液晶顯示器(LCD)

1、液晶顯示器（液晶顯示器（LCD）廣東工業(yè)大學(xué)廣東工業(yè)大學(xué)王王 衢衢顯示技術(shù)顯示技術(shù)一、發(fā)展歷程與特點(diǎn)一、發(fā)展歷程與特點(diǎn)某些有機(jī)物熔化后會(huì)經(jīng)歷一個(gè)不透明渾濁的液態(tài)階段會(huì)經(jīng)歷一個(gè)不透明渾濁的液態(tài)階段，在該階該階段物體還兼具有晶體的性質(zhì)段物體還兼具有晶體的性質(zhì)，繼續(xù)加熱才成為各項(xiàng)同性的液態(tài)這就是世界上第一次發(fā)現(xiàn)的熱致液晶熱致液晶膽甾醇苯甲酸酯膽甾醇苯甲酸酯1961年，美國(guó)無(wú)線(xiàn)電公司（RCA）的電子學(xué)專(zhuān)家G. H. Heilmeier把電子學(xué)應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)，發(fā)現(xiàn)在液晶兩端加上電壓，會(huì)出現(xiàn)各種各樣的電光效應(yīng)，由此想到把液晶應(yīng)用到顯示領(lǐng)域1968年RCA公布液晶發(fā)明1969年，日本開(kāi)始把大規(guī)模集成電路與液

2、晶相結(jié)合日本人從液晶手表、計(jì)算器等低檔產(chǎn)品起步，直到開(kāi)發(fā)出多晶硅有源矩陣高分辨率彩色液晶顯示器1888年奧地利植物學(xué)家Reinitge首次觀察液晶現(xiàn)象1. 發(fā)展歷程發(fā)展歷程2. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)n低功耗： 23v 工作電流幾個(gè)微安n平板結(jié)構(gòu)兩片導(dǎo)電玻璃，中間夾著液晶高開(kāi)口率、面積可做大做小、便于大規(guī)模生產(chǎn)、器件很薄n被動(dòng)顯示液晶本身不發(fā)光，靠調(diào)節(jié)外光而達(dá)到顯示目的。被動(dòng)顯示更適合人類(lèi)的視覺(jué)特性，不易引起眼部疲勞。n顯示信息量大像素之間沒(méi)有隔離，同樣顯示窗口可容納更多像素n易于彩色化液晶通常無(wú)色，可加濾色膜實(shí)現(xiàn)彩色n長(zhǎng)壽、無(wú)輻射、污染3. 主要缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)n 顯示視角小 液晶顯示利用了液晶的各向

3、異性，不同方向光的反射率不同。隨視角變大，對(duì)比度下降n響應(yīng)速度慢電場(chǎng)作用下，液晶排列發(fā)生變化。響應(yīng)速度收粘滯度影響很大零下幾十度就不能個(gè)工作，溫度過(guò)高液晶也會(huì)受到影響動(dòng)態(tài)特性較差n暗時(shí)看不清4 液晶的分類(lèi)液晶的分類(lèi)液晶又被稱(chēng)為物質(zhì)的第四態(tài)既具有液態(tài)的流動(dòng)性，又具有晶體的各向異性，具有雙折射特性各向異性，具有雙折射特性晶體之所以有各向異性，是因?yàn)榫w分子是按一定規(guī)則排列的n熱致液晶當(dāng)液晶物質(zhì)受熱時(shí)，在某溫度內(nèi)呈現(xiàn)各向異性的。用于顯示的都是可在室溫下工作的熱致液晶。多呈細(xì)棒狀細(xì)棒狀（1）近晶相液晶（層狀、S型）分子排成層，層內(nèi)分子長(zhǎng)軸互相平行，可能垂直于層面，或傾斜排列排列規(guī)整，接近晶體，二維有序

4、。有16種，SA，SB，SC等等T1熔點(diǎn)熔點(diǎn)T2 清亮點(diǎn)清亮點(diǎn)中介相態(tài)中介相態(tài)（2）向列相液晶（絲狀、S型）SASCSA分子長(zhǎng)軸垂直層面SC每層分子長(zhǎng)軸均勻傾斜一個(gè)角度。每層傾斜方位角可以任意，也可以沿層法線(xiàn)方向呈螺旋分布粘度大、不易轉(zhuǎn)動(dòng)，響應(yīng)速度慢。一般不適宜做顯示器件。用于顯示，厚度要小于24微米，工藝要求較高由長(zhǎng)徑比大的棒狀分子構(gòu)成。分子不排成層，可上下、左右、前后滑動(dòng)。所有液晶長(zhǎng)軸大體指向一個(gè)方向。流動(dòng)性強(qiáng)，粘度小，相互作用力小，易于控制。是顯示器件中最常使用的液晶材料是顯示器件中最常使用的液晶材料（3）膽甾相液晶（螺旋狀，CH型）液晶分子呈扁平狀，排列成層。層內(nèi)分子互相平行。分子長(zhǎng)軸

5、平行于層平面。不同層分子稍有變化，沿層的法線(xiàn)方向列成螺旋狀。長(zhǎng)軸指向沿螺旋方向經(jīng)歷360度變化后，又回到原來(lái)的取向。這個(gè)周期的層間距離稱(chēng)為膽甾相液晶的螺距螺距P P螺距螺距P P這里顯示了半個(gè)周期這里顯示了半個(gè)周期螺距通常螺距通常300nm，與可見(jiàn)光波，與可見(jiàn)光波長(zhǎng)同量級(jí)長(zhǎng)同量級(jí)方向可以是左旋或右旋n溶致致液晶將溶質(zhì)溶于溶劑而形成的液晶態(tài)物質(zhì)。顯示技術(shù)上尚無(wú)應(yīng)用二、二、 晶體光學(xué)簡(jiǎn)介晶體光學(xué)簡(jiǎn)介1 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象冰冰洲洲石石光在晶體里變成了兩束，折射程度不同。與普通玻璃的單折射完全不同垂直入射到冰洲石上的光被折射為兩束。偏離的那一束明顯違反折射定律，而另一條遵守折射定律晶體內(nèi)的兩條折射光

6、線(xiàn)，一條總是遵守折射定律，稱(chēng)為尋常光尋常光（o光光），另一條經(jīng)常經(jīng)常違反折射定律，稱(chēng)為非尋常光非尋常光（e光光）2 晶體光軸晶體光軸冰洲石中存在一個(gè)特殊方向，光沿這個(gè)方向傳播時(shí)o、e光不分開(kāi)。這個(gè)特殊方向叫做晶體的光軸（與幾何光學(xué)與幾何光學(xué)中的光軸不是一個(gè)概念中的光軸不是一個(gè)概念）AB兩個(gè)頂點(diǎn)的連線(xiàn)方向就是光軸方向光軸是方向，不是某條特定直線(xiàn)。與光軸是方向，不是某條特定直線(xiàn)。與光軸方向平行的所有直線(xiàn)都叫光軸光軸方向平行的所有直線(xiàn)都叫光軸把AB兩個(gè)頂點(diǎn)磨平，并使磨平表面與光軸方向垂直，再讓光垂直入射到該平面上。折射光線(xiàn)不會(huì)分開(kāi)折射光線(xiàn)不會(huì)分開(kāi)冰洲石天然晶體冰洲石天然晶體入射面入射面：入射光線(xiàn)與入

