液晶显示器概述课件.ppt

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1、§2.3液晶显示器液晶显示器主流消费电子显示技术液晶显示器LCD德国物理学家雷曼（O.Lehmann，1889）胆甾醇苯酸脂晶体：145.5熔点145.5～178.5浑浊的液体，双折射性178.5清亮的液体液晶的发现在熔点和清亮点的温度范围内，机械性能与各向同性液体相似，但光学性质却与各向异性晶体相似——液晶物态的相变化沸点熔点熔点清亮点液晶分子的结构CN化学家的观点物理学家的观点形状各向异性,长度>4倍宽度分子长轴有一定刚性分子末端含有极性或可极化的基团CH3-(CH2)4CN液晶：物质的第四态通常物质有三态：固体液体气体液晶是物质的第四

2、态——介乎于各向同性液体和晶体之间的中间相（mesophase）；晶体液晶（各向同性）液体气体具有液晶相的物质都是有机化合物各种热致型液晶分布的温度范围温度底温度高§2.3.1液晶显示器原理一、液晶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。不同于普通固体，液晶在熔融温度首先变为不透明的浑浊液体，（即在一温度范围的低端，它呈现晶状固体；而在这一温度范围的高端，它为清澈液体，只有在一定温度范围内，才是淡黄色的混浊液体）进一步升温才继续转变为透明液体。“液晶”包含两种含义，一是指处于固体相与液体相中

3、间状态的液晶相，二是指具有上述液晶相的物质。液晶材料结构的主要特点：它们的分子都具有细长条状结构或扁平的板状，分子取向与液晶表面状态和其他分子有关，当外界的电场、磁场或温度稍有变化，分子的排列方向也随之变化，分子的运动便会发生紊乱，从而使光学性质发生变化。液晶的分类1922年法国G.Friedel将液晶分成三大类向列相分子沿某一择优方向取向，分子重心无序分布胆甾相分子在空间形成连续的螺旋结构，在垂直于螺旋轴的平面内分子排列类似向列相近晶相层状结构，分子垂直或斜交于层平面，层内分子重心无序分布（A、C、C*…）或有序分布（B、G、F、G…）液

4、晶的种类Pitch指向矢(Director)指向矢的方向均位于XY平面上，只是方向不同，经过一个pitch高度，指向矢恰好旋转360度。图胆甾相液晶（Cholesteric）液晶物质的折射率、介电常数、磁化率、电导率、粘度等各种物理性质，在液晶分子的长轴方向（∥）和与其垂直的方向（⊥）有很大的不同，即存在各向异性。液晶分子排列的有序程度，由下式所定义的分子排列的有序化参数来表征。正是基于液晶的各向异性，再与其通过施加电压及加热等，分子排列容易发生再排列的现象相结合，才展示出了以液晶显示为代表的丰富内容。(2.3.1-1)表示在全空间去平均二

5、、液晶的物理性质1.物理性质的各向异性像各向异性液体那样，分子长轴取向完全无序的场合，S=0；所有分子完全平行取向的理想液晶，S=1。通常，向列液晶的有序化参数S也与温度有关，取值在0.3～0.8之间。2.3.1-2液晶方向与分子取向的空间关系液晶分子θayznox对于向列液晶和层列液晶，液晶取向n（将条形分子的旋转对称轴方向称做分子指向，用n表示，它实际上也就是条形分子在空间的排列方向）的方向相当于单轴晶体的光轴，因此，对于与取向n分别呈垂直和呈平行关系的振动光的折射率取，　，则有2、折射率的各向异性液晶具有与光学单轴性晶体同样的各向异性

6、折射率，显示出双折射性。单轴性晶体具有两个不相同的主折射率no和ne，分别代表电矢量的振动方向相对于晶体光轴呈垂直的寻常光及呈平行的异常光的折射率。(2.3.1-2)而且，其折射率的各向异性可由下式给出这两种液晶三维空间的折射率，如图2.3.1-3(a)所示，向列液晶和层列液晶称为光学正液晶。nne=n//no=n⊥光轴螺旋轴ne=n⊥光轴(a)层列液晶和向列液晶　　　　(b)胆甾相液晶(光学正液晶，∆n>0)(光学负液晶∆n<0)图2.3.1-3单轴性液晶折射率的各向异性(2.3.1-3)胆甾相液晶称为光学负液晶。对于通常光和异常光，其折

7、射率大小的空间分布如图2.3.1-3(b)所示。在胆甾相液晶的情况下，与取向n垂直的螺旋轴相当于光轴，其主折射率no，ne可由下式给出(2.3.1-4)(1)  光的行进方向会偏向取向n（分子长轴）的方向；(2)  偏光的状态及偏光的振动方向会发生变化；(3) 根据入射偏光的左、右旋光性，可使其反射或透射。图2.3.1-4入射直线偏光在液晶中偏光状态及偏光方向的变化3、各种光学性质基于折射率的各向异性，液晶具有以下光学性质，这些性质是LCD工作原理的基础。折射率的各向异性△n为：两光场位相差记为：当θ=0（或π/2时），Ey=0（或Ex=0

8、），即偏振光的振动方向和状态没有改变，仍以线偏振光和原方向前进。当θ=π/4时：随着光线沿着z方向前进，偏振光相继成为椭圆、圆和线偏振光，同时改变了线偏振方向。最后，这束光将以位