态有序流体液态各向同性T1T2熔点清亮点第二章液晶与液晶显示器9/7/20212液晶物质的大多数为有机化合物，其分子的形状一般为细长的棒状或扁平的板状。液晶相中这些分子的排列状态一般取图2-2所示的特殊的排列方式，即按图中所示排列方式的不同，液晶可分为层列(smectic)液晶、向列(nematic)液晶、胆甾相(cholesteric)液晶等几大类。第二章液晶与液晶显示器9/7/20213在层列液晶中，棒状分子排成层状结构，层内分子长轴互相平行，每层厚度约2～8埃，与层面近似垂直。这种分子层间的结合较弱，层与层间易于相互滑动，用手模，有肥皂

3、的滑腻感，因此，层列液晶显示出二维液体的性质。但与通常的液体相比，其粘度要高得多。在光学上具有正性双折射性。层列(smectic)液晶第二章液晶与液晶显示器9/7/20214在向列液晶中，棒状分子都以相同的方式平行排列，每个分子在长轴方向可以比较自由地移动，不存在层状结构。因此，富于流动性，粘度较小。可利用外加电场对具有各向异性的向列液晶分子进行控制，改变原有分子的有序状态，从而改变液晶的光学性能，实现液晶对外界光的调制，达到显示目的。向列(nematic)液晶第二章液晶与液晶显示器9/7/20215胆甾相液晶与层列液晶同样形成层状结构，分子长轴在层面内与向列液

4、晶相似呈平行排列。但是相邻层面间分子长轴的取向方位多少有些差别，整个液晶形成螺旋结构，螺距约为300nm。胆甾相液晶的各种光学性质，例如旋光性、选择性光散射、圆偏光二色性等都是基于这种螺旋结构。胆甾相(cholesteric)液晶第二章液晶与液晶显示器9/7/202162.1.2液晶与显示通过上述讨论可以看出，液晶的分子排列结构，并不像晶体结构那样坚固。因此，在电场、磁场、温度、应力等外部刺激的影响下，其分子容易发生再排列，由此液晶的各种光学性质发生变化。液晶所具有的这种柔软的分子排列，正是其用于显示器件、光电器件、传感器等的基础。在用于液晶显示的情况下，液晶的

5、特定的初始分子排列，在电压及热等的作用下，其分子排列发生有别于其他分子排列的变化。伴随这种分子排列的变化，液晶盒的双折射性、旋光性、二色性、光散射性、旋光分散等各种光学性质的变化可以转变为视觉变化。也就是说，液晶显示是利用液晶盒的光变换进行显示，属于非主动发光型(受光型)显示。第二章液晶与液晶显示器9/7/202172.1.3LCD的特征LCD最大的特征是兼备薄型、轻量、低功耗、低工作电压等。LCD优点如下：1由于低功耗(几至几十微瓦每平方厘米)，利用电池即可长时间运行，属于省能源型；2低电压运行(几十伏[特])，可由IC直接驱动，驱动电子回路小型、简单。3元件

6、为薄型(几毫米)，而且从大型显示(对角线长几十厘米)到小型显示(对角线长几毫米)都可以满足，特别适用于便携式装置；第二章液晶与液晶显示器9/7/202184属于非主动发光型显示，即使在明亮的场所，显示也是鲜明的；5容易实现彩色显示，因此便于显示功能的扩大及显示的多样化6可以进行投影(扩大)显示及组合(集成)显示，因此容易实现大画面显示(对角线为数米的显示)。第二章液晶与液晶显示器9/7/20219LCD在具有上述优点的同时，也存在实用上的缺点：1.由于属于非主动发光型，在采用反射方式进行显示时，在比较暗的场所，显示不够鲜明；2.在需要鲜明的显示及彩色显示的场合，

7、需要背置光；3.一般说来，显示对比度与观察方向相关，因此，视角的扩大受到限制；4.响应时间与周围温度有关，低温(-30℃~-40℃)时工作不能充分保证。第二章液晶与液晶显示器9/7/2021102.2.1物理性质的各向异性液晶分几大类(参照图2-2)，但无论哪一类，在分子的长轴相互平行排列这一点上是共同的。从而，液晶物质的折射率ｎ，介电常数ε，磁化率χ，电导σ，粘度η等各种物理性质，在液晶分子长轴的方向(∥)和与其垂直的方向(⊥)有很大的不同，即存在各向异性(n∥≠n⊥，ε∥≠ε⊥，χ∥≠χ⊥，η∥≠η⊥)。正是基于液晶所具有的上述物理性质的各向异性，再与其通过

8、施加电压及加热等，分子排