7、射表面的法線(xiàn)構(gòu)成的平面，根據(jù)折射定律，折射光（尋常光）和入射光都在這個(gè)入射面內(nèi)。主截面主截面：光軸與入射表面的法線(xiàn)構(gòu)成的平面。當(dāng)入射光線(xiàn)在當(dāng)入射光線(xiàn)在主截面內(nèi)時(shí)，兩個(gè)折射光線(xiàn)都在主截面內(nèi)主截面內(nèi)時(shí)，兩個(gè)折射光線(xiàn)都在主截面內(nèi)o、e光都是線(xiàn)偏振光，并且偏振方向垂直光都是線(xiàn)偏振光，并且偏振方向垂直3 雙折射的成因雙折射的成因晶體的物理性質(zhì)是各向異性各向異性的，在不同方向上，物理量的值不相同。冰晶石只有一個(gè)光軸方向，稱(chēng)為單軸晶體單軸晶體（還包括紅寶石、石英）。還有一些晶體有兩個(gè)光軸方向，稱(chēng)為雙軸晶體雙軸晶體（云母、橄欖石、藍(lán)寶石等等）。我們只研究單軸晶體，用于顯示的液晶基用于顯示的液晶基本都是單軸的本

8、都是單軸的各向同性均勻介質(zhì)中，一個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光波速度是相同的光波速度是相同的cvnc 真空光速，n 折射率折射率顯然與方向無(wú)關(guān)在單軸晶體中，o光規(guī)律與各向同性介質(zhì)中完全相同，沿光規(guī)律與各向同性介質(zhì)中完全相同，沿各方向傳播速度相同。各方向傳播速度相同。oocvnovo光光速ono光折射率e光在光軸方向傳播速度與o光一樣，為 。但是在垂直光軸方向是另一個(gè)值evoveecvno光波面球面旋轉(zhuǎn)橢球面在光軸方向，兩個(gè)波面相切eonneonn,eon n晶體的主折射率晶體的主折射率主平面：主平面：晶體內(nèi)的光線(xiàn)與光軸構(gòu)成的平面 o光的偏振方向垂直于主平面光的偏振方向垂直于主平面 e光的偏振方向在主平面內(nèi)光

9、的偏振方向在主平面內(nèi)負(fù)負(fù)晶晶體體eovv正正晶晶體體eovv由于由于e光不遵循折射定律，如何判斷其在晶體中的傳播方光不遵循折射定律，如何判斷其在晶體中的傳播方向成為一個(gè)問(wèn)題！向成為一個(gè)問(wèn)題！4 使用惠更斯作圖法判定使用惠更斯作圖法判定e光的傳播方向光的傳播方向使用同樣方法也可確定e光的傳播方向紙面就是主截面，兩束折射光線(xiàn)肯定都在紙面內(nèi)。顯然，主平面與紙面也是重合的。 o光偏振方向垂直紙面 e光偏振方向在紙面內(nèi)在學(xué)習(xí)物理光學(xué)時(shí)，我們已經(jīng)知道在各向同性介質(zhì)中如何通過(guò)惠更斯作圖法判定折射方向，并推出折射定律。單單軸軸晶晶體體幾個(gè)最常見(jiàn)的實(shí)例A 光軸垂直于晶體表面入射光垂直入射利用惠更斯左圖法很容易發(fā)

10、現(xiàn)o光e光不會(huì)分離，并且傳播速度也相同B 光軸平行于晶體表面，入射光垂直入射利用惠更斯左圖法很容易發(fā)現(xiàn)o光e光也不會(huì)分離，但是傳播速度有差異。出射后o光和e光出現(xiàn)位相差C 光軸平行于晶體表面，入射光斜入射，且垂直于光軸o光、e光分離，但兩種光都遵循折射定律，折射率分別為,oen n5 晶體中介電常數(shù)的各向異性晶體中介電常數(shù)的各向異性折射率的各向異性與介電常數(shù)的各向異性有密切的聯(lián)系。介電介電常數(shù)反映了電場(chǎng)下介質(zhì)的極化程度常數(shù)反映了電場(chǎng)下介質(zhì)的極化程度000001reeDEEEEEEP 各向同性介質(zhì)中D、E方向相同在各項(xiàng)異性晶體中，介電常數(shù)是一個(gè)張量111213212223313233通過(guò)坐標(biāo)變換

11、，在晶體中，我們總能找到三個(gè)主軸，使這個(gè)張量對(duì)角化。000000 xyz假如 ，則晶體為雙軸晶體xyz假如 ，則晶體為單軸晶體，光軸就在則晶體為單軸晶體，光軸就在z軸上軸上x(chóng)yz000000 xxxyyyzzzDEDEDE顯然 和 方向不一定相同DE6 折射率橢球折射率橢球2221xyzxyznnn折射率橢球具有如下性質(zhì)：可以用來(lái)表示晶體折射率在晶體空間各個(gè) （電位移矢量）振振動(dòng)方向的取值分布動(dòng)方向的取值分布。D折射率和介電常數(shù)滿(mǎn)足如下關(guān)系n現(xiàn)在設(shè)xxnyynzzn就是矢量 在三個(gè)主軸方向的折射率D,xyzn n n在此基礎(chǔ)，引入折射率橢球的概念n從橢球中心出發(fā)任意矢徑 ，其方向表示光波 矢量

12、的方向。矢徑長(zhǎng)度就是矢量矢徑長(zhǎng)度就是矢量 在該方向振動(dòng)（偏振方向）在該方向振動(dòng)（偏振方向）的光波的折射率的光波的折射率。rDD0kn過(guò)橢球中心作垂直于某方向 的平面，截面是一個(gè)橢圓。橢圓長(zhǎng)短軸方向就是光波沿 方向傳播時(shí)，兩種可能的偏振方向，長(zhǎng)短軸一半的長(zhǎng)度就是兩種偏振方向?qū)?yīng)的折射率。0k單軸晶體的折射率橢球（以單軸晶體的折射率橢球（以z軸為光軸）軸為光軸）對(duì)于單軸正晶體，這是個(gè)旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)橢球面這是個(gè)旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)橢球面kk0DeDoz光軸2221oexyznneonnn 假如光波在k0方向上傳播，與之垂直的平面與橢球的截面是一個(gè)圓。由于無(wú)長(zhǎng)短軸之分，這說(shuō)明沿k0方向上傳播的光波的偏振方向垂直于z軸，但無(wú)

13、特定指向，折射率為半徑 ，無(wú)雙折射現(xiàn)象onn當(dāng)光波沿k方向傳播，與之垂直的平面與橢球的截面是一個(gè)橢圓。長(zhǎng)短軸的方向就是光波可能的偏振方向。其中短軸的半長(zhǎng)度是固定的，就是 ，因此短軸就是o光的偏振方向。而長(zhǎng)軸就是e光振動(dòng)方向，其半長(zhǎng)度就是折射率。onn如果光波沿垂直于光軸（z軸）方向傳播，與之垂直的平面與橢球的截面是也是個(gè)橢圓，其中長(zhǎng)軸與光軸重合，半長(zhǎng)度為 。短軸半長(zhǎng)度為 ，方向垂直于光軸。這意味著，沿光軸垂直方向傳播的光波，存在兩個(gè)可能偏振方向。一個(gè)偏振方向與光軸平行，折射率為 ，這就是e光。另一個(gè)偏振方向與z軸垂直，折射率為 。這就是o光。enonenon單軸正晶體的折射率橢球中，橢圓截面的

