液晶与液晶显示材料,陈闽川 周田 制作,液晶材料与液晶显示器的原理,液晶的发现 液晶的分类 液晶的光电效应 液晶显示器的基本原理,液晶的发现,1888年，奥地利植物学家莱尼茨尔在做加热胆甾醇苯甲酸脂结晶的实验时发现：在145.5摄氏度时，结晶凝结成浑浊粘稠的液体，加热到178.5摄氏度时,形成了透明的液体 德国物理学家莱曼用偏光显微镜观察时，发现这种材料有双折射现象，他阐明了这一现象并提出了“液晶”这一学术用语,液晶材料,液晶的发现已经有100多年的历史，但近20年来才获得了快速的发展。这是因为液晶材料的光电效应被发现。因而被应用在低电压和轻薄短小的显示组件上。 目前液晶材料已被广泛应用于计算机显示屏，电子表，手机，计算器等电子产品上。成为显示工业不可或缺的重要材料。,生活中的液晶显示材料,back,液晶的分类方法,1.按照液晶的形成条件分类 2.按照分子排列的形式和有序性分类,按照液晶的形成条件分类,采用降温的方法,既将熔融的液体降温，当降温到一定程度后分子的取向有序化，从而获得液晶态,有机分子溶解在溶剂中，使溶液中溶质的浓度增加，溶剂的浓度减小，有机分子的排列有序而获得液晶,熔致液晶,热致液晶,构成液晶态的结构单元,棒状分子 盘状分子 由长链或盘状分子连接而成的柔性长链聚合物 由双亲分子自组装而成的膜,液晶的三种结构类型,向列型： 分子倾向于沿特定的方向排列，存在长程的方序分子的质心位置分布却是杂乱无章的，不存在长程的位置序表现出液体的特征，具有流动性,液晶的三种结构类型,胆甾型： 在胆甾相中，长型分子是扁平的，依靠端基的相互作用，依次平行排列成层状。它们的长轴在平面上，相邻两层间分子长轴的取向规则地扭转在一起，角度的变化呈螺旋型。,液晶的三种结构类型：,近晶型： 棒状分子相互平行地排列成层状结构，分子的长轴垂直与层面在层内，分子的排列具有二维有序性，分子的质心位置排列则是无序的，分子只能在本层内活动在层间具有一维平移序，层间可以相互滑移,back,液晶分子的光电效应,描述液晶分子光电效应的重要物理量： 介电系数 折射系数,液晶分子的光电性质,液晶分子大多由棒状或碟状分子形成,所以与分子长轴平行或垂直方向的物理特征会有所差异，这就是液晶分子结构的异方性 由于液晶分子结构的异方性，所以液晶分子在介电系数和光电系数等光电系数上都具有异方性,液晶分子的光电性质,介电系数 ： 介电系数可以分为与指向矢平行的分量 和与指向矢垂直的分量 。 当 时称为介电系数异方性为正型的液晶。可以用在平行配位。 当 时 称为介电系数异方性为负型的液晶。只有用在垂直配位才能显示所需的光电效应。,液晶分子的光电性质,折射系数 ： 折射系数也同介电系数相似，依照与指向矢垂直与平行的方向分成两个方向的向量 与指向矢平行的分量为 ，与指向矢垂直的分量为 back,液晶显示器(LCD)的基本原理 Liquid Crystal Display,偏振片透光原理 液晶对光线的调制作用 常见的三种液晶显示器,液晶显示器的基本原理,偏振片透光原理： 偏振片只允许偏振方向与它的偏振化方向平行的光透过，如果让两个偏振片的偏振化方向相互垂直，由于第一次出射光的偏振方向与第二个偏振片的偏振化方向垂直，光不能通过第二个偏振片,液晶显示器的基本原理,把液晶放在两个偏振片之间，在向列型液晶中，棒状分子的排列是彼此平行的如果上下两玻璃棒定向是彼此垂直的，液晶分子将采取逐渐过渡的方式被扭转成螺旋状,液晶显示器的基本原理,如果有光线进入,通过第一个偏振片后，将被液晶分子逐渐改变偏振方向.由于光线沿着分子排列的方向传播，光线最终将从另一端射出 如果两玻璃板之间加上电压，分子排列方向将与电场方向平行，光线由于不能扭转将不会通过第二个极板,液晶显示器的基本原理,液晶显示器就是利用这一特性，在上下两片栅栏相互垂直的偏光板之间充满液晶，利用电场控制液晶的转动不同的电场大小就会形成不同的灰阶亮度,液晶显示器结构,液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。,常见的三种液晶显示器,TN-LCD(扭曲向列型液晶显示器）： TwistedNematic-LCD 常用于电子手表，计算器,常见的三种液晶显示器,STN-LCD(超扭曲向列型液晶显示器） Super TwistedNematic-LCD 常用于手机显示屏,游戏机屏,常见的三种液晶显示器,TFT-LCD(薄膜型液晶显示器）： Thin Film Transistor-LCD 常用于液晶显示屏，数码照相机,TN、STN型的结构,液晶盒中玻璃片的两个外侧分别巾有偏光片，这两片偏光片的偏光轴相互平行（黑底白字的常黑型）或相互正交（白底黑字的常白型），且与液晶盒表面定向方向相互平行或垂直。偏光片一般是将高分子塑料薄膜在一定的工艺条件下进行加工而成的,TN型液晶,向列型液晶夹在两片玻璃中间，这种玻璃的表面上先镀有一层透明导电薄膜ITO(氧化铟锡)以作电极之用，然后在有薄膜电极的玻璃上涂取向层PI(聚酰亚胺)，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面的方向排列。液晶的自然状态具有90度的扭曲，利用电场可使液晶分子旋转，液晶的双折射率随液晶的方向而改变，结果偏振光经过TN型液晶后偏振方向发生转动。,TN型液晶,只要选择适当的厚度使偏振光的偏振方向刚好改变90度，就可利用两个平行偏光片使得光完全不能通过。而足够大的电压又可以使得液晶方向与电场方向平行，这样光的偏振方向就不会改变，光就可通过第二个偏光片 ,STN型液晶,STN型的显示原理与TN相类似，不同的是TN扭转式向列场效应的液晶分子是将入射光旋转90度，而STN超扭转式向列场效应是将入射光旋转180270度。,STN型液晶,单纯的TN液晶显示器本身只有黑白两种情形，而STN液晶显示器牵涉液晶材料的关系，以及光线的干涉现象，因此显示的色调都以淡绿色与橘色为主。如果在单色STN液晶显示器加上一彩色滤光片，并将单色显示像素分成三个子像素，分别通过彩色滤光片显示红、绿、蓝三原色，再经由三原色比例之调和，也可以显示出全彩模式的色彩。,TFT型液晶,TFT型液晶,在玻璃基片上沉积一层硅,通过印刷光刻等工序作成晶体管阵列,每个像素都设有一个半导体开关，其加工工艺类似于大规模集成电路。再把液晶灌注在两片玻璃之间,由于每个像素都可以通过点脉冲直接控制，因而，每个节点都相对独立，并可以进行连续控制，这样的设计不仅提高了显示屏的反应速度，同时可以精确控制显示灰度，所以TFT液晶的色彩更逼真，称为真彩 ,TFT型液晶,对于TFT-LCD而言彩色滤光片是很重要的，利用红，绿，蓝三原色，可混合出各种不同的颜色，很多平面显示器就是利用此原理显示色彩，把三种颜色分成独立的三个点，各自拥有不同的灰阶变化，然后把临近的三个RGB显示的点当作一个像素,谢谢观赏,