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第7章 光显示材料及器件;什么是液晶？ ;液晶的发现;液晶态是物质的一种形态;液晶基本知识;液晶分类（按热致液晶分子排列状态）;向列型液晶由长径比很大的棒状分子组成，保持与轴向平行的排列状态。因为分子的重心杂乱无序，并容易顺着长轴方向自由移动，所以像液体一样富于流动性。正由于向列型液晶分子的这种一致排列，使得它的光学特性很像单轴晶体，呈正的双折射性。对外界的电、磁、温度、应力都比较敏感，是显示器件上广泛使用的材料。;近晶相液晶（Smectic）又称层状液晶 ;近晶相液晶按层状排列，由棒状或条状分子呈二维有序排列组成。层内分子长轴相互平行，其方向可以垂直于层面或与层面成倾斜排列。层与层之间的作用较弱，容易滑动，因此具有二维的流动特性。近晶相液晶的粘度与表面张力都较大，用手摸有似肥皂的滑涩感，对外界的电、磁、温度变化都不敏感。这种液晶光学上显示正的双折射性。 ;胆甾相液晶（Cholestevic），也称螺旋状液晶 ;胆甾型液晶具有负的双折射性质。一定强度的电场、磁场也可使胆甾相液晶转变为向列相液晶。 胆甾相液晶易受外力的影响，特别对温度敏感，由于温度主要引起螺距的改变，因此胆甾相液晶随温度改变颜色。 ;液晶的光电特性;外场作用下的取向;（2）液晶的双折射;液晶器件所基于的三种光学特性;（3）液晶的电光效应;液晶的电光效应分类;扭曲向列液晶显示器件（TN-LCD）;玻璃基板表面做平行取向处理，即涂敷一层聚酰亚胺聚合物薄膜，用摩擦的方法在表面开成方向一致的微细沟糟。在保证两块基板上沟糟方向正交的前提下，形成一个间隙为几个微米的液晶盒。 由于内表面涂有定向层膜，在盒内液晶分子沿玻璃表面平行排列。但由于两片玻璃内表面定向层定向处理的方向互相垂直，液晶分子在两片玻璃之间呈90°扭曲，这就是扭曲向列液晶器件名称的由来。 ;当入射光通过偏振片后成为线偏振光，在外电场作用时，由线偏光经过扭曲向列液晶的旋光特性决定，在出射处，检偏片与起偏片相互垂直，旋转了90°的偏振光可以通过。因此呈透光态。 在有电场作用时，当电场大于阈值场强后，液晶盒内液晶分子长轴都将沿电场方向排列，即与表面呈垂直排列，此时入射的线偏振光不能得到旋转，因而在出射处不能通过检偏片，呈暗态。;TN-LCD工作原理;用TN-LCD制作的常用液晶显示器件;1971年瑞士人发明了扭曲向列型(TN)液晶显示器,日本厂家使TN-LCD技术逐步成熟，又因制造成本和价格低廉，使其在七八十年代得以大量生产，从而成为主流产品。在1979 年～1984年间，其产量年均增长38%,成本年递减18%，销售额年增长12%，这使LCD在显示器件领域的地位仅次于CRT。LCD的高速发展引起了世界电子业界的极大关注,对LCD技术研究投入的力量和资金与日俱增。 TN-LCD的信息容量小，只能用于笔段式数字显示及低路数（16线以下）驱动的简单字符显示。 ;超扭曲向列液晶显示器件（STN-LCD;80年代初，人们经过理论分析和实验发现，只要将分子的扭曲角增加到180°~270°时，就可大大提高电光特性的响应速度。 随着扭曲角的增大，曲线的斜率增加，当扭角达到270°时，斜率达到无究大。 曲线斜率的提高可以允许多路驱动，且可获得敏锐的锐度和宽的视角。 ;STN-LCD中中间层分子的倾斜角与约化电压的关系;1985年～1990年,LCD销售额年均增长率达32%。此阶段发展最快的是STN-LCD,它从发明到批量生产仅用了五年时间。 由于STN-LCD具有扫描线多、视角较宽、对比度好等特点 ,很快在大信息容量显示的膝上型、笔记本型、掌上型微机及中英文打字机、图形处理机、电子翻译机及其它办公和通信设备（手机）中获得广泛应用,并成为该时代的主流产品。 1990年销售额15亿美元,占整个LCD市场的83%。 ;有源矩阵液晶显示器件（AM-LCD） ;人们在第一个像素上设计一个非线性的有源器件，使每个像素可以被独立驱动，克服了“交叉效应”。 ;有源矩阵液晶显示采用了像质最优的扭曲向列型液晶显示材料。有源矩阵液晶显示根据有源器件的种类分为二端型和三端型两种。 二端型以MIM（金属-绝缘体-金属）二极管阵列为主； 三端型以薄膜晶体管（TFT）为主。 ;α-SiTFT;TFT有源矩阵驱动LCD的基本结构 1-显示电极；2-玻璃基板；3-透明电极；4-液晶层； 5-MOSFET阵列；6-基板；7-信号存储电容器；8-FET;同一般液晶显示器类似，两片玻璃板之间封入普通TN型液晶， 不同的是在玻璃基板上要放置扫描线和寻址线（行、列线），在交点上再制作上TFT有源器件和像素电极。上玻璃板是一共用电极，如果是彩色显示，则还要在上面用微细加工方式（染色法，或印刷法）制作上与下面矩阵对应的R、G、B滤色膜。TFT的栅极G接扫描电压主，漏极D接信