14、長(zhǎng)軸方向是橢圓截面的長(zhǎng)軸方向是e光偏振光偏振方向，短軸方向是方向，短軸方向是o光偏振方向，短軸長(zhǎng)度固定，半長(zhǎng)為光偏振方向，短軸長(zhǎng)度固定，半長(zhǎng)為no結(jié)論結(jié)論三、三、 液晶的物理特性液晶的物理特性1. 有序參量有序參量向列相液晶具有各向異性的形態(tài)。液晶體系存在著一個(gè)主軸方向存在著一個(gè)主軸方向，棒狀液晶分子的長(zhǎng)軸都傾向于平行這個(gè)主軸方向。平行于這個(gè)主軸，向列相的各種物理量為一套數(shù)值，垂直于該軸線(xiàn)方向，則又有另外一套值z(mì)光軸kk0單軸負(fù)晶體n 假如光波在k0方向上傳播，結(jié)論與單軸正晶體相同n另兩種情況與正晶體也類(lèi)似，只不過(guò)這時(shí)截面橢圓的長(zhǎng)軸方向是o光偏振方向，短軸是e光偏振方向 就是液晶體系的主軸方向

15、上的單位矢量（分子長(zhǎng)軸的擇優(yōu)方向），叫做指向矢指向矢na個(gè)別液晶分子的長(zhǎng)軸方向。有序參量有序參量S：用來(lái)衡量分子體系有序性的重要參數(shù)如果分子沒(méi)有擇優(yōu)取向S=0對(duì)應(yīng)各向同性液體S=1對(duì)應(yīng)各向異性晶體分子有嚴(yán)格指向擇優(yōu)方向液晶有序參量 S=0.30.8液晶的有序性介于晶體和液體之間，且與溫度有密切關(guān)系ccTTSKTTc 清亮點(diǎn)溫度；K 比例系數(shù)2. 液晶的各向異性液晶的各向異性一般稱(chēng)平行于液晶分子長(zhǎng)軸方向稱(chēng)為平行方向平行方向（ ），垂直與液晶分子長(zhǎng)軸方向?yàn)榇怪狈较虼怪狈较颍?）n介電常數(shù)的各向異性介電常數(shù)的各向異性平行于液晶分子長(zhǎng)軸方向的介電常數(shù)垂直于液晶分子長(zhǎng)軸方向的介電常數(shù)我們把 定義為液晶介

16、電常數(shù)的各向異性介電常數(shù)的各向異性 0 正性液晶（Np） 1020液晶分子的感生電偶極矩方向平行平行于分子長(zhǎng)軸方向0 負(fù)性液晶（Nn） -1-2液晶分子的感生電偶極矩方向垂直垂直于分子長(zhǎng)軸方向NP和和Nn液晶分子在電場(chǎng)作用下的分子行為液晶分子在電場(chǎng)作用下的分子行為正性液晶正性液晶Np負(fù)性液晶負(fù)性液晶Nnn電阻率電阻率 和電導(dǎo)率和電導(dǎo)率電阻率接近于絕緣體與半導(dǎo)體之間，也具有各項(xiàng)異性電阻率越小，雜質(zhì)離子越多，通電場(chǎng)后，液晶分子結(jié)構(gòu)會(huì)被破壞。n光學(xué)折射率各項(xiàng)異性光學(xué)折射率各項(xiàng)異性向列相液晶的指向矢方向就是光軸方向向列相液晶的指向矢方向就是光軸方向，也就是大部分液晶分子的長(zhǎng)軸方向。n平行于分子長(zhǎng)軸（指

17、向矢）的折射率n垂直于分子長(zhǎng)軸（指向矢）的折射率nnn 液晶折射率的各向異性液晶折射率的各向異性n與偏振、旋光、折射、干涉等電光效應(yīng)有密切關(guān)系0n 正性液晶0n 負(fù)性液晶nnnnn彈性系數(shù)彈性系數(shù)k由以上可以看出，在電場(chǎng)作用下，液晶會(huì)發(fā)生形變。描述形變，需要引入彈性系數(shù)和粘滯系數(shù)。液晶的彈性系數(shù)也是各向異性的。 xyzkkk（Z為分子長(zhǎng)軸方向）n粘滯系數(shù)粘滯系數(shù)描述了液晶的粘稠性。n自由能自由能當(dāng)液晶處于平衡狀態(tài)時(shí)，自由能處于極小值當(dāng)液晶處于平衡狀態(tài)時(shí)，自由能處于極小值。在外場(chǎng)作用下，液晶的自由能會(huì)增加，增加的部分就是使液晶形變所需的能量對(duì)于正性液晶（ ） 對(duì)其施加電場(chǎng)作用（ ）0 cEE要使

18、自由能最小，分子長(zhǎng)軸會(huì)發(fā)生與電場(chǎng)平行的再排列對(duì)于負(fù)性液晶（ ） 對(duì)其施加電場(chǎng)作用（ ）0 cEE要使自由能最小，分子長(zhǎng)軸會(huì)發(fā)生與電場(chǎng)垂直的再排列xckEd臨界電場(chǎng)強(qiáng)度xckV臨界電壓對(duì)于正性液晶，未施加電場(chǎng)時(shí)，假如沿玻璃基板面排列，且長(zhǎng)軸沿x軸。通z方向電場(chǎng)后將沿電場(chǎng)平行排列，所需要的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度和臨界電壓為：在電場(chǎng)作用下膽甾型液晶可與向列相轉(zhuǎn)換，臨界電場(chǎng)強(qiáng)度、臨界電壓為：202yckEdP202yckVP膽甾相液晶螺距未加電場(chǎng)時(shí)螺距 0P四、四、 液晶的光學(xué)特性液晶的光學(xué)特性絕大多數(shù)液晶器件都使用線(xiàn)偏振光工作絕大多數(shù)液晶器件都使用線(xiàn)偏振光工作n在向列相和近晶相液晶中分子長(zhǎng)軸方向就是光軸方向分

19、子長(zhǎng)軸方向就是光軸方向主折射率 代表振動(dòng)方向與光軸垂直的o光的折射率，所以ononn主折射率 代表振動(dòng)方向與光軸平行的e光的折射率，所以enenneonnnnn 正性液晶在光學(xué)上性質(zhì)類(lèi)似單軸正晶體負(fù)性液晶在光學(xué)上性質(zhì)類(lèi)似單軸負(fù)晶體nnnn即eonneonn即向列相液晶和近晶相液晶主要為正性液晶向列相液晶和近晶相液晶主要為正性液晶0n 類(lèi)似單軸正晶體類(lèi)似單軸正晶體n在膽甾相液晶中，光軸是螺旋軸光軸是螺旋軸，與分子長(zhǎng)軸取向垂直與分子長(zhǎng)軸取向垂直我們有如下的關(guān)系enn2212onnn在這里，仍然有nn222212eonnnneonn這意味著膽甾相液晶類(lèi)似于單軸負(fù)晶體膽甾相液晶類(lèi)似于單軸負(fù)晶體幾種最有

20、用的液晶光學(xué)特性幾種最有用的液晶光學(xué)特性n 特性一特性一：如果入射光以如下方式正入射到向列相液晶上時(shí)，入入射光有向光軸方向傾斜的趨勢(shì)射光有向光軸方向傾斜的趨勢(shì)偏振方向偏振方向垂直紙面垂直紙面偏振方向平偏振方向平行紙面行紙面可以使用惠更斯定理畫(huà)圖證明入射光o光e光界面e光包絡(luò)面光軸方向o光波面夾角不同的時(shí)候偏振狀態(tài)的變化入射光為線(xiàn)偏振光， 為偏振方向與x軸的夾角x軸為光軸方向 n特性二特性二：當(dāng)入射光以如下方式射入液晶時(shí)，偏振狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化此時(shí)o光與e光不會(huì)分開(kāi)，但傳播速度可能不相同，由此產(chǎn)生相位差2oennz不同z處位相差不同，導(dǎo)致偏振狀態(tài)也發(fā)生變化n特性三特性三：當(dāng)入射光（線(xiàn)偏振光）以如下方

