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第2章 液晶显示器基础 主讲人：王丽娟 长春工业大学 2013.02.22 平板显示技术基础，2013年，北京大学出版社 本章主要内容 2.1 液晶的特点 2.2 液晶的种类 2.3液晶的物理性质 2.4液晶的电光效应 2.5液晶显示器的种类 2.6 TN模式的显示原理 2.1 液晶的特点 液晶：在某个温度范围内，具有晶体的各向异性和液体的流动性，是不同于通常的固态、液态和气态的一种新的物质状态，又称为物质的第四态。 Friedrich Reinitzer (1857–1927) 1888年,奥地利植物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer）在研究植物中的胆固醇时，意外地发现异常的溶解现象。 从组成和产生液晶态的物理条件分为热致液晶和溶致液晶两大类 。 在光电子技术中的显示器件方面，用到的液晶材料基本上都是热致液晶。 热致液晶是某些有机物在某一限定温度范围内的状态。 2.2 液晶的种类 液晶 固体 液体 熔点 清亮点 温度 热致液晶的温度范围 2.2 液晶的种类 （a）细长棒状 （b）扁平盘状 细长棒状液晶根据液晶相又分为：向列相、近晶相、胆甾相。 固体 近晶A相 向列相 液体 近晶B相 温度 熔点 相变转变点 清凉点 典型的液晶分子结构是由刚性中心部分和柔性分子链组成。按照刚性中心部分的形状可以把液晶分成两种类型：细长棒状和扁平盘状 。 分成排列，层内分子长轴相互平行，垂直与层面 近晶相——Smectic LCs 2.2 液晶的种类 长轴方向平行，不分层排列，可以上下滑动 丝状液晶，长径比很大 向列相——Nematic LCs 2.2 液晶的种类 层状排列 长轴平行排列，且平行于层面 相邻层的分子取向有偏移 层层叠起来呈现螺旋结构 胆甾相——Cholesteric LCs 2.2 液晶的种类 螺旋结构 螺距 介电各向异性 2.3 液晶的物理性质 E=0 （a） E + _ 正性液晶 ε∥＞ε⊥，△ε＞0 （b） E + _ 负性液晶ε∥＜ε⊥，△ε＜0 （c） 根据介电各向异性，△ε的符号，把液晶分为正性液晶和负性液晶； 在未施加电场E=0时，液晶屏内的液晶分子按照一定方向排列； 正性液晶， △ε＞0，在电场下，液晶分子的长轴方向n与外场E平行； 负性液晶， △ε＜0，在电场下，液晶分子长轴方向n与外电场E垂直。 光学各向异性 2.3 液晶的物理性质 自然光 非常光 e光 寻常光 o光 液晶具有双折射性，传播有o光和e光； 光在液晶中不同的偏振方向传播速度不同； 能使入射光的传播方向偏向液晶分子长轴方向； 能使入射光偏振光状态或偏振方向发生改变； 能使入社偏振光左旋或右旋。 电导各向异性 2.3 液晶的物理性质 液晶属绝缘体，电导率很低，在平行分子长轴与垂直分子长轴方向分量不同； 平行分子长轴方向电导率大于垂直方向电导率； 杂质或离子会使电导率增高，引起图像闪烁或者残像。 第一次显示的画面 第二次显示的理想的画面 具有残像的画面 离子传输影响下的画面 液晶的弹性常数 2.3 液晶的物理性质 向列相液晶在外力作用下的弹性形变 (a) 展曲 (b) 弯曲 (c) 扭曲 展曲：尖劈形状的液晶盒，基板表面液晶分子与基板相平行，内部出现展曲形变； 弯曲：尖劈形状的液晶盒，基板表面液晶分子于基板垂直，内部出现弯曲形变； 扭曲：矩形液晶盒，液晶分子平行基板排列，上下成一个角度排列，内部液晶分子从上到下扭曲形变。 2.3 液晶的物理性质 液晶显示器参数 液晶材料物理性质 液晶材料物理性质 多路驱动能力 响应时间 阈值电压 介电各向异性（△ε） 弹性常数（K11、K22、K33） 粘度（η） 螺距（P） 有序参数（S） 光学各向异性（△n） 视 角 对比度 工作温度范围 液晶材料的相变温度 图像闪烁或残像 电导各向异性 液晶的物理性质与显示参数的关系 电光效应分类 2.4 液晶的电光效应 电控双折射效应（ECB） 宾主效应（GH） 铁电效应（FLC） 聚合物分散型（PDLC） 超扭曲向列相效应（STN） 扭曲向列效应（TN） 相转变效应（PC） 激光写入型 胆甾热变色型 电光效应 电场效应 电流效应 动态散射效应（DS） 热光效应 动态散射效应 2.4 液晶的电光效应 液晶中微量杂质的带电粒子受电场作用后分别上下基板的两个电极移动，冲动液晶分子旋转，破坏了有序排列； 发生紊乱，导致各部分折射率不同，几乎没有光通过液晶屏，入射光被散射掉。 RCA公司Heilmeier制作的第一个液晶显示器 2.4 液晶的电光效应 第一个液晶显示器 n型液晶、垂直取向，不加电下液晶分子垂直基板排列； 加电下，取向作用基板表面的液晶分子，垂直基板排列，另一方面n型