21、式正入射到指向矢扭曲的向列相液晶時(shí)，偏振方向會(huì)發(fā)生變化這里的向列相液晶的指向矢由上到下做螺旋式轉(zhuǎn)動(dòng)，很象膽甾相液晶，但注意這里P 螺距重要條件重要條件現(xiàn)象一現(xiàn)象一如果線(xiàn)偏振光的偏振方向與入射面處液晶的指向矢一致，偏振方向?qū)?huì)隨著指向矢的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。在出射處其偏振方向與液晶指向矢方向一致【扭曲向列相（扭曲向列相（TN）液晶）液晶】現(xiàn)象二現(xiàn)象二如果線(xiàn)偏振光的偏振方向與入射面處液晶的指向矢有夾角，可把偏振方向分解為垂直于指向矢的分量和平行于指向矢的分量，分別研究。出射光將會(huì)因光程差不同，出現(xiàn)不同的偏振態(tài)（線(xiàn)偏振、圓偏振、橢圓偏振）n特性四特性四：膽甾相液晶是一種旋光物質(zhì)旋光物質(zhì)旋光物質(zhì)：某些光軸垂直

22、于表面切取的晶體，當(dāng)垂直入射的線(xiàn)偏振光在光軸上傳播時(shí)，偏振方向會(huì)隨距離而轉(zhuǎn)動(dòng)偏振方向會(huì)隨距離而轉(zhuǎn)動(dòng)。這種現(xiàn)象叫旋旋光現(xiàn)象光現(xiàn)象。這類(lèi)物質(zhì)叫旋光物質(zhì)（石英）旋光物質(zhì)（石英）。對(duì)于一般的單軸晶體，是不應(yīng)出現(xiàn)旋光現(xiàn)象的。如左圖所示。入射后，無(wú)e光、o光差異，偏振狀態(tài)也不應(yīng)有任何變化。l旋轉(zhuǎn)角度在晶體中的傳播距離旋光系數(shù)旋光系數(shù) ：與波長(zhǎng)平方接近反比，換句話(huà)說(shuō)，不同波長(zhǎng)的光旋轉(zhuǎn)角度不同，這叫做旋光色散旋光色散 對(duì)著光傳播方向觀察，順（逆）時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)右（左）旋右（左）旋菲涅耳對(duì)旋光現(xiàn)象的解釋?zhuān)悍颇鷮?duì)旋光現(xiàn)象的解釋?zhuān)涸诰w光軸方向上傳播的線(xiàn)偏振光可以分解為兩個(gè)頻率相同兩個(gè)頻率相同，傳播速度不同的左旋和右旋

23、的圓偏振光傳播速度不同的左旋和右旋的圓偏振光。位相差2右左l nn 合成之后的線(xiàn)偏振光轉(zhuǎn)過(guò)的角度為2右左l nn 石英的旋光系數(shù)：10度/毫米50度/毫米（可見(jiàn)光波段）膽甾相液晶的旋光特性：強(qiáng)旋光物質(zhì)：20000度/毫米膽甾相液晶的特有現(xiàn)象膽甾相液晶的特有現(xiàn)象：如果入射圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向與膽甾相液晶的旋光方向相同，并且波長(zhǎng)滿(mǎn)足如下關(guān)系，將被反射。cosnp被反射光的頻帶： np nnn螺距與溫度有關(guān)，改變溫度，膽甾相液晶就會(huì)反射不同的顏色。其他波長(zhǎng)成分的光，或者偏振旋轉(zhuǎn)方向與液晶相反的光都將透射2nnnp螺距 入射光線(xiàn)與螺旋軸（光軸）的夾角五、五、 液晶的沿面排列方式液晶的沿面排列方式在外場(chǎng)作

24、用下，液晶分子從初始的排列方式轉(zhuǎn)為其他排列方式，光學(xué)特性也發(fā)生變化。因此均勻穩(wěn)定的液晶分子排列是液晶顯示器件的工作基礎(chǔ)第三行表格反映了在上下兩層玻璃基板處液晶指向矢與基板的位置關(guān)系。要形成以上的排列，就需要對(duì)上下的導(dǎo)電玻璃基板做分子取向預(yù)處理n垂直取向處理n平行取向處理n傾斜取向處理六、六、 液晶顯示器主要性能參量液晶顯示器主要性能參量1 電光特性電光特性液晶在電場(chǎng)作用下，透射光強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化透射光強(qiáng)與外加電壓的關(guān)系就是電光特性曲線(xiàn)負(fù)負(fù)電電光光特特性性曲曲線(xiàn)線(xiàn)正正電電光光特特性性曲曲線(xiàn)線(xiàn)thV閾值電壓閾值電壓該值越小，則顯示器所需的工作電壓越低。sV飽和電壓飽和電壓該值較小表明比較容易比較容易達(dá)

25、到良好的對(duì)比效果對(duì)比度對(duì)比度maxminTT對(duì)比度最大透過(guò)強(qiáng)度最小透過(guò)強(qiáng)度陡度陡度sthVV 越陡越趨近于1，反之越大比陡度比陡度thsthVVV 越陡該值越大在無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)液晶顯示中，陡度越小，能驅(qū)動(dòng)的路數(shù)（行數(shù)）越大。電光響應(yīng)曲線(xiàn)電光響應(yīng)曲線(xiàn)如果電光曲線(xiàn)是正型的r 上升時(shí)間施加電壓之后，液晶響應(yīng)所需時(shí)間在各種顯示技術(shù)中，液晶液晶的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)d 下降時(shí)間撤去電壓之后，液晶響應(yīng)所需時(shí)間合稱(chēng)響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間與液晶盒厚、粘滯系數(shù)接近正比對(duì)液晶施加右圖電壓產(chǎn)生對(duì)液晶施加右圖電壓產(chǎn)生右下的電光響應(yīng)曲線(xiàn)右下的電光響應(yīng)曲線(xiàn)扭曲向列相 TN賓主 GH電控雙折射 ECB動(dòng)態(tài)散射D

26、S相變PC常見(jiàn)液晶顯示器件的響應(yīng)時(shí)間常見(jiàn)液晶顯示器件的響應(yīng)時(shí)間等對(duì)比度曲線(xiàn)CrCr=2 圖像勉強(qiáng)可辨Cr=5 圖像相當(dāng)好對(duì)比度和視角對(duì)比度和視角TN液晶的視角和對(duì)比度液晶的視角和對(duì)比度2 溫度特性溫度特性使用溫度范圍狹窄，溫度效應(yīng)嚴(yán)重。溫度高于清亮點(diǎn)，液晶態(tài)消失溫度過(guò)低，響應(yīng)速度變慢，直至結(jié)晶3 伏安特性伏安特性普通型（靜態(tài)驅(qū)動(dòng)）： 040攝氏度 （動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)）： 540攝氏度 寬溫型：兩端各擴(kuò)展1020攝氏度電阻率高 1010歐姆/平方厘米液晶器件可以看成是容抗型負(fù)載七、七、 常見(jiàn)的液晶顯示器件常見(jiàn)的液晶顯示器件1 液晶器件的典型結(jié)構(gòu)液晶器件的典型結(jié)構(gòu)TN型液晶型液晶前后玻璃都會(huì)做定向處理，是

27、液晶分子按一定方式排列2 液晶器件顯示依賴(lài)的物液晶器件顯示依賴(lài)的物理效應(yīng)理效應(yīng)n電場(chǎng)效應(yīng)：利用介電常數(shù)的各向異性扭曲向列型（TN）、超扭曲向列型（STN）、賓主型（GH）、相變型（PC）、電控雙折射型（ECB）、鐵電效應(yīng)型、聚合物分散型（PDLC）n電流效應(yīng)：利用介電常數(shù)和電導(dǎo)率各向異性動(dòng)態(tài)散射型（DS）幾大部件構(gòu)成示意幾大部件構(gòu)成示意3 液晶器件顯示的三種方式液晶器件顯示的三種方式n反射式n透射式n投影式利用外光，節(jié)省功率需用背光源4 動(dòng)態(tài)散射液晶器件（動(dòng)態(tài)散射液晶器件（DS-LCD）有機(jī)電介質(zhì)（導(dǎo)體）被摻入到液晶中wVV閾值電壓液晶分子沿面排列方式。液晶盒透明。wVV液晶分子環(huán)流狀排列。液

28、晶盒出現(xiàn)周期性條紋（威威廉斯籌廉斯籌）實(shí)現(xiàn)條件：實(shí)現(xiàn)條件：n液晶盒比較厚（6微米）n電阻值低n介電各向異性為負(fù)缺陷缺陷u電流大u對(duì)比度小u邊緣輪廓不清晰u液晶質(zhì)量差，工作壽命低DS-LCD是世界上第一個(gè)實(shí)用化的液晶顯示器件，也是唯一的電流型器件。1968年被G.Heilmeier發(fā)明?，F(xiàn)已不再使用。wVV出現(xiàn)紊流狀分子排列。光被強(qiáng)烈動(dòng)態(tài)散射。液晶盒呈乳白狀不透明繼續(xù)增大電壓5 扭曲向列相液晶器件（扭曲向列相液晶器件（TN-LCD）導(dǎo)電玻璃基片間充入Np液晶，但分子長(zhǎng)軸方向在上下基板間連續(xù)扭曲90度，形成扭曲（TN）排列不通電時(shí)，在液晶內(nèi)，偏振方向隨分子長(zhǎng)軸旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。通電后，不再扭曲正性顯正性

29、顯示示意示示意圖圖正性顯示時(shí)，上下偏振片的偏振方向正交。若為負(fù)性顯示，兩者平行實(shí)現(xiàn)條件：P 螺距此時(shí)偏正方向的扭曲與光波波長(zhǎng)無(wú)關(guān)扭曲與光波波長(zhǎng)無(wú)關(guān)液晶盒的厚度正好為P/4閾值電壓閾值電壓113322024thkkkV 0 介電常數(shù)各向異性23v電光效應(yīng)原理圖（正性顯示）電光效應(yīng)原理圖（正性顯示）低檔液晶顯示器件中的只要是筆段式顯示，基本都使用TN-LCD 液晶手表、計(jì)算器、數(shù)字儀器TN-LCD主要參量主要參量TN-LCD的缺點(diǎn)的缺點(diǎn)n 電光特性曲線(xiàn)不陡（電光特性曲線(xiàn)不陡（1.41.6），如果使用無(wú)源點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重交叉效應(yīng)。驅(qū)動(dòng)行數(shù)（路數(shù)）越多，交叉效應(yīng)越大。最多驅(qū)動(dòng)最多驅(qū)動(dòng)816路路。n

30、電光響應(yīng)速度慢，僅適用靜止或緩變畫(huà)面n光透過(guò)或關(guān)閉不徹底。只能顯示灰紙黑字，對(duì)比度不理想6 電控雙折射液晶顯示器件（電控雙折射液晶顯示器件（ECB-LCD）偏振方向垂直紙面的線(xiàn)偏振光正入射到液晶上，在液晶中只有o光偏振方向平行紙面的線(xiàn)偏振光正入射到液晶上，在液晶中只有e光e光折射方向向光軸（液晶分子長(zhǎng)軸）方向靠攏注意注意：這里使用的是正性向列相（Np）液晶（ ）0 如果使用負(fù)性向列相（Nn）液晶 ，e光折射方向?qū)⑵x光軸（液晶分子長(zhǎng)軸）方向0 n 垂直排列方式垂直排列方式 （DAP-ECB-LCD）前后偏振片偏振方向正交無(wú)電壓時(shí)，分子垂直基片排列這里使用的負(fù)性向列相負(fù)性向列相液晶（液晶（Nn）

31、出射光的光強(qiáng)是波長(zhǎng)的函數(shù)，因此該液晶顯示可用于彩顯該液晶顯示可用于彩顯無(wú)電場(chǎng)時(shí)，沒(méi)有雙折射。線(xiàn)偏振光無(wú)法透過(guò)后面的偏振片。液晶盒不透光有電場(chǎng)時(shí)，液晶分子長(zhǎng)軸趨于垂直電場(chǎng)方向液晶分子長(zhǎng)軸趨于垂直電場(chǎng)方向。出現(xiàn)雙折射。由于位相差，使出射光變?yōu)闄E圓偏振光，能夠透過(guò)偏振片。缺陷：缺陷：n可獲得的彩色范圍很窄可獲得的彩色范圍很窄n不穩(wěn)定，受溫度影響很不穩(wěn)定，受溫度影響很大大n顯示的彩色強(qiáng)烈依賴(lài)觀顯示的彩色強(qiáng)烈依賴(lài)觀察視角察視角時(shí)時(shí)間間延延遲遲入射光入射光為白光為白光時(shí)，不時(shí)，不同電壓同電壓下，出下，出射光的射光的色調(diào)變色調(diào)變化化電壓電壓n 沿面排列方式沿面排列方式 此時(shí)使用正性向列相液晶（Np）無(wú)電壓時(shí)

32、，分子沿基片面排列特點(diǎn)：特點(diǎn)：色調(diào)顯示順序與垂直方式相反，閾值電壓較低，色純度較好原理與垂直排列方式完全類(lèi)似。原原理理示示意意7 賓主效應(yīng)液晶顯示器件（賓主效應(yīng)液晶顯示器件（GH-LCD）有些有機(jī)染料具有光吸收的各向異性。它們對(duì)振動(dòng)電矢量方向與其分子長(zhǎng)軸平行（垂直）的某種彩色光的吸收要大于振動(dòng)電矢量方向與其分子長(zhǎng)軸垂直（平行）的彩色光的吸收。這類(lèi)染料分子叫做正性（負(fù)性）二色染料分子正性（負(fù)性）二色染料分子把這樣的染料分子摻雜到液晶分子中，其分子長(zhǎng)軸將傾向于與液晶分子長(zhǎng)軸平行。液晶為主，液晶為主，染料為賓染料為賓?？碗S主便，在電場(chǎng)作用下，染料分子會(huì)隨液晶分子一起轉(zhuǎn)動(dòng)，故稱(chēng)為賓主型液晶器賓主型液晶

33、器件件正性二色染料分子的光吸收特性正性二色染料分子的光吸收特性根據(jù)被摻雜液晶的種類(lèi)和排列方式，賓主液晶顯示器件又分為很多種類(lèi)型平面型賓平面型賓主液晶顯主液晶顯示器件示器件被摻雜液晶是正性向列相液晶（Np）。染料分子為正性。無(wú)電壓時(shí)，液晶分子和染料分子長(zhǎng)軸沿面排列。染料分子與偏振方向平行。大部分線(xiàn)偏振光被吸收，只有一個(gè)很窄波段的光透射，透射光帶深彩色。色調(diào)與染料種類(lèi)有關(guān)工作原理：工作原理：0V 平面型賓主液晶顯示器件原理圖平面型賓主液晶顯示器件原理圖thVV帶電壓時(shí)，液晶分子和染料分子垂直基片排列，染料分子與偏振方向垂直。對(duì)線(xiàn)偏振光不再吸收，透射光為無(wú)色。缺陷：缺陷：n電光特性差，隨電壓上升，電

34、光曲線(xiàn)變化緩慢。n工作電壓高 1015vn加偏振片，亮度大幅度降低，不加偏振片，對(duì)比度很低n響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)。一百多毫秒一直未被廣泛使用，多用于雙色顯示場(chǎng)合。8 相變液晶顯示器件（相變液晶顯示器件（PC-LCD）把向列相液晶和膽甾相液晶適當(dāng)混合可以構(gòu)成一種具有相變效應(yīng)的膽甾相液晶。這種液晶螺距很長(zhǎng)，在電場(chǎng)作用下會(huì)變成垂直排列或沿面排列的向列相液晶。這種混合型液晶分為：正型（Chp）0 負(fù)型（Chn）0 使用Chp型膽甾相液晶無(wú)電壓時(shí)，液晶螺旋軸平行于基片面，呈焦錐狀排列。入射光通過(guò)會(huì)被強(qiáng)烈散射。液晶盒呈乳白色加電壓后，液晶螺距松弛伸長(zhǎng)，液晶分子趨于平行電場(chǎng)方向，電壓超過(guò)閾值電壓，則膽甾相液晶完全

35、變?yōu)橄蛄邢嘁壕?，液晶長(zhǎng)軸平行于電場(chǎng)。光完全透過(guò)，液晶盒透明。去掉電場(chǎng)，液晶分子恢復(fù)原狀工作原理工作原理1：0V thVVn只有透過(guò)、渾濁兩種狀態(tài)，無(wú)灰度n對(duì)溫度敏感工作原理工作原理2：無(wú)電壓時(shí)：螺旋軸垂直于基片，透射光為圓偏振光，液晶盒透明加3伏電壓：螺旋軸被打亂，入射光強(qiáng)烈散射，液晶盒不透明加十幾伏電壓：液晶分子方向與電場(chǎng)一致，變?yōu)橄蛄邢嘁壕АＲ壕Ш性僮兺该?。此時(shí)突然切斷電壓，液晶將會(huì)變成焦錐狀排列（螺旋軸平行于基片面），液晶盒呈渾濁狀。PC液晶盒具有雙穩(wěn)態(tài)，即具有存儲(chǔ)功能雙穩(wěn)態(tài)，即具有存儲(chǔ)功能9 超扭曲向列液晶顯示器件（超扭曲向列液晶顯示器件（STN-LCD）以上的液晶顯示器件電光特性曲線(xiàn)

36、陡度不夠陡度不夠。使用無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)，容易產(chǎn)生交叉效應(yīng)，驅(qū)動(dòng)行數(shù)（路數(shù)）必須小于100線(xiàn)。將傳統(tǒng)將傳統(tǒng)TN液晶顯示器件的液晶分子扭曲角加大可改善陡液晶顯示器件的液晶分子扭曲角加大可改善陡度。扭曲角大于度。扭曲角大于90度，一般在度，一般在180360度的液晶器件稱(chēng)度的液晶器件稱(chēng)為超扭曲向列（為超扭曲向列（STN）液晶器件。）液晶器件。液晶材料：液晶材料：在普通的向列相液晶中摻入一些旋光材料之后，向列相液晶將具有天生的扭曲結(jié)構(gòu)，從而維持大于90度的扭曲角。這樣的向列相液晶叫做手性向列手性向列相液晶。相液晶。手性向列相液晶的螺距與摻雜濃度成正比。不同扭曲角的液晶盒中央部分液晶分不同扭曲角的液晶盒中央

37、部分液晶分子長(zhǎng)軸傾斜角隨外加電壓的變化曲線(xiàn)子長(zhǎng)軸傾斜角隨外加電壓的變化曲線(xiàn)扭曲角270度時(shí)，曲線(xiàn)陡度接近無(wú)窮大。此時(shí)無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)的STN液晶顯示器可以驅(qū)動(dòng)可以驅(qū)動(dòng)480路（行）以上路（行）以上STN-LCD和和TN-LCD的工作原理的工作原理區(qū)別區(qū)別n TN 液晶盒扭曲角90度，STN液晶盒扭曲角270度n TN液晶盒起偏鏡偏光軸與上基片表面液晶分子長(zhǎng)軸平行，檢偏鏡偏光軸與下基片表面液晶分子長(zhǎng)軸平行，STN液晶盒中，液晶盒中，上下偏光軸與上下表面上下偏光軸與上下表面液晶分子長(zhǎng)軸都不平行，液晶分子長(zhǎng)軸都不平行，而是成而是成30度角度角n TN液晶盒利用分子旋光特性工作液晶盒利用分子旋光特性工作。

38、由于STN液晶盒經(jīng)起偏鏡的光偏振方向與上表面分子長(zhǎng)軸成夾角，可以分解為o光（偏振方向與分子長(zhǎng)軸垂直）和e光（偏振方向與分子長(zhǎng)軸平行）。通過(guò)液晶盒，兩者產(chǎn)生位相差，在檢偏鏡上產(chǎn)生干涉。因此STN-LCD是利用雙折射性質(zhì)工作的是利用雙折射性質(zhì)工作的n TN液晶盒工作于黑白模式液晶盒工作于黑白模式。STN液晶盒在無(wú)電壓時(shí)，出射光一般呈黃色。當(dāng) ，白光從液晶中通過(guò)，但在檢偏鏡處減弱，變?yōu)楹谏Ｒ虼薙TN-LCD是黑黃模式是黑黃模式。thVVSTN-LCD是高檔無(wú)源矩陣液晶顯示器件最有用的材料，高檔無(wú)源矩陣液晶顯示器件最有用的材料，但成本比較高10 鐵電液晶顯示器件（鐵電液晶顯示器件（FLCD）與以上介

39、紹的液晶器件相比，鐵電液晶顯示器件具有很高的響鐵電液晶顯示器件具有很高的響應(yīng)速度。應(yīng)速度。鐵電體鐵電體：在沒(méi)有電場(chǎng)作用時(shí)，介質(zhì)正負(fù)電荷重心不重合而呈現(xiàn)電偶極矩的現(xiàn)象稱(chēng)為電解質(zhì)的自發(fā)極化。呈現(xiàn)自發(fā)極化并且自發(fā)極化的方向因外施加電場(chǎng)而改變的物質(zhì)叫做鐵電體。鐵電液晶鐵電液晶：是一種呈現(xiàn)鐵電性的近晶近晶C相相液晶（Sc），這種液晶是由某些手性液晶分子手性液晶分子構(gòu)成分子排列成層，每一層分子長(zhǎng)軸彼此平行，但是與層表面的法線(xiàn)有傾角 ，另一個(gè)方位角 任意 近晶近晶C相液晶的分子排列相液晶的分子排列手性液晶分子：手性液晶分子：分子具有手性，指分子的鏡像分子無(wú)法通過(guò)平移和面內(nèi)旋轉(zhuǎn)與原來(lái)的分子本身重合。就像左右手

40、如果不翻轉(zhuǎn)，就不能重合一樣。鐵電液晶的特點(diǎn)：鐵電液晶的特點(diǎn)：n具有與分子指向矢垂直的固定偶極矩（圖上箭頭所標(biāo)方向）n分子的長(zhǎng)軸指向矢具有螺旋結(jié)構(gòu)n每層分子排列如同Sc相n每層分子的傾角 不變，但旋轉(zhuǎn)角 每層轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，因此偶極矩也做螺旋轉(zhuǎn)動(dòng) 鐵鐵電電液液晶晶分分子子的的排排列列結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)n對(duì)于向列相液晶，外電場(chǎng)對(duì)液晶分子的作用是外電場(chǎng)與外電場(chǎng)引起的分子感生偶極矩之間的作用，為弱作用；弱作用；對(duì)于鐵電液晶，外電場(chǎng)對(duì)分子的作用是外電場(chǎng)與分子固有偶極矩之間的作用，為強(qiáng)作用強(qiáng)作用，因此鐵電液晶顯示的響應(yīng)速度為微秒量級(jí)響應(yīng)速度為微秒量級(jí)單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶顯示的工作原理單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶顯示的工作原理 1：雙折射

41、模式：雙折射模式每一層都有一個(gè)固有的電偶極矩，即自極化方向，以層法線(xiàn)為軸做螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)注意注意：上下基片與紙面平行，上下基片間距遠(yuǎn)大于液晶螺距（ ），上下基片都做了平行取向處理dp無(wú)電場(chǎng)時(shí)鐵電液晶排列無(wú)電場(chǎng)時(shí)鐵電液晶排列基片間通直流電場(chǎng)，使自極化方向趨于與電場(chǎng)一致，螺距拉長(zhǎng)。一旦超過(guò)臨界電場(chǎng)，則液晶分子排列如圖所示如果電場(chǎng)反向，則自極化方向也轉(zhuǎn)向把液晶盒夾在兩塊偏光軸方向正交的偏光片之間。上偏振片偏光軸與 時(shí)光軸方向一致。此時(shí)在液晶中只有e光通過(guò)，不會(huì)發(fā)生雙折射，最后光被下偏振片擋住，故為暗態(tài)暗態(tài)cEE cEE 暗態(tài)暗態(tài)cEE亮態(tài)亮態(tài)偏振片的偏偏振片的偏光軸方向光軸方向當(dāng) 光軸轉(zhuǎn)動(dòng) ，此時(shí)液晶中既

42、有e光，又有o光，兩者干涉，形成圓偏振光，有光透過(guò)下偏振片，構(gòu)成亮亮態(tài)態(tài)cEE2 單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶顯示的工作原理單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶顯示的工作原理 2：賓主模式：賓主模式只使用一個(gè)上偏振片只使用一個(gè)上偏振片，偏光軸方向與 時(shí)光軸一致，液晶中摻入正性二色染料分子。此時(shí)入射偏振光的振動(dòng)方向與染料分子長(zhǎng)軸一致，被選擇吸收。出射光為某種彩色。cEE cEE當(dāng) 時(shí)，光軸旋轉(zhuǎn) 。染料分子長(zhǎng)軸也轉(zhuǎn)動(dòng)了 。染料吸收能力減小，光接近無(wú)色2 2 總結(jié)：總結(jié)：雙折射模式雙折射模式cEE亮態(tài)亮態(tài)cEE 暗態(tài)暗態(tài)賓主模式賓主模式cEE帶色態(tài)帶色態(tài)cEE 無(wú)色態(tài)無(wú)色態(tài)可用于快速光開(kāi)關(guān)表面穩(wěn)定鐵電液晶顯示的工作原理表面穩(wěn)定鐵電液晶

43、顯示的工作原理把單穩(wěn)態(tài)鐵電液晶盒厚度變薄，使 。由于上下基片附近強(qiáng)烈的界面效應(yīng)，即使在即使在E=0，螺旋結(jié)構(gòu)都消失了。，螺旋結(jié)構(gòu)都消失了。dp在 和 時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與單穩(wěn)態(tài)一樣的效果。區(qū)別是：電場(chǎng)撤去之后，狀態(tài)將保持不變。這意味著這種液晶盒具有這種液晶盒具有雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)功能雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)功能。cEEcEE 11 固態(tài)液晶膜液晶顯示器（固態(tài)液晶膜液晶顯示器（LPLCD）將液晶做成微米量級(jí)的微囊。微囊壁是水溶性固體膜，薄膜內(nèi)包著液晶顆粒。液晶為Np向列相液晶這些微囊與環(huán)氧樹(shù)脂混合，夾在聚酯塑料膜之間。塑料膜上面鍍著控制電極。工作原理工作原理無(wú)電壓時(shí)，液晶分子隨機(jī)排列，膠囊折射率不等于樹(shù)脂折射率，光入射后產(chǎn)生

44、散射，LCD呈乳白狀施加電壓，液晶分子隨電場(chǎng)方向分布。此時(shí)液晶o光折射率與樹(shù)脂折射率相等，光將直接透過(guò)。LCD變透明可撓曲，響應(yīng)速度快，1ms，厚度薄 0.5mm 成本低 利用光散射原理不用偏振片，透射率高，耐振動(dòng)，但分辨率不高另外還可以把液晶和樹(shù)脂直接混合在一起，從而進(jìn)一步簡(jiǎn)化制作工藝用于分辨率要求不高的大面積顯示器，如公共場(chǎng)所廣告、標(biāo)識(shí)12 液晶聚合物顯示器（液晶聚合物顯示器（PNLCD）使用的是高分子液晶聚合物，不同于前面的小分子液晶。高分子液晶被夾在鍍有電極的塑料膜之間。工作方式工作方式1：無(wú)電壓無(wú)電壓：液晶分子無(wú)序排列，光射入后被散射，顯示器呈暗白色施加電壓施加電壓：液晶分子按電場(chǎng)方

45、向排列，對(duì)入射光不散射，顯示器呈透明工作方式工作方式2（具有存儲(chǔ)性）：（具有存儲(chǔ)性）：首先把液晶加熱到清亮點(diǎn)以上，變?yōu)楦飨蛲?，然后逐漸冷卻，同時(shí)施加電壓，在電場(chǎng)作用下，液晶分子按電場(chǎng)方向排列。然后，突然撤去電場(chǎng)，這種狀態(tài)就被“凍結(jié)”。此時(shí)用光照射，呈透明狀施加電壓施加電壓無(wú)電壓無(wú)電壓初始狀態(tài)（透明）初始狀態(tài)（透明）激光寫(xiě)入激光寫(xiě)入信息再現(xiàn)信息再現(xiàn)分辨率：線(xiàn)寬5微米 寫(xiě)入速度：5s/cm激光寫(xiě)入：用激光束照射某一部分，該部分溫度超過(guò)清亮點(diǎn)，液晶分子無(wú)序排列，立即停止照射，迅速冷卻，這種狀態(tài)被“凍結(jié)”。再用光照射，原來(lái)被激光照射出不再透明。信息實(shí)現(xiàn)記錄。13 多穩(wěn)態(tài)液晶顯示器（多穩(wěn)態(tài)液晶顯示器（

46、MLCD）液晶在外電場(chǎng)作用下，其分子會(huì)重新排列，當(dāng)電場(chǎng)撤去后，又會(huì)恢復(fù)成原來(lái)的排列方式。所謂多穩(wěn)態(tài)液晶指的是電場(chǎng)所謂多穩(wěn)態(tài)液晶指的是電場(chǎng)撤去后，液晶的排列保持不變。所加電場(chǎng)強(qiáng)度不同，液晶撤去后，液晶的排列保持不變。所加電場(chǎng)強(qiáng)度不同，液晶排列不同，如果撤去電場(chǎng)后液晶狀態(tài)能夠保持下來(lái)，這就排列不同，如果撤去電場(chǎng)后液晶狀態(tài)能夠保持下來(lái)，這就意味著液晶具有無(wú)限多個(gè)穩(wěn)態(tài)意味著液晶具有無(wú)限多個(gè)穩(wěn)態(tài)。多穩(wěn)態(tài)液晶使用的材料多穩(wěn)態(tài)液晶使用的材料：膽甾相液晶晶疇的集合圖中黑線(xiàn)表示晶疇中膽甾相液晶的螺旋對(duì)稱(chēng)軸，在集合中，對(duì)稱(chēng)軸的分布可以大體一致，也可以完全無(wú)序。如果整個(gè)系統(tǒng)的能量在對(duì)稱(chēng)軸如果整個(gè)系統(tǒng)的能量在對(duì)稱(chēng)軸有

47、序和對(duì)稱(chēng)軸完全無(wú)序時(shí)，都大致有序和對(duì)稱(chēng)軸完全無(wú)序時(shí)，都大致一樣，那么無(wú)論對(duì)稱(chēng)軸處于什么狀一樣，那么無(wú)論對(duì)稱(chēng)軸處于什么狀態(tài)，系統(tǒng)都會(huì)處于穩(wěn)定態(tài)態(tài)，系統(tǒng)都會(huì)處于穩(wěn)定態(tài)加上強(qiáng)電場(chǎng)加上強(qiáng)電場(chǎng)，液晶分子將與電場(chǎng)方向一致，即垂直于基片，此時(shí)螺旋軸大致為無(wú)序狀態(tài)，此時(shí)入射光方向大致與分子長(zhǎng)軸一致（類(lèi)似向列相液晶），全被黑涂層吸收，顯示器為暗態(tài)暗態(tài)上下基片事先做了沿面處理，因此在無(wú)電場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)時(shí)，大部分晶疇的螺旋軸基本垂直于基片。由于膽甾相液晶為旋光物體，只有滿(mǎn)足關(guān)系 并且旋光方向與液晶旋光方向一致的光被反射，其余光被黑涂層吸收。此時(shí)為亮態(tài)亮態(tài)Pn 工作原理：工作原理：強(qiáng)電場(chǎng)強(qiáng)電場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)無(wú)電場(chǎng)弱電場(chǎng)弱電場(chǎng) n電

48、壓不管加多長(zhǎng)時(shí)間，撤去電壓，顯示器恢復(fù)為無(wú)電場(chǎng)時(shí)的狀態(tài)不同電壓下的狀態(tài)：thVVthV閾值電壓thcVVVcV相變電壓n加上一段時(shí)間電壓后，撤去電壓，狀態(tài)被保留下來(lái)。顯示器變黑的程度取決于所加電壓的多少。cVVn加上一段時(shí)間電壓后，撤去，顯示器迅速跳回為亮態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n在無(wú)電場(chǎng)，每個(gè)像素可以長(zhǎng)期穩(wěn)定在不同的狀態(tài)，加不同的電壓脈沖，就可實(shí)現(xiàn)不同穩(wěn)態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。不用耗電，就可長(zhǎng)期保持顯示內(nèi)容n不用偏振片、背光源，屬于純反射型。陽(yáng)光下反射光更強(qiáng)n不用濾光片，只用改變液晶配方，利用干涉色就可實(shí)現(xiàn)彩色n響應(yīng)速度快，灰度容易實(shí)現(xiàn)八、液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)技術(shù)八、液晶顯示器件的驅(qū)動(dòng)技術(shù)液晶顯示驅(qū)動(dòng)需要注意三

49、個(gè)特點(diǎn)：n液晶在直流作用下會(huì)發(fā)生分解作用，必須用交流驅(qū)動(dòng)必須用交流驅(qū)動(dòng)，直流分量不能大于幾十毫伏n液晶在電場(chǎng)作用下響應(yīng)的時(shí)間通常比較長(zhǎng)，交流電壓作用的效果不取決于峰值不取決于峰值，而是有效值而是有效值n液晶單元是容性負(fù)載，液晶電阻可忽略不計(jì)。加正壓和負(fù)壓，作用效果一樣1 液晶顯示器件驅(qū)動(dòng)的分類(lèi)液晶顯示器件驅(qū)動(dòng)的分類(lèi)根據(jù)顯示像素的不同段型顯示無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)有源矩陣驅(qū)動(dòng)點(diǎn)陣尋址方式不同動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示像素為長(zhǎng)棒型行電極稱(chēng)為掃描電極掃描電極列電極稱(chēng)為尋址（信尋址（信號(hào)）電極號(hào)）電極電壓直接加到像素上，也稱(chēng)直接驅(qū)動(dòng)法直接驅(qū)動(dòng)法筆段式驅(qū)動(dòng)筆段式驅(qū)動(dòng)無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)有源矩陣驅(qū)動(dòng)有源矩陣驅(qū)動(dòng)每一個(gè)

50、像素與一個(gè)有源器件（二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管）連接2 段型和無(wú)源矩陣液晶器件的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)段型和無(wú)源矩陣液晶器件的靜態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)：像素前后電極上施加電壓信號(hào)時(shí)呈現(xiàn)顯示狀態(tài)，不施加時(shí)，呈非顯示狀態(tài)。多用于電極引線(xiàn)比較少的情況每個(gè)像素都有一個(gè)背背電極（電極（BP）和一個(gè)段段電極（電極（SEG），所有像素的背電極是連在一起的，又被稱(chēng)為公公共電極共電極像素連接方式像素連接方式：在不要求顯示的筆段的段電極上施加一個(gè)與背電極同位相、幅值相等、頻率相同的方波脈沖，總效果就是兩電極間電壓恒為零在需要顯示的筆段的段電極上施加一個(gè)與背電極波形相反、幅值相等、頻率相同的方波脈沖，總效果為一個(gè)幅值為兩倍

51、的方波脈沖電壓工作原理工作原理A=1 顯示A=0 不顯示控制電路控制電路異或門(mén)異或門(mén)方波發(fā)生器方波發(fā)生器3 無(wú)源矩陣液晶器件的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)無(wú)源矩陣液晶器件的動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)水平電極（X電極）按時(shí)間順序施加一串掃描脈沖電壓。垂直電極（Y電極、尋址電極）輸入選通電壓波形和非選通電壓波形（波形類(lèi)似靜態(tài)驅(qū)動(dòng)）。兩者將在交點(diǎn)像素上構(gòu)成一個(gè)驅(qū)動(dòng)波形。所有行被掃描一遍，所有被選通的像素構(gòu)成一幅畫(huà)面。這個(gè)畫(huà)面上不同行上的像素是在不同時(shí)段被選通的這個(gè)畫(huà)面上不同行上的像素是在不同時(shí)段被選通的工作原理：工作原理：動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)：m+n條引線(xiàn)如果矩陣由m行n列構(gòu)成靜態(tài)驅(qū)動(dòng)技術(shù)：mn+1條引線(xiàn)引線(xiàn)數(shù)大大減少，減小外圍驅(qū)動(dòng)電路

52、的成本占空比占空比：每行掃描時(shí)間/幀周期，即掃描電極數(shù)N的倒數(shù)交叉效應(yīng)交叉效應(yīng)如果被掃描選通的像素上施加的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)vth，而且電光曲線(xiàn)又不夠陡峭時(shí)，附近未被掃描或選通的像素也呈現(xiàn)出顯示狀態(tài)。這是無(wú)源矩陣驅(qū)動(dòng)固有的現(xiàn)象。交叉效應(yīng)來(lái)自于像素和像素之間的耦合干擾交叉效應(yīng)來(lái)自于像素和像素之間的耦合干擾。隨著掃描電極數(shù)（N）增加，交叉效應(yīng)會(huì)變得越來(lái)越嚴(yán)重，甚至一些未選擇點(diǎn)的電壓跟被選擇點(diǎn)的電壓近似相等。交叉效應(yīng)會(huì)使圖像對(duì)比度降低、色彩不均勻如果提高液晶電光曲線(xiàn)的陡度，可以減緩交叉效應(yīng)的影響，提如果提高液晶電光曲線(xiàn)的陡度，可以減緩交叉效應(yīng)的影響，提高最大驅(qū)動(dòng)路數(shù)（即掃描電極數(shù)高最大驅(qū)動(dòng)路數(shù)（即掃描電極數(shù)N）max22211N 電光曲線(xiàn)陡度TN液晶 1.21.5 38路STN液晶 1.05 最大256路如果把顯示屏分割為兩塊，還可進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)路數(shù)九九 有源矩